聚酰亞胺濾料在水泥窯尾除塵器上的應(yīng)用

凡 芳，鄭智宏，張靜云，蔡偉龍

（廈門三維絲環(huán)保股份有限公司，福建 廈門 361101）

聚酰亞胺濾料在水泥窯尾除塵器上的應(yīng)用

凡 芳，鄭智宏，張靜云，蔡偉龍

（廈門三維絲環(huán)保股份有限公司，福建 廈門 361101）

分析了某水泥廠窯尾項(xiàng)目運(yùn)行過程中抽檢的聚酰亞胺濾袋的性能，結(jié)果證實(shí)該濾料在滿足水泥窯尾項(xiàng)目4年正常運(yùn)行的條件下，仍具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，且過濾性能保持良好。

聚酰亞胺濾袋；聚四氟乙烯（PTFE）基布；水泥窯尾除塵器

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和“十二五”節(jié)能減排要求發(fā)布，國家對(duì)于水泥生產(chǎn)的環(huán)保要求不斷提高，《水泥行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T4915-2013）明確規(guī)定水泥生產(chǎn)線窯頭窯尾的粉塵排放濃度不超過30mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)須控制在20mg/m3以下[1]。濾袋是袋式除塵器的核心，煙氣的溫度、粉塵濃度等理化特性都會(huì)影響濾袋性能，因此，濾袋的選型對(duì)于除塵器的使用壽命以及粉塵排放控制都至關(guān)重要。水泥窯尾產(chǎn)生的廢氣含塵濃度達(dá)到40~80g/m3，含水量在10%以上，煙氣溫度較高，長期維持在200℃左右，瞬時(shí)沖擊溫度可達(dá)到260℃[2]。針對(duì)此高溫、高濕煙氣的收塵，要求濾袋必須具備良好的耐高溫、耐氧化和優(yōu)異的過濾性能。

聚酰亞胺（PI）纖維不僅耐氧化性能、耐溫性能（可以承受260℃高溫）優(yōu)異[3-6]，而且還能耐鹽酸、硫氧化物、氮氧化物的腐蝕；PI纖維具有不規(guī)則的葉片狀截面，因此，比一般圓形截面增加了80%的表面積，制成的PI濾料具有很好的過濾性能[7，8]，PI濾袋作為水泥窯使用較多的濾袋之一，目前對(duì)其在窯尾袋式除塵器應(yīng)用過程中性能變化的研究較少，本文通過工程應(yīng)用跟蹤及實(shí)驗(yàn)分析探究PI（PTFE基布）濾袋在窯尾除塵上的性能變化趨勢，研究其在水泥窯尾除塵器上的使用壽命。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

四川某水泥廠窯尾運(yùn)行2、3、4年時(shí)抽取的PI（PTFE基布）濾袋樣品，除塵器入口粉塵。

1.2 主要儀器

YG026C型電子織物強(qiáng)度機(jī)；掃描電鏡（SEM，上海田京）；馬爾文激光粒度分析儀MS2000；YG461E-Ⅲ型全自動(dòng)透氣量儀；GYS-2QDM視頻顯微鏡。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

織物標(biāo)重、強(qiáng)度、透氣性能分別按GB/T4669、GB/T 3923.1、GB/T5453等標(biāo)準(zhǔn)測試；SEM觀察微觀形貌；視頻顯微鏡觀察橫截面（SDC掃描）；MS2000測試粉塵粒徑分布情況。

2 窯尾除塵器工況參數(shù)與PI（PTFE基布）濾袋應(yīng)用情況

表1為四川某項(xiàng)目4600t/d水泥生產(chǎn)線窯尾的工況參數(shù)表。如表1中所示，該項(xiàng)目煙氣量為86萬m3/h，煙氣正常溫度為130℃~230℃，瞬時(shí)溫度高達(dá)260℃，說明該水泥窯尾煙氣具有溫度高、流量大的特點(diǎn)。針對(duì)此水泥窯尾的特殊工況，特選用耐溫性能和過濾性能優(yōu)越的PI（PTFE基布）濾袋。

表1 工況參數(shù)

該項(xiàng)目袋式除塵器的運(yùn)行工況見表2。如表2中所示，袋式除塵器在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)采用定時(shí)脈沖噴吹清灰的方式，運(yùn)行壓差保持在較低的水平（600～800Pa），排放濃度符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 除塵器的實(shí)際運(yùn)行工況表

3 結(jié)果與討論

3.1 粉塵粒徑分布情況

圖1為除塵器入口粉塵的粒徑分布圖。如圖1所示，該項(xiàng)目粉塵整體比較細(xì)，主要集中分布在0~30μm的范圍內(nèi)；PM2.5（粒徑小于2.5μm的顆粒）占粉塵總體積的30%左右；PM10（粒徑小于10μm的顆粒）占比達(dá)到85%；95%以上粉塵的粒徑小于30μm。因此濾袋必須具備高過濾精度、低阻的性能，才能滿足要求的高過濾效率。

圖1 除塵器入口的粉塵粒徑分布圖

3.2 PI纖維的微觀形貌及PI（PTFE基布）濾袋結(jié)構(gòu)

圖2為PI（PTFE基布）濾袋的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，標(biāo)注1為PI纖維構(gòu)成的面層纖維層，標(biāo)注2為PTFE基布層。PTFE基布具有良好的耐高溫和耐酸堿腐蝕性能，可以在一定程度上彌補(bǔ)PI纖維不耐堿的劣勢。面層PI纖維具有不規(guī)則的葉片狀橫截面（如圖3所示），具有較高的比表面積，提高了過濾面積；同時(shí)不規(guī)則的橫截面又提高了纖維間的纏結(jié)力，使濾氈結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。因此，PI（PTFE基布）濾袋的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其可以達(dá)到良好的捕集微細(xì)粉塵的效果，適用于水泥窯尾粉塵較細(xì)的特殊工況。

