高溫?zé)煔庵卫碛肞84濾料性能研究

摘 要：P84纖維因其良好的耐高溫、阻燃等性能，在高溫行業(yè)得到青睞，但一直未得到大力推廣，除價(jià)格居高不下以外，還與P84纖維異形結(jié)構(gòu)有關(guān)。鑒于此，從濾料孔徑、過(guò)濾效率、粉塵剝離率、殘余阻力、清灰周期等方面出發(fā)，對(duì)P84濾料、PPS濾料、混紡濾料、覆膜濾料及梯度濾料進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析，從理論及試驗(yàn)維度分析了P84濾料過(guò)濾性能差于PPS濾料的原因。

關(guān)鍵詞：高溫?zé)煔猓籔84濾料；異形結(jié)構(gòu)；性能；試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ34" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）16-0022-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.16.007

0" " 引言

近年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)、火力發(fā)電、垃圾焚燒、水泥行業(yè)等發(fā)展迅猛，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)導(dǎo)致了嚴(yán)重的污染問(wèn)題，這些工業(yè)領(lǐng)域排放的煙塵氣體中含有大量高溫有害氣體，如硫氧化物、氮氧化物及粉塵顆粒物等，直接排放到大氣環(huán)境中，將造成嚴(yán)重的大氣污染。電袋復(fù)合除塵器作為一種重要的除塵設(shè)備，在這些領(lǐng)域的煙塵治理方面得到廣泛應(yīng)用。濾袋是電袋復(fù)合除塵器的重要組成部分，其中高溫?zé)煔庵卫碛玫臑V料，一般需要耐酸、耐堿、耐水解等，濾料通常會(huì)選用PPS、PI（P84）、PTFE、GL等纖維或纖維混紡，并需經(jīng)過(guò)針刺、熱定型、后置處理等工序[1]。聚酰亞胺聚合物屬于高性能聚合物，具有優(yōu)良的耐熱性和阻燃性，最早由Inspec Fibres公司（奧地利）于20世紀(jì)80年代后半期生產(chǎn)出來(lái)，進(jìn)口PI行業(yè)內(nèi)一般稱為P84，以與國(guó)產(chǎn)PI區(qū)分[2]。聚酰亞胺纖維的優(yōu)異性能決定了它是目前袋式高溫除塵材料的最佳選擇，凡芳等人[3-4]基于P84在水泥窯尾中的實(shí)際應(yīng)用認(rèn)為，P84濾料能滿足水泥窯尾袋式除塵器粉塵排放濃度≤20 mg/m3甚至10 mg/m3以下的排放要求。聚酰亞胺纖維最顯著的特點(diǎn)是纖維橫截面為三葉瓣?duì)睿v向可見(jiàn)脊?fàn)钔怀?，該結(jié)構(gòu)極大地增加了纖維的比表面積，使聚酰亞胺纖維濾料具有良好的捕集粉塵的性能[2]。2.2 dtex纖度的P84纖維表面積比同樣纖度圓形截面的PPS纖維約大65%[4]。P84（聚酰亞胺）纖維濾料長(zhǎng)期耐溫230 ℃，瞬間耐溫260 ℃，是非熱塑性纖維，耐受脈沖清灰的磨損能力好，不規(guī)則橫截面提高了纖維之間的纏結(jié)力，使氈層結(jié)構(gòu)更加牢固，P84纖維與玻璃纖維制成的復(fù)合針刺氈，在燃煤電廠得到了廣泛應(yīng)用[5-6]。

基于此，本文主要研究P84特殊的三葉狀纖維形態(tài)對(duì)濾料纖維孔徑分布及過(guò)濾性能方面的影響。

1" " P84濾料的孔徑分布情況

P84的三葉狀異形結(jié)構(gòu)（圖1）決定了其有較大的比表面積。對(duì)P84濾料、PPS濾料、混紡濾料、覆膜濾料及梯度濾料進(jìn)行孔徑分布測(cè)試，濾料具體信息如表1所示。

從表2中的孔徑分布數(shù)據(jù)來(lái)看，P84的孔徑主要集中在2.16 μm左右，孔徑明顯小于PPS濾料、混紡濾料及梯度濾料，略大于覆膜濾料水平。這主要是因?yàn)槠洳灰?guī)則的纖維，與圓形棒狀纖維相比，內(nèi)應(yīng)力大小不同，分布不均勻，從而使纖維自然卷曲，所以纖維之間具有較強(qiáng)的抱合纏結(jié)力，多維纏繞造成孔徑較小。

2" " P84濾料的過(guò)濾性能研究

P84纖維的三葉狀異形結(jié)構(gòu)造成纖維比表面積較大，且從孔徑測(cè)試數(shù)據(jù)可知，P84濾料除小部分大孔徑外，其他孔徑較為集中，接近覆膜水平，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于PPS濾料等孔徑。濾料孔徑越小，攔截粉塵能力越強(qiáng)。以下通過(guò)對(duì)P84濾料、PPS濾料、PPS+PTFE混紡濾料、覆膜濾料、梯度濾料過(guò)濾性能進(jìn)行研究，探討P84三葉狀對(duì)過(guò)濾性能的影響。

