聚四氟乙烯覆膜無縫濾袋在水泥行業(yè)粉塵的“超凈排放”應用探討

陳觀福壽 黃斌香

一、概述

我國水泥產量自2006-2014年逐年增長，15年間水泥產量增加了11.5億t，連續(xù)30年產量居全球第1。在水泥的生產過程中，很多工序都會產生廢氣排放或外逸，從而引起粉塵或煙氣污染。依據新頒布實施的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2013）要求：水泥行業(yè)無組織顆粒物排放限值為0.5mg/m3；重點地區(qū)企業(yè)、新建企業(yè)（及現有企業(yè)2015年后）和現有企業(yè)（2015年前）的礦山開采，散裝水泥中轉站及水泥制品生產，破碎機、磨機、包裝機及其他通風生產設備的顆粒物排放限值分別為10mg/m3、20mg/m3和30mg/m3；而重點地區(qū)企業(yè)、新建企業(yè)和現有企業(yè)（2015年前）的水泥窯及窯磨一體機，烘干機、烘干磨、煤磨及冷卻機的顆粒物排放限值分別為20mg/m3、30mg/m3和50mg/m3[1]。

新標準（GB 4915-2013）的環(huán)保要求比修訂前確實高了不少，已接近或達到歐盟標準，但相對于煤電行業(yè)的“超凈排放”[2]，同樣作為國家基礎性工業(yè)的水泥行業(yè)大氣污染控制技術發(fā)展卻相對滯后。因此新標準的實施將對我國水泥工業(yè)煙氣過濾提出更高的要求。

在水泥工業(yè)生產中產生的粉塵一般采用靜電除塵器或袋式除塵器加以脫除，但是目前水泥生產過程中產生的含塵氣體成份復雜，其中窯尾排放煙氣的粉塵濃度、粒徑及煙氣含濕量都會隨風量變化而變化，而且還含有硫化物和氮氧化物等有害腐蝕性氣體[3]。因此在選擇窯尾的過濾材料時需充分考慮到濾料的耐溫性、耐腐蝕、抗氧化、耐水解等綜合性能，要綜合考慮國家和行業(yè)標準要求的煙氣粉塵污染物的排放限值、使用壽命多方面考慮，才能有望實現水泥行業(yè)的“超凈排放”。而聚四氟乙烯（PTFE）覆膜濾料就是可以擔當此重任的合適之選。

二、PTFE覆膜濾料的開發(fā)及應用

1.三維拉伸聚四氟乙烯微孔膜

PTFE微孔薄膜是一種具有孔隙率高、孔徑較為均勻且孔徑范圍為0.01～2.5μm的原纖狀微孔結構膜。傳統(tǒng)的雙向拉伸工藝制備的PTFE微孔膜其微觀結構為點狀放射的結果（圖1），因此其強度普遍不高，且孔隙率和孔徑不均勻。上海市凌橋環(huán)保設備廠有限公司通過三維立體拉伸工藝對PTFE樹脂選擇、混料工藝、拉伸工藝研究[4]，制備了一種具有立體三維的網狀結構高精度耐腐蝕PTFE微孔膜。采用三維立體拉伸工藝制備PTFE膜，降低對拉伸機內的溫度要求，只需簡單的溫度梯度即可。因此，立體拉伸既可以提高PTFE薄膜孔徑均勻性、厚度均勻和力學強度等，同時因為采用了三維拉伸和梯度溫度工藝，因此簡化了拉伸的操作流程提高了生產效率。

從PTFE微孔膜表面微觀結構分析的SEM照片（圖2）可以看出，這種膜內部是由許多縱橫交錯的纖維構成的三維立體結構膜，具有PTFE固有的一切優(yōu)異特性。

采用三維立體拉伸工藝制備的高精度耐腐蝕PTFE微孔膜相比于傳統(tǒng)雙向拉伸膜有以下優(yōu)勢：①拉伸完全，幾乎所有區(qū)域都發(fā)生拉伸取向；②原纖化程度高，拉伸節(jié)點很小，提高了PTFE膜內部結構的纖維化程度和膜的力學強度；③具有較好三維立體空間結構，孔隙率達到80%～90%，有利于提高過濾效率；④孔徑大小在0.10～5μm之間，微孔分布均勻，孔徑大小分布可控（如圖3）；⑤幅寬可達3.0m，制得的膜厚度均勻，膜厚控制在4～20μm，厚度偏差±1.5μm。

