燃煤電廠用新型高分子復合濾料性能的測試

(東華大學環(huán)境科學與工程學院，上海，201620)

袋式除塵器作為高效的除塵設備之一被廣泛應用于電廠、冶金、垃圾焚燒等煙氣處理系統(tǒng)［1］。由于我國燃煤煤種、技術水平、鍋爐設備等與國外存在差異，因此我國燃煤煙氣的特點為高溫、高濃度及成分復雜。濾料是袋式除塵器的關鍵部件，其實際的應用環(huán)境表現為四高一大一低(排放煙氣溫度高，煙氣中SOX、NOX、O2含量高，含塵濃度大，改造工程要求濾料阻力低)，導致濾料壽命面臨嚴峻考驗［2］。

由于設備及生產技術的原因，國內的濾料技術長期落后于國外，尤其是在高溫濾料方面，國外濾料一直充斥著國內市場［3］。近年來，國內對高溫濾料的研究也已陸續(xù)展開［4-6］。針對燃煤電廠的實際運行情況，本文對適合現有國情的新型濾料——高分子復合濾料進行了初步的性能測試，同時分析了新型濾料在惡劣工況環(huán)境下的適用性，以推動新型濾料及袋式除塵器在電廠的應用。

1 試驗部分

1.1 材料

濾料A:聚四氟乙烯(PTFE)+聚酰亞胺(PI)+聚苯硫醚(PSA)復合面層/PTFE基布濾料(新型高分子復合濾料);

濾料B:玻纖基布/PTFE覆膜濾料;

濾料C:玻纖基布/PTFE面層濾料。

三種試驗濾料的基本性能見表1。

表1 三種試驗濾料的基本性能

1.2 高溫下尺寸穩(wěn)定性試驗

儀器:DHG-9108A型電熱恒溫鼓風干燥箱。

參考標準:GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術要求》。

試驗方法:在試樣中按45°方向，剪取大于200 mm×200 mm試樣三塊，在三塊試樣中分別精確量取尺寸200 mm×200 mm，作好標記，并標出經、緯向;將剪好的試樣置于200℃的恒溫干燥箱中，進行24 h高溫處理，然后將試樣取出置于相對濕度65%、溫度20℃環(huán)境中，24 h后測定試樣的經、緯向尺寸。取三塊試樣數據的算術平均值。

按下式計算熱收縮率γ:

式中:LA——處理前經(緯)向的長度(mm);

LB——處理后經(緯)向的長度(mm)。

1.3 耐溫力學性能試驗

儀器:YG065電子式織物強力機及 DHG-9108A型電熱恒溫鼓風干燥箱。

參考標準:GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定條樣法》。

試驗方法:分別剪取濾料試樣若干塊，經向×緯向尺寸為20 cm×5 cm;將試樣置于試驗機的夾鉗中，設定拉伸速率為 100 mm/min，隔距為200 mm，按標準分別測試各濾料經、緯向的斷裂強力F0和斷裂伸長率E0;其他試樣分別置于200℃和250℃的高溫烘箱內，經過24 h后取出，待冷卻后按標準測定其斷裂強力Fi。

按下式計算斷裂強力保持率λi:

式中:F0——濾料初始斷裂強力(N);

Fi——高溫處理后濾料的斷裂強力(N)。

1.4 耐酸性腐蝕試驗

將濾料條樣分別浸泡在室溫和85℃下不同濃度的H2SO4溶液中，達到設定浸泡時間后分別取出，進行清洗、烘干、冷卻，然后測定其斷裂強力、斷裂伸長率等力學性能指標。

1.5 抗氧化性能試驗

將濾料試樣分別浸泡在室溫下的5%次氯酸鈉溶液和室溫下的5 g/L高錳酸鉀溶液中，達到設定浸泡時間(24 h)后取出，分別進行清洗、烘干，冷卻后測定其斷裂強力、斷裂伸長率等力學性能指標。

2 結果與討論

2.1 尺寸穩(wěn)定性

為了保證袋式除塵系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，要求袋式除塵用濾料具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性能。在實際運用中，濾袋的經向熱收縮率會影響其在長度方向上的尺寸，這將直接影響袋底與袋籠底部的受力情況;而緯向熱收縮率過大則會直接導致濾袋與袋籠之間的配合過緊，從而使得運行阻力增加［7］。熱收縮率決定于濾料在制造過程中所用基布、纖維的特性，以及生產工藝、后處理工藝，尤其是熱軋過程的質量。

