高性能PTFE（聚四氟乙烯）覆膜濾袋在面粉工業(yè)除塵中應(yīng)用前景的探討

楊磊　劉君　李東森

1．鄭州華森糧食工程有限公司　鄭州　450006　2．河南工業(yè)大學(xué)小麥和玉米深加工國家工程實(shí)驗室　鄭州　450001

高性能PTFE（聚四氟乙烯）覆膜濾袋在面粉工業(yè)除塵中應(yīng)用前景的探討

楊磊1，2劉君1李東森2

1．鄭州華森糧食工程有限公司鄭州4500062．河南工業(yè)大學(xué)小麥和玉米深加工國家工程實(shí)驗室鄭州450001

介紹面粉工業(yè)低壓脈沖除塵器在應(yīng)用方面的不足，以及PTFE（聚四氟乙烯）覆膜濾袋的結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用優(yōu)勢。通過在面粉廠應(yīng)用實(shí)例的對比，說明應(yīng)用PTFE覆膜濾袋具有效率高、壓損低、清除粉塵性能好、維護(hù)頻率低等優(yōu)點(diǎn)，對于面粉工業(yè)的節(jié)能降耗、降低維修成本具有實(shí)際意義。

PTFE聚四氟乙烯覆膜濾袋面粉工業(yè)除塵

袋式除塵技術(shù)最近幾年在工業(yè)應(yīng)用中取得了飛速發(fā)展，尤其是在水泥生產(chǎn)方面，早期的袋式除塵技術(shù)主要使用的是普通針刺氈濾料，這些濾料表面并不很光滑，其過濾層孔隙很大且不均勻，因此就形成深層過濾，這對過濾性能和使用壽命產(chǎn)生影響，對于粒徑較大的粉塵收集，普通濾料通常是被認(rèn)可的，但對于粒徑較小的亞微粒粉塵并不適用。普通濾料不足之處有，細(xì)微粉塵非常容易穿透導(dǎo)致排放高，濾料內(nèi)部易被粉塵堵塞導(dǎo)致壓損高，清灰周期短，造成使用壽命短；每次清灰前后排放波動大，排放波動是由濾料內(nèi)部粉塵被清灰后，短時間內(nèi)濾料孔隙較大，粉塵容易穿透引起的。

為消除以上不足，在普通濾料表面增加致密過濾層不失為一種理想的解決辦法，由此推出由膨體聚四氟乙烯覆膜的過濾材料，并提出了表面過濾的概念。這種致密過濾層是一種壓覆在普通濾料表面的一層連續(xù)均勻多微孔極光滑的薄膜。覆膜濾料有多方面的優(yōu)勢：

①提高過濾效率，尤其是對粒徑較小的亞微粉塵具有很好的攔截效果；

②其更低更穩(wěn)定的壓損，可提高產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性；

③濾袋壓損低，粉塵剝離性很好，清灰性能好；

④清灰頻率低，可以極大地延長濾袋的壽命。

覆膜濾料替代普通濾料，實(shí)現(xiàn)表面過濾的優(yōu)化，可大大提高過濾性能，濾料的使用壽命更長，過濾效率更高，粉塵排放低，完全可滿足歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)，同時減少系統(tǒng)停機(jī)時間。

實(shí)踐證明，使用覆膜濾料后，清灰頻率可由普通濾料的每天360個循環(huán)降至每天50個循環(huán)，除塵器系統(tǒng)壓損在同等條件下覆膜濾料可比普通濾料低600 pa以上。

1　PTFE覆膜濾料的性能及其過濾原理

1）PTFE簡介

聚四氟乙烯（PTFE）俗稱“塑料王”，它是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的具有特殊性能的含氟高聚物材料，氟原子以有規(guī)則、緊密堆積的方式覆蓋整個高分子鏈的表面，對骨架碳原子起到屏蔽作用，因此PTFE具有優(yōu)良的耐高溫性、耐腐蝕性、電絕緣性能、密封性等，其制品能在-190℃～250℃的溫度下長期工作。除熔融金屬鈉和液氟外，PTFE能耐其它一切化學(xué)藥品，甚至在王水中煮沸也不起變化。憑借其突出的性能，PTFE已廣泛應(yīng)用于電信電纜、密封、航空航天以及環(huán)保等領(lǐng)域。

