PTFE覆膜濾料在氧化鋁焙燒使用中的過濾性能分析

劉江峰 徐 輝 周冠辰 劉 海

安徽元琛環(huán)保科技股份有限公司，安徽 合肥 230001

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PTFE覆膜濾料在氧化鋁焙燒使用中的過濾性能分析

劉江峰 徐 輝 周冠辰 劉 海

安徽元琛環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，安徽 合肥 230001

氧化鋁焙燒煙氣凈化多采用過濾除塵，而除塵的核心部位是濾料。由于氧化鋁焙燒爐尾氣具有高溫、高濕、高腐蝕等特點，因此，選用PTFE覆膜濾料，通過AFC-133測試平臺模擬工況，測試覆膜濾料的過濾效率和過濾阻力，證實PTFE覆膜濾料對氧化鋁焙燒爐尾氣中的粉塵具有高效捕集的作用，在1 m/min風速下，排放濃度為0.4669 mg/m3。

過濾，煙氣，PTFE覆膜濾料，凈化

為了防治氧化鋁焙燒煙氣排放造成的污染，中華人民共和國環(huán)境保護部發(fā)布的《鋁工業(yè)污染物排放標準》(GB 25465—2010)明確規(guī)定，氧化鋁焙燒煙氣污染物中顆粒物的排放濃度限值為10.000 mg/m3。

當前，袋式除塵是工業(yè)煙塵過濾效率最高的一種除塵方式[1-3]，出口粉塵排放濃度可控制到低于10 mg/m3， 達到煙塵超凈排放目標。袋式除塵中，濾料是核心部件，濾料的選用對除塵器的過濾效率和過濾阻力有直接的影響。為了使氧化鋁焙燒煙氣獲得更低的煙塵排放濃度，同時為了適應(yīng)高溫、高濕、高腐蝕的惡劣環(huán)境，研究純PTFE覆膜濾料的過濾性能尤為重要[4-5]。本文依據(jù)德國科學技術(shù)協(xié)會標準VDI 3926-2004[6]，通過改變過濾風速和入口煙塵濃度的方式，對聚四氟乙烯(PTFE)覆膜濾料的過濾性能進行研究。

1 試驗

1.1 試驗樣品

樣品1：PTFE膜材。

樣品2：先采用針刺工藝將面層、中間層和底層有序結(jié)合在一起，再將PTFE膜材采用熱熔工藝附著在面層上，形成PTFE覆膜濾料。

PTFE覆膜濾料的面層為超細PTFE纖維，底層為普通PTFE纖維，中間層為PTFE基布。采用針刺工藝將三者有序地結(jié)合在一起，可形成纖維雜亂排列的三維微孔結(jié)構(gòu)的針刺氈。隨后，通過燒毛、壓光、高溫定型等處理，再對PTFE濾料進行PTFE覆膜處理，制得PTFE覆膜濾料。

PTFE膜材與PTFE覆膜濾料照片分別見圖1和圖2。PTFE覆膜濾料的部分性能參數(shù)見表1，其強伸性達到國家標準要求(表2)。

圖1 PTFE膜材照片

圖2 PTFE覆膜濾料照片

表1 PTFE覆膜濾料的部分性能參數(shù)

表2 PTFE覆膜濾料的強伸性能參數(shù)

1.2 試驗儀器

AFC-133濾效測試臺(德國Topas)；PHENOM PURE掃描電子顯微鏡。

1.3 試驗方案

考慮到實際工況條件，對排放粉塵進行掃描電鏡和粒徑分析，選取試驗粉塵，并參照VDI 3926-2004進行測試。測試步驟如下：

制備濾料；設(shè)定測試條件(風速、粉塵濃度)；初始過濾循環(huán)30次，定壓1 000 Pa清灰；老化過程清灰5 000次，時間間隔5 s；老化后循環(huán)過濾30次，定壓1 000 Pa清灰。

過濾風速：1、2 m/min；入口粉塵濃度：1、3、5、7、10 g/m3。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 粉塵(Al2O3)SEM照片

由于金屬冶煉行業(yè)粉塵顆粒小，過濾粉塵需要回收，排放要求高，因此，模擬測試前需要對排放粉塵粒徑分布進行分析。

圖3為排放粉塵和標準粉塵的SEM照片。由圖3(a)可知，粉塵粒徑主要集中在1～4 μm，1 μm以下和4 μm以上的比較少，且粒徑分布不均勻。由圖3(b)和(c)可知，干燥前，標灰顆粒團聚現(xiàn)象比較嚴重，顆粒粒徑在微米級以上的數(shù)量較多，且集中在1～4 μm；干燥后，標灰顆粒團聚現(xiàn)象有所減弱，粒徑為納米級的顆粒數(shù)量較多，僅少量為2～3 μm。

(a) 排放粉塵

(b) 干燥前標灰

(c) 干燥后標灰

圖4(a)為排放粉塵粒徑分布曲線，粒徑在7.661 μm 以下的占50%(質(zhì)量分數(shù))，37.510 μm以下的占90%(質(zhì)量分數(shù))。圖4(b)為標灰干燥后的粉塵粒徑分布曲線，粒徑在3.136 μm以下的占50%(質(zhì)量分數(shù))，17.920 μm以下的占90%(質(zhì)量分數(shù))。干燥后，標灰顆粒粒徑分布均勻，符合工況。