表2為新型復合濾料(濾料A)與其他兩種濾料(濾料B和濾料C)在200℃下的熱收縮率比較。由表1可見，濾料A表現出了良好的尺寸穩(wěn)定性，均在國家標準規(guī)定的要求范圍之內(現行國家標準規(guī)定，要求濾料在連續(xù)工作溫度下經過24 h后，其經、緯向的熱收縮率應分別≤1.5%和≤1%);其他兩種濾料在尺寸穩(wěn)定性上的表現優(yōu)于新型濾料，這主要是由濾料的材質決定的，濾料B和濾料C的基布構成材料都是玻璃纖維，而濾料A的構成材料是以有機高分子纖維為主。

表2 濾料在200℃下的熱收縮率比較 (單位:%)

2.2 耐溫力學性能

濾料的斷裂強力可以表征濾袋的強度，是決定濾袋壽命的重要指標。本文主要測試了濾料在經過高溫后的力學特性變化。圖1為三種濾料在常溫(T0)、200℃和250℃處理24 h后的力學性能。

圖1 濾料強力保持率隨溫度變化曲線

如圖1所示，隨著處理溫度的升高，三種濾料的強力保持率都呈下滑趨勢，但下降幅度不同。濾料A在經、緯向上的強力保持率均在100%以上，在強度上表現出了優(yōu)異的力學性能穩(wěn)定性;濾料B在200℃也有較高的強力保持率，經、緯向的強力保持率均在100%，但在處理溫度為250℃時，濾料B在經、緯向表現出較大差異，緯向強力保持率仍高達93%，而經向的強力保持率僅為62%;濾料C經、緯向強力保持率在三種濾料中下降幅度最大，在200℃時經、緯向強力保持率分別為76%和69%，而當處理溫度達250℃時，經、緯向強力保持率分別僅為51%和30%。從強力保持率上看，濾料A和濾料B都在200℃的環(huán)境下有較高的保持率，但若遇到瞬時高溫的沖擊(如250℃)，濾料A的耐高溫優(yōu)勢就顯現出來。

2.3 耐酸性腐蝕性能

圖2為三種濾料在酸性條件下腐蝕24 h后的力學性能變化情況。由圖2可知:濾料A在室溫和85℃兩種溫度下，經、緯向斷裂強力保持率基本不變，均保持在95%以上;濾料B的經向斷裂強力下降幅度最大，在室溫下30%硫酸處理后斷裂強力僅為初始值的11%，在85℃下10%硫酸處理后則下降至7%，在緯向上斷裂強力保持率分別為24%和30%，可見在相同條件下硫酸溶液對其腐蝕作用最強;濾料C在室溫硫酸腐蝕后經、緯向強力保持率基本一致，分別為38%和39%，在85℃環(huán)境下則分別下降至21%和18%。

圖2 濾料在酸腐蝕環(huán)境下斷裂強力保持率的變化曲線

2.4 抗氧化性能

濾料在電廠實際的運用環(huán)境中會遇到氧化的問題，為此對三種濾料分別用兩種氧化劑進行了抗氧化性能試驗，結果見表3。

表3 濾料在氧化劑腐蝕環(huán)境下的斷裂強力保持率 (單位:%)

由表3可見，試驗選取的兩種氧化劑對濾料A的強力影響不大，而濾料B和濾料C在兩種氧化劑中腐蝕后的強力保持率均低于濾料A。

3 結論

(1)新型高分子復合濾料在高溫環(huán)境下，尤其是在250℃下的強力保持率具有明顯的優(yōu)勢，均保持在100%以上，而在高溫下尺寸穩(wěn)定性上略差于另外兩種對比的濾料，但仍在標準要求的范圍內。

(2)在室溫下30%硫酸溶液和85℃的10%硫酸溶液中，新型高分子復合濾料的強力保持率都保持在95%以上，明顯高于其他兩種濾料，表現出良好的耐酸腐蝕性能。

(3)在試驗選取的兩種氧化劑中，新型高分子復合濾料的經、緯向強力保持率均在90%以上，高于其他兩種濾料，在抗氧化性能上也體現出了優(yōu)勢。

(4)綜合比較結果說明，新型高分子復合濾料在耐高溫、耐酸腐蝕和抗氧化性能方面均優(yōu)于常用的玻纖濾料，適合在電廠煙氣處理系統(tǒng)中應用。

［1］ 婁可賓，沈恒根，杜柳柳.燃煤鍋爐用高溫濾料研究與應用［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33(4):16-19.

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