2）PTFE覆膜濾袋的技術(shù)參數(shù)

由于PTFE熔體粘度高達(dá)1010～1015Pa·s，是一種典型的非熔流材料，即使達(dá)到分解溫度后也不能自由流動，所以它不適合常用的高分子纖維的加工方法。在不同溫度下，通過不同的拉伸強(qiáng)力制備成不同孔徑的聚四氟乙烯微孔膜，然后通過膜裂法生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出的PTFE纖維具有近似規(guī)則的六邊形斷面，有效增大了比表面積（單位質(zhì)量表面積），這種纖維在保持PTFE原有的耐高溫、耐腐蝕性能外，還具有非常高的強(qiáng)度，其長短纖維的性能指標(biāo)分別見表1和表2所示。由長纖維織成的基布作為濾料的“骨架”，提供了針刺氈約70%～80%的強(qiáng)力，大大提高了濾袋的使用壽命，由短纖維通過針刺工藝制備的針刺氈作為濾料的“過濾層”，對粉塵的捕集效率有了很大的提高。

表1　PTFE長纖維的性能指標(biāo)

表2　PTFE短纖維的性能指標(biāo)

圖1　PTFE微孔薄膜的場發(fā)射掃描電鍍圖

我國通過三維立體拉伸技術(shù)成功制備出了性能可達(dá)到國際先進(jìn)水平的PTFE微孔薄膜。該薄膜是由PTFE結(jié)晶分子聚集的島狀結(jié)點(diǎn)和由結(jié)晶分子拉伸出的纖維絲構(gòu)成，微觀形貌如圖1所示。這些纖維絲立體交叉形成尺寸均勻的微孔，微孔再層層重疊形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在滿足一定透氣量的前提下，大大提高了膜的強(qiáng)度和過濾精度。

3）普通濾料和PTFE覆膜濾料材質(zhì)對比

用于脈沖除塵器的濾袋可以是織物料，也可以是針刺氈料，針刺氈料通常較厚，游離的纖維較多，針刺氈是將短纖紗用針刺的型式刺進(jìn)較稀松平紋織物中，或者直接將這些短纖紗針刺在一起成為無支撐的氈料，這些纖維錯綜交匯來實(shí)現(xiàn)攔截粉塵的能力，人們習(xí)慣于將這種濾料稱之為普通濾料，這種濾料由于纖維間的孔隙較大，很難攔截細(xì)微粉塵，為了達(dá)到更好的過濾效果。將一種連續(xù)均勻多微孔極光滑的薄膜壓覆于其表面形成覆膜濾料，由圖1所示覆膜濾料的結(jié)構(gòu)可見其薄膜表面的微孔極其致密且光滑，因此對粉塵的攔截效果極佳，同時，也解決了普通濾料清灰難的問題。

4）PTFE覆膜濾袋的性能

圖2為純PTFE覆膜濾袋的截面掃描電鏡圖，從圖2可以看到PTFE微孔膜孔徑大小均勻，緊密地覆著在由PTFE短纖維制成的針刺氈表面。PTFE基布和短纖維為PTFE微孔薄膜提供了一定的強(qiáng)度和支撐，PTFE微孔薄膜提供了非常高的過濾精度。

圖2　純PTFE薄膜濾袋的截面掃描電鏡圖

2　PTFE覆膜濾料的表面過濾優(yōu)勢

濾料的過濾方式主要有深層過濾和表面過濾2種方式。

1）普通濾料的深層過濾

傳統(tǒng)濾料的深層過濾主要依靠一次粉塵層的作用，為保證濾料持續(xù)工作，應(yīng)定期對濾料進(jìn)行清灰，清灰時應(yīng)盡量做到不破壞“一次粉塵層”。在過濾過程中，一次粉塵層只是在一段時間內(nèi)效率比較高，而且深層過濾對細(xì)小顆粒的捕集效率非常低。一次粉塵層處于形成→穩(wěn)定→清灰破壞→形成的反復(fù)狀態(tài)。

