燃煤鍋爐尾氣除塵用濾袋的應(yīng)用分析

鄭智宏，林藍(lán)婷，陳建文，程璇

（1.廈門大學(xué)材料學(xué)院，福建 廈門 361005；2.廈門中創(chuàng)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，福建 廈門 361101；3.福建省袋濾材料與技術(shù)重點(diǎn)實驗室，福建 廈門 361101；4.廈門市袋濾材料與技術(shù)重點(diǎn)實驗室，福建 廈門 361101）

2014 年7 月1 日起實施的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13271—2014）規(guī)定：重點(diǎn)地區(qū)燃煤鍋爐顆粒物排放限值需低于30mg/m3，燃?xì)忮仩t顆粒物排放限值需低于20mg/m3[1]。袋式除塵器憑借其過濾精度高、不受粉塵比電阻值影響、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，在燃煤鍋爐煙氣除塵工藝中脫穎而出[2]，燃煤鍋爐煙氣溫度通常在140℃以上，煙氣中含有具有氧化性、腐蝕性的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX），因此燃煤鍋爐袋式除塵器用濾袋需具有耐高溫、耐氧化及耐腐蝕等優(yōu)異特性。然而，目前市場上濾袋質(zhì)量參差不齊，常導(dǎo)致袋式除塵器運(yùn)行效果不佳，粉塵排放超標(biāo)，污染大氣環(huán)境。

本文對山東某項目、山西某項目、河北某項目所用濾袋情況進(jìn)行了全面分析，以期為燃煤鍋爐袋式除塵器用濾袋選型提供技術(shù)參考。

1 案例對比分析

1.1 實驗儀器

YG026C 電子織物強(qiáng)力機(jī)、BSM402.3 電子天平、YG461E-III 全自動透氣量儀、GYS-2QDM 視頻顯微鏡、Phenom Pure 電子掃描顯微鏡。

1.2 項目工況簡介

將山東某項目、山西某項目、河北某項目分別編號為A、B、C。為響應(yīng)國家節(jié)能減排政策的實施，三個項目配備了多臺燃煤鍋爐，煙氣脫硝后，經(jīng)袋式除塵器除塵，然后經(jīng)濕法脫硫凈化后排放到大氣中。鍋爐連續(xù)運(yùn)行溫度為80℃—160℃，瞬間運(yùn)行溫度高達(dá)190℃，煙氣中SO2含量為30—3000mg/m3，NOX含量為30—200mg/m3，氧氣（O2）含量為3.5%—10%，粉塵最終排放濃度≤20mg/m3。為了對濾袋產(chǎn)品使用情況進(jìn)行跟蹤，同時從三個項目中各抽一條完好的濾袋進(jìn)行檢測分析。A 項目、B 項目、C 項目抽檢濾袋使用時長分別為53 個月、30 個月和13個月。

1.3 測試結(jié)果分析

1.3.1 常規(guī)性能分析

下表為三個項目濾袋的常規(guī)性能測試結(jié)果對比。由下表可知，A、B 兩個項目濾袋的機(jī)械強(qiáng)力保持較好，清灰后，克重與透氣量均恢復(fù)良好。C 項目濾袋機(jī)械強(qiáng)力顯著下降，尤其是橫向斷裂強(qiáng)力接近使用壽命終點(diǎn)，清灰后可見迎塵面覆膜有少許破損（見圖1），透氣量超出覆膜濾料正常值范圍，而且克重恢復(fù)不佳。

圖1 濾袋迎塵面圖

濾袋常規(guī)性能測試結(jié)果對比

1.3.2 材質(zhì)分析

通過材質(zhì)分析，不但能分析出濾袋中的纖維組成，還能根據(jù)紅外譜圖官能團(tuán)的變化，判斷濾袋在運(yùn)行過程中是否受到化學(xué)侵蝕。圖2 為A 項目、B 項目與C 項目的濾袋紅外譜圖。