圖2 PI（PTFE基布）濾袋結(jié)構(gòu)圖

圖3 PI纖維的電鏡掃描圖片

3.3 運(yùn)行過程中強(qiáng)度跟蹤情況

表3、圖4均為不同時(shí)期取出樣品的拉伸強(qiáng)度的對(duì)比情況。如圖4所示，隨濾袋運(yùn)行時(shí)間的延長，橫、縱向斷裂強(qiáng)度均有不同程度的衰減，橫向強(qiáng)度的衰減速率大于縱向；擬合近4年濾袋強(qiáng)度保持率情況（如圖5所示），橫向斷裂強(qiáng)度的保持率曲線為y1 = -12.182x + 100，將濾袋使用壽命的極限值300N（保持率25.37%）帶入公式中，計(jì)算結(jié)果顯示正常工況下該濾袋理論機(jī)械壽命期限可以達(dá)到6.13年。

表3 拉伸強(qiáng)度對(duì)比表

圖4 機(jī)械強(qiáng)度的對(duì)比圖

圖5 機(jī)械保持率的變化擬合圖

3.4 運(yùn)行過程中過濾性能跟蹤情況

表4、圖6為不同時(shí)期取出的樣品清灰后的透氣量對(duì)比情況。如圖6所示，隨濾袋運(yùn)行時(shí)間的延長，透氣量先衰減后逐漸趨于平穩(wěn)，主要表現(xiàn)是運(yùn)行2年時(shí)透氣量衰減較大，透氣量保持率在80%左右，運(yùn)行2~4年的時(shí)間，透氣量保持率趨于穩(wěn)定在77%~82%，滿足過濾性能對(duì)透氣性的要求。

圖7為待測樣品的橫截面（SDC掃描）圖片。如圖7所示，運(yùn)行時(shí)間達(dá)到2、3、4年時(shí)，抽檢濾袋的橫截面均比較干凈，粉塵被正常截留在迎塵面表層，說明PI（PTFE基布）濾袋的密實(shí)度比較好，在長期脈沖噴吹等機(jī)械勞損作用下，仍可以達(dá)到良好的捕塵效果。

表4 清灰后透氣量對(duì)比表

圖6 清灰后透氣量的對(duì)比圖

圖7 不同運(yùn)行時(shí)間的PI（PTFE基布）濾袋橫截面圖片

4 總結(jié)

綜上，通過對(duì)PI（PTFE基布）濾袋的微觀形貌以及在四川某水泥窯尾項(xiàng)目上分別投運(yùn)2、3、4年后的各項(xiàng)性能跟蹤情況的研究，可得到如下結(jié)論：

（1）PI（PTFE基布）濾袋所采用的PI纖維具有不規(guī)則葉片狀橫截面，增大了纖維過濾比表面積及纖維間的纏結(jié)力，更適合過濾微細(xì)粉塵，滿足水泥窯尾袋式除塵器粉塵排放濃度≤20mg/m3甚至10mg/m3以下的排放要求。

（2）隨濾袋運(yùn)行時(shí)間的延長，縱向強(qiáng)度變化幅度小，橫向強(qiáng)度的衰減明顯大于縱向，擬合結(jié)果顯示在同樣工況條件下，該濾袋的機(jī)械壽命期限可達(dá)6.13年。

（3）濾袋透氣量基本維持在77%~82%的平穩(wěn)狀態(tài)，過濾效果尚佳，SDC掃描圖片顯示濾袋未發(fā)生粉塵滲透，說明經(jīng)過4年的使用，PI濾袋整體的密實(shí)度保持良好，對(duì)微細(xì)粉塵的過濾效率高。

[1]GB/T4915-2013水泥行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]王全意.千業(yè)水泥5000t/d新型干法窯尾袋收塵器濾袋破損淺析[J].科技風(fēng)，2012，9：51-52.

[3]鄧洪，吳純，李小甫.高溫過濾材料的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢[C].南京：全國袋式除塵技術(shù)研討會(huì)論文集，2009：405-410.

[4]趙莉.濾料技術(shù)與現(xiàn)場應(yīng)用[C].南京：全國袋式除塵技術(shù)研討會(huì)論文集，2009：485-487.

[5]郭沖.P84纖維在水泥廠窯尾袋式除塵中的應(yīng)用[C].全國袋式除塵技術(shù)研討會(huì)論文集，2013：260-262.

[6]吳春峰，馮伯民.P84/Nomex復(fù)合濾料在5000t/d水泥生產(chǎn)線窯尾布袋收塵上的應(yīng)用[C].全國袋式除塵技術(shù)研討會(huì)論文集，2013：267-270.

[7]侯偉麗.垃圾焚燒煙氣除塵用高性能水刺復(fù)合濾料[C].全國袋式除塵技術(shù)研討會(huì)論文集，2013：288-292.

[8]王作杰.水泥窯尾及生料磨系統(tǒng)應(yīng)用行噴脈沖袋除塵器的研究與實(shí)踐[J].2005，11：41-44.

Application and Research of Polyimide Filter Materials in Precipitator of Cement Kiln Tail

FAN Fang,ZHENG Zhi-hong,ZHANG Jing-yun,CAI Wei-long

X701

A

1006-5377（2016）01-0053-04