普通濾料的深層過濾是依靠建立在濾料內(nèi)部和濾料表面的初始粉餅來達(dá)到過濾效果的，實(shí)際的過濾是依靠這層初始粉餅。在沒有初始粉餅狀況下，普通非覆膜濾料的過濾效率僅為30%～70%。因此必需建立這層初始粉餅，但也帶來高壓損問題。為保持系統(tǒng)壓損不至于太高，必需對二次粉餅進(jìn)行連續(xù)有規(guī)律的清除，這同時會破壞已經(jīng)建立的初始粉餅，造成過濾效率降低、排放高，這要持續(xù)到再次建立初始粉餅。如果系統(tǒng)含塵氣體的濕度含量較高，加之普通濾料表面不夠光滑，建立在普通濾料上的粉餅將無法清除。一段時間后，無法清除的粉餅變得越來越厚，會直接導(dǎo)致濾料的透氣率降低，流量產(chǎn)量降低。系統(tǒng)維護(hù)和停機(jī)時間增加。

2）覆膜濾料的表面過濾

PTFE薄膜結(jié)構(gòu)的微孔極其致密，即使是亞微顆粒的粉塵也很難穿透這種薄膜層，因此幾乎所有的粉塵都被攔截在薄膜的表面，實(shí)現(xiàn)表面過濾。它完全優(yōu)于普通濾料表面的初始粉餅，其孔隙致密均勻、透氣率好，加之這種薄膜的特殊物理性能，表面極其光滑，極易清灰。薄膜特有的憎水性能，即便是含塵氣體濕度含量較高，粉塵也很難板結(jié)，為濾袋的清灰創(chuàng)造了良好的條件。

覆膜濾料屬于表面過濾，覆膜濾料利用其微孔結(jié)構(gòu)改變了普通濾料的過濾機(jī)理，由普通濾料的深層過濾機(jī)理轉(zhuǎn)變成為表面過濾機(jī)理。在覆膜濾料的過濾過程中，基布和針刺氈只起到支撐的作用，不像傳統(tǒng)濾料那樣需要依靠濾料表面形成的粉塵初層進(jìn)行過濾，PTFE膜層本身就能夠起到一次粉塵層的作用。這樣一來覆膜濾料從一開始效率就很高，不需要一次粉塵層來提高效率。覆膜濾料除塵主要利用微孔薄膜的微濾作用，這是新型覆膜濾料與傳統(tǒng)濾料除塵機(jī)理的區(qū)別所在。

3　PTFE覆膜濾料的應(yīng)用優(yōu)勢

1）清灰頻率低濾袋壽命長

光滑的表面、只需要很低的脈沖壓力就可達(dá)到清灰的目的，大大減少了清灰時壓縮空氣對濾袋的機(jī)械損傷。同時，由于濾料表面光滑，粉塵很容易掉落，每次清灰后剩余壓損很低，且系統(tǒng)阻力上升很慢，因此清灰頻率可大大降低，這都極大地延長了濾袋的使用壽命。

2）處理風(fēng)量大可增加產(chǎn)能

對產(chǎn)能不足或清灰系統(tǒng)效果不佳的過濾系統(tǒng)，安裝覆膜濾袋后，除塵器系統(tǒng)不做任何大改動情況下，原有的清灰效果就可以大大改善，每次清灰都會清得更干凈，濾袋表面殘留的灰塵會大幅度減少。由濾袋產(chǎn)生的壓損減少，風(fēng)機(jī)就可以在其曲線的最佳工作點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致系統(tǒng)流量增加，可使除塵器處理風(fēng)量達(dá)到甚至超過設(shè)計水平，有效地發(fā)揮了除塵器的通風(fēng)除塵功能，確保整個系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可行、安全，提高產(chǎn)量、增加效益。

3）系統(tǒng)阻力低能耗低

由于覆膜濾袋的高質(zhì)量和清灰效果，不但使過濾壓損大幅度下降，還可以使濾袋在整個服役期間壓損始終穩(wěn)定在較低的水平，風(fēng)量始終穩(wěn)定在較高水平，這將大大節(jié)省用戶除塵器噴吹所用壓縮空氣的消耗，也大大節(jié)省系統(tǒng)風(fēng)機(jī)以及其它相關(guān)設(shè)備的單位產(chǎn)量運(yùn)行能耗。