如圖2 所示，結(jié)合分子結(jié)構(gòu)及已知的標(biāo)準(zhǔn)譜圖曲線可知[3]，A 項目的迎塵面表面、迎塵面里面和凈氣面的主要特征吸收峰與聚苯硫醚（PPS）的標(biāo)準(zhǔn)譜圖基本吻合。B 項目濾袋迎塵面和凈氣面的主要特征吸收峰與PPS+聚四氟乙烯（PTFE）標(biāo)準(zhǔn)譜圖基本吻合，即1470cm-1處為苯環(huán)骨架振動吸收峰，1092cm-1處為C=CH 苯環(huán)面內(nèi)彎曲振動吸收峰，804—805cm-1處為苯環(huán)上的碳?xì)滏I平面外彎曲振動峰。C 項目濾袋纖維層含有三種纖維，復(fù)合纖維1 的主要特征吸收峰與聚酯（PE）+PPS 的標(biāo)準(zhǔn)譜圖基本吻合，即1712cm-1、1097cm-1處為酯鍵的伸縮振動峰，1388cm-1處為磺酰胺基的振動吸收峰，723cm-1處為苯環(huán)上的碳?xì)滏I平面外彎曲振動峰。A 項目迎塵面表面、基布，B 項目迎塵面、基布和凈氣面，C 項目迎塵面膜、基布和纖維均檢測出1200—1207cm-1、1144—1150cm-1歸屬于碳氟鍵的特征吸收峰。紅外譜圖測試結(jié)果表明：A 項目濾袋的纖維層材質(zhì)為PPS，基布材質(zhì)為PTFE，而且迎塵面表面經(jīng)PTFE 乳液處理；B 項目濾袋的纖維層材質(zhì)為PPS 與PTFE 混紡，基布材質(zhì)為PTFE；C 項目濾袋的纖維層材質(zhì)由PE、PPS 與PTFE 三種纖維混紡，基布材質(zhì)為PTFE，而且迎塵面表面經(jīng)PTFE 覆膜處理。

圖2 濾袋紅外譜圖

由于C 項目濾袋組分中含有常溫纖維PE，故采用化學(xué)法對其進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明濾袋纖維層中PE、PPS 和PTFE 纖維含量分別為59.2%、20.8%和20.0%。據(jù)此可知，在濾袋纖維層中含有大量的PE纖維。

由圖2 與定量分析結(jié)果可知，C 項目濾袋纖維層由高溫纖維PPS、PTFE 及常溫纖維PE 混紡制成。PE 纖維連續(xù)運(yùn)行溫度要求低于130℃，而該項目工況連續(xù)運(yùn)行溫度高達(dá)160℃，遠(yuǎn)超出該濾袋的耐受溫度，在高溫工況下使用含常溫纖維的濾袋，極易造成濾袋因高溫?fù)p傷而縮短濾袋的使用壽命，甚至?xí)?dǎo)致濾袋破損失效。

1.3.3 粉塵滲透情況分析

袋式除塵器主要依靠纖維對粉塵的攔截、捕集、篩濾，以及粉塵的自沉降等作用實現(xiàn)對含塵氣流的凈化。隨著過濾的進(jìn)行，微細(xì)粉塵勢必會從濾袋迎塵面或凈氣面纖維層滲透進(jìn)入濾袋橫截面深層?？赏ㄟ^顯微鏡分析判斷濾袋的粉塵滲透情況，及時了解濾袋過濾性能變化情況。圖3 為三個項目濾袋的橫截面顯微鏡圖片，由上至下分別是濾袋（膜）、迎塵面、基布和凈氣面。由圖3 可知，A 項目、B 項目濾袋粉塵均被攔截在迎塵面表層，橫截面未見明顯粉塵污染，結(jié)合圖1 分析，C 項目濾袋迎塵面膜局部可見開裂、破損現(xiàn)象，粉塵由膜層開裂處滲透進(jìn)入纖維層內(nèi)部，導(dǎo)致橫截面深層可見明顯粉塵污染。

圖3 濾袋橫截面顯微鏡圖

1.3.4 微觀結(jié)構(gòu)變化分析

通過放大倍數(shù)觀察纖維表面微觀結(jié)構(gòu)變化情況，分析纖維的損傷情況。如圖4 所示，A 項目和B 項目濾袋纖維外觀保持完好，C 項目濾袋纖維出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，推測是纖維層中PE 纖維在高溫、腐蝕性環(huán)境下受損所致。

圖4 濾袋電鏡圖

2 結(jié)語

綜上，依據(jù)《火力發(fā)電廠袋式除塵器用濾料壽命管理與評價方法》（DL/T 1514—2016）中濾料使壽命預(yù)估判定規(guī)則[4]，測算A 項目和B 項目除塵用濾袋剩余使用壽命分別為18 個月（或以上）和25 個月（或以上），C 項目用濾袋剩余使用壽命接近終點(diǎn)，若繼續(xù)運(yùn)行則存在除塵器排放超標(biāo)的風(fēng)險，這主要與濾袋纖維層中含有大量的PE 纖維有關(guān)，PE 纖維不適合長期在高溫、腐蝕性環(huán)境中使用。針對燃煤鍋爐的工況條件，一般情況下PPS 濾袋、PPS 與PTFE 混紡濾袋都能滿足達(dá)標(biāo)排放和使用壽命要求，具體選擇哪種材質(zhì)，還需要考慮實際運(yùn)行工況。