過(guò)濾性能試驗(yàn)研究按GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術(shù)要求》[7]進(jìn)行，設(shè)備采用德國(guó)FilT Eq公司研發(fā)的粉塵過(guò)濾性能測(cè)試設(shè)備（行業(yè)俗稱“VDI設(shè)備”），粉塵采用德國(guó)進(jìn)口氧化鋁粉塵，進(jìn)口濃度為5 g/m3，過(guò)濾風(fēng)速為2 m/min，噴吹壓力500 kPa（5 bar）。

2.1" " 對(duì)過(guò)濾效率的影響

從圖2過(guò)濾效率來(lái)看，老化前30次，P84過(guò)濾效率最差。結(jié)合孔徑分布數(shù)據(jù)分析，P84濾料3.75%左右的孔徑較大，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PPS濾料、混紡濾料。試驗(yàn)初期，粉塵從大孔徑穿過(guò)，進(jìn)而穿過(guò)濾料的粉塵較多，造成前30次過(guò)濾效率低下。經(jīng)過(guò)10 000次老化試驗(yàn)后，濾袋表面粉餅層進(jìn)行過(guò)濾，這時(shí)P84剩余的大部分小孔發(fā)揮過(guò)濾功能，從后30次過(guò)濾效率來(lái)看，P84濾料的過(guò)濾效率略大于PPS濾料及混紡濾料，但仍未達(dá)到覆膜及梯度濾料的效果。因?yàn)樘荻葹V料、覆膜濾料為表層過(guò)濾，而P84濾料、PPS濾料、混紡濾料為深層過(guò)濾，梯度濾料、覆膜濾料的過(guò)濾效率最優(yōu)。P84纖維濾料過(guò)濾效率略高的原因，可能與P84纖維濾料孔徑較小，表面形成的粉餅層較為密實(shí)有關(guān)。

2.2" " 對(duì)粉塵剝離率的影響

從圖3可知，P84濾料老化前粉塵剝離率最優(yōu)，老化后粉塵剝離率僅次于覆膜濾料水平。P84濾料纖維，因?yàn)楫愋螤畹慕Y(jié)構(gòu)，纖維與纖維之間抱合更為緊密，為清灰提供了有利條件。試驗(yàn)初期，各種濾料粉塵剝離率相差不大，甚至覆膜濾料水平最低。老化試驗(yàn)后，在粉餅層過(guò)濾條件下，單一纖維濾料的粉塵剝離率大于兩種混紡纖維濾料及梯度濾料，其中P84纖維濾料粉塵剝離率略大于PPS濾料。覆膜濾料因其特殊膜層過(guò)濾，粉塵剝離率比P84濾料、PPS濾料更優(yōu)。

2.3" " 對(duì)殘余阻力的影響

單一種纖維濾料，纖維與纖維之間纏繞較為均勻，粉塵進(jìn)入纖維之后較為容易清除，不同種濾料混合濾料，因孔洞分布不均，粉塵進(jìn)入后，較難清除。從圖4、圖5老化前后殘余阻力對(duì)比圖可知：梯度濾料及混紡濾料的殘余阻力均大于PPS濾料、P84濾料；覆膜濾料因薄膜過(guò)濾的特殊性，老化前殘余阻力最高，老化后殘余阻力最低；PPS濾料與P84濾料老化前后殘余阻力相差不多，老化后P84濾料略小于PPS濾料。

2.4" " 對(duì)清灰周期的影響

從圖6可知，老化前，單一纖維濾料清灰周期長(zhǎng)于混紡濾料、梯度濾料，其中PPS濾料清灰周期最長(zhǎng)。從圖7可知，老化試驗(yàn)后，覆膜濾料因膜過(guò)濾的特殊性，老化后清灰周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他濾料。從圖6、圖7可知，PPS濾料整體清灰周期明顯大于P84濾料，可能是因?yàn)镻84纖維的異形結(jié)構(gòu)原因，纖維與纖維之間纏繞緊密，纖維孔徑較小，粉塵進(jìn)入纖維后，嵌于纖維之間，不易清除，而PPS纖維為光滑圓柱狀，粉塵就算嵌入纖維之間，在脈沖清灰條件下也較為容易清除。

3" " 結(jié)束語(yǔ)

P84纖維因其良好的耐高溫、阻燃等性能，在高溫行業(yè)得到青睞，但由于P84纖維目前來(lái)源主要還是依靠進(jìn)口，價(jià)格仍居高不下。P84纖維因其特殊的三葉狀結(jié)構(gòu)，其制成的濾料孔徑較小，過(guò)濾效率較好，粉塵剝離率優(yōu)；但三葉狀結(jié)構(gòu)又帶來(lái)不易清灰等弊端，造成殘余阻力較大、清灰周期較短?？傮w來(lái)說(shuō)，P84濾料并未表現(xiàn)出大于PPS濾料的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，過(guò)濾效率等無(wú)法達(dá)到覆膜濾料、梯度濾料水平，整體難以到達(dá)超低排放要求。另外，P84濾料耐堿及耐水解性能差，一般將其與玻璃纖維或其他纖維進(jìn)行復(fù)合制成濾料，在高溫行業(yè)，單一P84纖維濾料目前仍未得到大面積推廣。

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[7] 袋式除塵器技術(shù)要求：GB/T 6719—2009[S].

收稿日期：2024-04-23

作者簡(jiǎn)介：戴樹(shù)康（1990—），男，福建人，工程師，研究方向：機(jī)械工程及自動(dòng)化。