4）薄膜憎水可恢復(fù)性好

覆膜濾袋表面薄膜具有憎水性，濕氣不能滲入濾袋深層，使濾袋可以適應(yīng)高濕度條件，如系統(tǒng)噴水過量時，同樣能獲得高的除塵效果。因為薄膜將粉塵攔截在表面，凝結(jié)時濕的粉餅就不會粘附于氈料的纖維上，當(dāng)溫度再次升高，相對于針刺氈的粗糙表面，干粉餅更容易從光滑的薄膜上清除。

5）優(yōu)化系統(tǒng)性能脈沖長袋除塵效果更凸出

良好的清灰性能，使得除塵器系統(tǒng)各方面運(yùn)行性能得到大大的優(yōu)化。尤其是對于脈沖長袋，由于設(shè)計施工等因素導(dǎo)致清灰系統(tǒng)往往不甚理想，清灰效果很難達(dá)到預(yù)期效果，即便是當(dāng)前應(yīng)用趨于成熟的2．0 m濾袋，也常常出現(xiàn)即使頻繁的清灰系統(tǒng)阻力也很難降下來。覆膜濾料是一種方便可行的選擇，對有些嘗試使用2．4～3 m甚至更長濾袋的除塵器，清灰效果更好的覆膜濾料是保證系統(tǒng)良好運(yùn)行的必然選擇。粉塵過濾效率高也是覆膜濾料的主要優(yōu)勢，對于0．3 μm的微粒，薄膜可以達(dá)到99．99%攔截率，用這樣的薄膜濾袋來攔截生產(chǎn)中的粉塵，可以達(dá)到超低排放確保符合當(dāng)前，甚至將來的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到世界最先進(jìn)水平，大大改善工廠的外部環(huán)境，也節(jié)省了環(huán)保費(fèi)用。

4　PTFE覆膜濾料在面粉工業(yè)的應(yīng)用實(shí)例

某新建1 000t制粉工程于2012年4月完成，制粉車間脈沖除塵器全部使用覆膜濾袋，雖然更換覆膜濾袋比傳統(tǒng)使用的毛氈濾袋成本（按照使用壽命1年）要高出18．7萬元，但使用壽命由傳統(tǒng)毛氈濾料的1年提高到1．5年，并且電費(fèi)年均降低18萬元。迄今已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行近2年，取得了令人滿意的效果。使用不同的濾袋后，前后兩者的經(jīng)濟(jì)效益分析對比見表3。

表3　經(jīng)濟(jì)效益分析

5　結(jié)語

對于面粉工業(yè)脈沖清灰的袋式除塵器，濾料的選擇對于優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行至關(guān)重要。許多生產(chǎn)線在不作太大改造的前提下都可一定程度地提高產(chǎn)量，由此就會產(chǎn)生更高的過濾風(fēng)速，清灰頻率也大大增加，同時又可以期望濾袋使用的壽命更長，于是推動濾料市場去研發(fā)更優(yōu)質(zhì)的濾料，用以優(yōu)化生產(chǎn)的要求，降低排放和能耗。對于面粉企業(yè)中運(yùn)行的噴吹系統(tǒng)不夠理想，產(chǎn)量提高后系統(tǒng)負(fù)荷較重，使得除塵器運(yùn)行欠佳的系統(tǒng)，在除塵器不作太大改造的前提下，選擇一種優(yōu)質(zhì)的濾料也是解決問題的理想選擇。優(yōu)質(zhì)的濾料對于提高產(chǎn)量，優(yōu)化系統(tǒng)性能，促進(jìn)節(jié)能減排起著關(guān)鍵的作用；而對于那些嘗試更長濾袋的系統(tǒng)，優(yōu)質(zhì)的覆膜濾袋更是保證設(shè)備良好運(yùn)行的必然選擇。

TS 210．3，X 513

A

1674-5280（2015）02-0019-04

2015-03-19

楊磊（1984—），男，本科，工程師，從事工程設(shè)計工作，工業(yè)工程研究。