簡析玻璃爐窯除塵濾袋失效原因

鄭智宏，陳建文，張靜云，吳菁菁

（1.廈門大學材料學院，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)重點實驗室，福建 廈門 361101；4.廈門市袋濾材料與技術(shù)重點實驗室，福建 廈門 361101）

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國的玻璃產(chǎn)品產(chǎn)量約占全球產(chǎn)量的一半。如圖1 所示，常見的玻璃爐窯工藝流程主要有兩種，兩種工藝的區(qū)別在于余熱鍋爐與脫硫位置的不同，但其目的都是為了減少顆粒物、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）等對催化劑的影響，從而延長催化劑的使用壽命，使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定[1-3]。目前，我國的玻璃生產(chǎn)制作工藝通常采用的燃料是重油、焦粉、天然氣等，生產(chǎn)制作過程產(chǎn)生的二氧化硫（SO2）濃度為500—3000mg/Nm3、NOx濃度為1200—3000mg/Nm3、粉塵濃度為300—1200mg/Nm3。2013 年頒布的《電子玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB 29495—2013）對顆粒物排放限值做出了明確要求，即2013—2015 年顆粒物的排放限值為100mg/m3，2015 年以后顆粒物的排放限值為50mg/m3。袋式除塵器是玻璃行業(yè)爐窯粉塵治理的主流設(shè)備之一，玻璃爐窯半干法脫硫除塵濾料常用的有聚四氟乙烯（PTFE）濾料、聚苯硫醚（PPS）與聚四氟乙烯混紡濾料等，利用PPS 纖維和PTFE 纖維良好的耐高溫、耐腐蝕及耐水解等特性，以其為原料制成的濾袋能夠滿足袋式除塵器高溫、強腐蝕性的工況使用要求，但由于玻璃爐窯煙氣溫度波動大且煙氣成分復雜，導致濾袋常出現(xiàn)未到使用壽命就糊袋、破損等情況，增加了玻璃爐窯生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)保成本[4-8]。因此，本文通過實際案例，對江蘇某玻璃爐窯選用的“PPS+PTFE”濾袋使用情況進行分析，以期為玻璃企業(yè)在煙氣治理時選擇適合的濾袋提供參考。

圖1 典型玻璃爐窯工藝流程圖

1 案例分析

1.1 測試儀器

YG026C 氣動電子織物強力機、BSM402.3 電子天平、YG461E-III 全自動透氣量儀、WQF-510 型傅立葉變換紅外光譜儀。

1.2 項目工況

表1 為江蘇某玻璃爐窯脫硫除塵項目的工況信息，該項目煙氣溫度較高，粉塵濃度高達1000g/m3，而且煙氣中含有大量的SO2、NOx等腐蝕性氣體，袋式除塵器配套某廠家生產(chǎn)的“PPS+PTFE”混紡濾袋，于2015 年12 月開始投入使用，運行17 個月，出現(xiàn)粉塵排放超標情況，檢修除塵器時發(fā)現(xiàn)濾袋已破損（見圖2—圖5），濾袋破損位置主要集中在尾端，送檢濾袋外觀發(fā)硬，粉塵板結(jié)糊袋嚴重，清洗后亦可見明顯粉塵板結(jié)現(xiàn)象。

圖2 濾袋整體外觀圖

圖3 濾袋尾部破損圖

圖4 濾袋尾部清洗后外觀圖

圖5 濾袋尾部破損位置凈氣面圖

表1 濾袋運行情況表

1.3 濾袋常規(guī)性能解析

由表2 可知，送檢濾袋的縱向斷裂強力保持良好，但橫向斷裂強力衰減嚴重；由于濾袋破損，凈氣面有大量粉塵黏附，濾袋載灰時透氣量大幅衰減，接近1L/dm2·min；濾袋克重偏大，清灰后克重恢復，粉塵黏附較多。

表2 濾袋常規(guī)性能測試結(jié)果

1.4 材質(zhì)解析

圖6 為濾袋的紅外譜圖，采用WQF-510 傅立葉變換紅外光譜儀對該濾袋纖維官能團的變化情況進行表征。濾袋迎塵面、凈氣面的主要特征吸收峰與“PPS+PTFE”的標準譜圖基本符合，分別是1470cm-1（歸屬于苯環(huán)骨架C=C 的吸收峰）、1383cm-1（歸屬于苯環(huán)骨架C=C 的吸收峰），1007cm-1（歸屬于苯環(huán)C-H 彎曲振動峰）。濾袋基布具有歸屬于碳氟鍵（C-F）的特征吸收峰（1202cm-1、1151cm-1）和歸屬于亞砜基（-SO-）的特征吸收峰（1036cm-1）。這說明濾袋材質(zhì)為PPS 纖維和PTFE 纖維混紡，基布為PTFE 纖維，而且其中的PPS 纖維受到嚴重的氧化腐蝕。

圖6 濾袋紅外譜圖

1.5 纖維熱穩(wěn)定性能解析

圖7 為濾袋的差熱分析（DTA）曲線圖。由圖7可知，濾袋中歸屬于PPS 纖維的熔點為270.0℃，分解穩(wěn)定溫度為528.6℃，相對于新袋中PPS 組分而言（熔點為285.3℃、分解穩(wěn)定溫度為622.5℃），其熔點和分解穩(wěn)定溫度均顯著下降，結(jié)合濾袋紅外譜圖，進一步說明濾袋因受氧化腐蝕，分子鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，熱穩(wěn)定性能明顯衰減。

圖7 濾袋的DTA 曲線圖

2 結(jié)語

江蘇某玻璃爐窯項目含有大量的SO2、NOx等腐蝕性氣體，在高溫下，“PPS+PTFE”濾袋中的PPS 纖維受到氧化腐蝕，機械性能衰減，加之“PPS+PTFE”濾袋表面粉塵板結(jié)嚴重，致使“PPS+PTFE”濾袋透氣性能和柔韌性能大幅下降，同時在噴吹氣流、粉塵沖刷及袋籠機械磨損等作用下出現(xiàn)磨損性破口。PPS纖維受氧化腐蝕，變脆易折斷，而PTFE 纖維由于具有較優(yōu)良的耐腐蝕性能未受到明顯損傷。因此，建議該玻璃爐窯半干法脫硫除塵選用純PTFE 濾袋以延長濾袋使用壽命，使煙塵排放濃度能達到國家標準，確保除塵器安全、穩(wěn)定運行。