2.PTFE覆膜過濾材料

PTFE覆膜濾料則是將PTFE微孔薄膜通過熱壓或者粘結等特殊工藝覆合在針刺氈（水刺氈、熔噴無紡布、紡粘無紡布）濾料表面而成的一種新型過濾材料。PTFE薄膜具有多微孔性、透氣性和憎水生，薄膜表面光滑，摩擦系數極低，粉塵剝離性好，不易積塵，將其覆合到普通過濾材料的表層，使煙氣中的粉塵幾乎全部收集在薄膜的表面，且形成的粉塵層易被清掉，實現表面過濾，粉塵不會滲透到織物內部，粉塵不與基布層接觸，減少了磨損，降低清灰能耗，大大提高了使用壽命。具有未覆膜過濾材料無可比擬的優(yōu)越性。該PTFE覆膜濾料具有粉塵剝離強度高、透氣量大、阻力小、孔徑分布集中均勻等特點，除塵效率達99.99%以上，是煙氣污染粉塵理想的過濾材料。

因此，為滿足新的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》要求和2018年1月1日即將實施的《中華人民共和國環(huán)境保護稅法》，上海市凌橋環(huán)保設備廠有限公司以濾料國產化為目標，研發(fā)出了一種具有完全自主知識產權的高性能新型PTFE無縫濾袋，從微觀結構、過濾性能、使用周期等均在對水泥行業(yè)排放的“超凈排放”上得到實踐證明，證明了高性能新型PTFE無縫濾袋具有相當的優(yōu)越性。

（1）純PTFE覆膜過濾材料

純PTFE覆膜濾料以PTFE長纖維為基礎機織成基布，再通過在基布上針刺PTFE短纖維制成聚四氟乙組針刺氈，然后覆合相應規(guī)格的PTFE微孔膜制成純PTFE覆膜濾料。純PTFE覆膜過濾材料具其他傳統(tǒng)過濾材料所不具有的耐高低溫、耐高酸堿等特性[3]，檢測結果顯示，上海市凌橋環(huán)保設備廠有限公司生產的純PTFE覆膜濾料對MPPS（PM0.06）的過濾效率為99.99%（對應高效過濾器的H14）（圖4），具有過濾效率高、運行阻力低的特點，降低了清灰頻率低，提高了使用壽命長，不僅能夠降低能耗，也減少了維保方面的費用。

（2）PTFE覆膜無縫濾袋

PTFE覆膜無縫濾袋由迎塵面復合PTFE微孔薄膜的針刺氈或無紡布制成的濾袋，特點是滌綸等基材的濾袋直接通過熱熔復合工藝制備（圖5-1），杜絕袋身存在針孔。而純PTFE濾料不能熱熔，濾袋在縫合位置仍有大量針孔，超細粉塵還會從針孔竄出，因此采用在三線縫合處用特殊密封帶熱熔貼合提高濾袋的密封性（圖5-2），為水泥行業(yè)煙氣治理“超凈排放”（圖6）提供一種可行性的解決方案。該項工藝與現有技術相比具有過濾精度高，除塵效率好，尤其適用于過濾PM0.3、PM1.0、PM2.5及PM10等粉塵的濾袋，過濾效率高。經過檢測，PTFE覆膜無縫濾袋的PM2.5過濾效率達到99.999%，而對MPPS（PM0.3）的過濾效率也達到了99.97%。無縫濾袋制作方便，生產成本低，使用效果好。

PTFE覆膜無縫濾袋經江西萬年青水泥股份有限公司實際工況測試，進口濃度為24 695mg/m3，出口排放濃度為1.8mg/m3，排放濃度值遠低于《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2013）規(guī)定的10mg/m3，實現了對水泥工業(yè)煙氣治理的“超凈排放”，是一種很有應用前景及實用價值的細微顆粒物過濾材料。

三、結語

目前純PTFE材質的過濾材料持續(xù)運行溫度可以達到250℃，且瞬時溫度達到260℃，而聚苯硫醚、Nomex和P-84的持續(xù)運行溫度和瞬時溫度均不及純PTFE覆膜無縫濾料。如將耐溫性和過濾效率作為袋式除塵器濾料運行的指標，PTFE覆膜無縫濾袋很顯然更具有優(yōu)勢。因此，與傳統(tǒng)加工工藝制備的覆膜過濾材料相比，純PTFE覆膜無縫過濾材料更能滿足高苛刻條件下的煙氣凈化工礦要求，提高煙氣過濾效率，實現“超凈排放”。

參考文獻

[1] 國家環(huán)境保護部，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB4915-2013水泥工業(yè)大氣污染物排放標準[S].北京：中國環(huán)境出版社，2014.

[2] 蒲鵬飛.燃煤電廠實現多污染物超凈排放的優(yōu)選控制技術分析[J].環(huán)境工程，2015，33（7）：139-143.

[3] 黃碧捷.水泥工業(yè)粉塵污染特征及控制技術[J].綠色科技，2013（12）：140-142.

[4] 陳觀福壽，黃斌香.三維立體拉伸聚四氟乙烯微孔膜工藝[J].現代化工，2013，33（1）：80-83.