(a) 排放粉塵

(b) 干燥后標灰

2.2 過濾性能

圖5所示為PTFE覆膜濾料在不同風速、不同入口煙氣濃度下的煙塵過濾效率。由圖5中曲線可知，在風速一定時，隨著入口煙氣濃度的提高，排放濃度增加，過濾效率降低；而在入口煙氣濃度一定時，隨著風速的加快，排放濃度上升，過濾效率降低。在入口煙氣濃度為10 g/m3時，PTFE覆膜濾料的排放濃度在風速1、2 m/min條件下分別為0.467、0.726 mg/m3，過濾效率分別為99.995 5%、99.9927%。

圖5 不同風速和不同入口煙氣濃度下排放濃度和過濾效率

2.3 過濾阻力

圖6和圖7所示為不同風速時老化清灰5 000次，循環(huán)過濾30次，不同入口煙氣濃度下的過濾阻力。由圖6可知，當風速為1 m/min時，入口煙氣濃度為1 g/m3時的過濾時間最長，過濾阻力上升均勻；入口煙氣濃度為10 g/m3時的過濾時間最短，過濾阻力隨時間延長而增加，且普遍高于入口煙氣濃度為1 g/m3時的過濾阻力。由圖7可知，風速為2 m/min時， 入口煙氣濃度為1 g/m3時的過濾時間最長，過濾阻力上升均勻；入口煙氣濃度為10 g/m3時的過濾時間最短，過濾阻力隨時間延長而增加，同樣普遍高于入口濃度為1 g/m3時的過濾阻力。

圖8為一定風速下，入口煙氣濃度為1、5、10 g/m3時的過濾阻力。由圖8(a)可得出，風速為1 m/min時，入口煙氣濃度為10 g/m3時的過濾阻力最大，入口煙氣濃度為1 g/m3時的過濾阻力最小。這是由于入口煙氣濃度越高，單位面積內(nèi)的粉塵越多，故而過濾阻力上升。圖8(b)中的風速為2 m/min，入口煙氣濃度為10 g/m3時的過濾阻力最大，入口煙氣濃度為1 g/m3時的過濾阻力最小。因為入口濃度越高，單位面積的粉塵量越大，所以阻力上升得越快。因此，風速為2 m/min時，在相同的入口煙氣濃度下，過濾阻力高于風速為1 m/min時的過濾阻力。

(a) 1 g/m3

(b) 5 g/m3

(c) 10 g/m3

(a) 1 g/m3

(b) 5 g/m3

(c) 10 g/m3

(a) 風速1 m/min

(b) 風速2 m/min

3 結(jié)語

通過分析可知， PTFE覆膜濾料表面光滑，容易清灰，過濾效率穩(wěn)定，當入口煙氣濃度為10 g/m3時，在1 m/min的風速下排放濃度為0.467 mg/m3，在2 m/min的風速下排放濃度為0.726 mg/m3，遠小于標準限定的10.000 mg/m3，適合對過濾精度要求高，且煙塵尾氣為高溫、高濕、高腐蝕等惡劣環(huán)境的氧化鋁焙燒行業(yè)使用。

[1] WILLIAM J O, MARKUSSEN J M, HENRY W P, et al. Characterization of NO2and SO2removals in a spray dryer/baghouse system[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research,1994, 33(11): 2749-2756.

[2] 李湘洲. 水泥立窯除塵技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢[J]. 中國粉體技術(shù), 2002, 8(4): 44-46.

[3] 祁君田. 現(xiàn)代煙氣除塵技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社, 2008: 394-395.

[4] 杜柳柳．袋式除塵器用PTFE復合濾料性能的試驗研究[D]. 上海: 東華大學，2008．

[5] ROBERT L S. Filter laminates: US 4983434[P]. 1991-01-08.

[6] VEREIN D I. VDI 3926. Testing of cleanable filter media—Standard test for the evaluation of cleanable filter media[S]. German, 2004.

Analysis on filtration performance of pure PTFE membrane filter materials applied in roasting process of alumina

LiuJiangfeng,XuHui,ZhouGuanchen,LiuHai

Anhui Yuanchen Environmental Protection Science & Technology Co., Ltd., Hefei 230001, China

The fume gas purification of the roasting process of alumina always uses the bag-filter, and the core part of the dust removal is filter materials. Because of high temperature, high humidity, high corrosion and other special environment, pure PTFE membrane filter materials were selected. Through the AFC-133 test platform simulation, the filter efficiency and resistance test were carried out, and confirmed that the pure PTFE membrane filter material in the roasting process of alumina had a high efficiency of 0.4669 mg/m3under the wind speed of 1 m/min.

filtration, fume, pure PTFE membrane filter material, purification

2015-11-24

劉江峰，男，1982年生，中級工程師/技術(shù)總監(jiān)，主要從事大氣污染物除塵治理及袋式除塵過濾材料的研究工作

TB332

A

1004-7093(2016)06-0028-05