以PTFE為基布的混織濾料過濾性能及其在燃煤電廠的應(yīng)用

胡滿銀，車凱，李萌

(華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北保定 071003)

以PTFE為基布的混織濾料過濾性能及其在燃煤電廠的應(yīng)用

胡滿銀，車凱，李萌

(華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北保定 071003)

濾料是袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器的核心，通過對(duì)目前常用的兩種PTFE混織濾料材質(zhì)結(jié)構(gòu)、加工工藝及適用條件進(jìn)行的對(duì)比分析，并列舉了其在燃煤電廠中的應(yīng)用效果，闡明了混織濾料的優(yōu)良過濾性能，適用于煙氣溫度高、粉塵排放要求較高、工況變化大的燃煤電廠。

PTFE混織濾料;過濾性能;燃煤電廠

0 引言

為了防治火電廠排放造成的污染，《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)將煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)逐步提高到30mg/m3。目前，我國(guó)電除塵器設(shè)計(jì)除塵效率大多在99%～99.5%，相當(dāng)于出口粉塵濃度為100～240mg/m3，加之近年來電煤市場(chǎng)供應(yīng)緊張，燃煤煤種變化大，電除塵器極板極線變形、腐蝕，本體漏風(fēng)嚴(yán)重，大部分電廠難以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。因此，袋式除塵器和電袋復(fù)合式除塵器在我國(guó)新建電廠和老電廠改造中得到廣泛的應(yīng)用。

濾料是袋式除塵器和電袋復(fù)合式除塵器的核心部件，其性能優(yōu)劣與壽命長(zhǎng)短決定了除塵器的整體使用效果。本文對(duì)目前常用的兩種PTFE混織濾料性能及加工工藝進(jìn)行了對(duì)比分析，同時(shí)結(jié)合在燃煤電廠中的實(shí)際應(yīng)用情況，闡明了PTFE混織濾料的優(yōu)異過濾性能及其工程應(yīng)用效果。

1 常用濾料的性質(zhì)

聚苯硫醚(PPS)纖維是一種耐高溫合成纖維，由于其分子結(jié)構(gòu)中碳?xì)浜吞剂蛟有纬煞€(wěn)定的共價(jià)鍵，因此纖維具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、較高的熔點(diǎn)(285℃)和優(yōu)異的耐熱性，其阻燃性、耐化學(xué)藥品性、穩(wěn)定性也極其出眾，廣泛應(yīng)用于燃煤鍋爐煙氣的處理領(lǐng)域。但當(dāng)被處理的煙氣中含氧量超過8%，長(zhǎng)期運(yùn)行溫度超過160℃時(shí)，PPS材料也會(huì)發(fā)生氧化而失效，因此，使用PPS濾料時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制煙氣的含氧量及溫度范圍值。

聚亞酰胺(P84)纖維是一種阻燃的、耐溫穩(wěn)定的纖維。P84纖維所制成的針刺濾料，在240℃溫度的條件下，聚亞酰胺纖維的機(jī)械性能不會(huì)發(fā)生變化，最高耐溫可以達(dá)到260℃。由于P84纖維斷面是花瓣的特殊結(jié)構(gòu)，具有很大的過濾表面積，有優(yōu)異的過濾性能，所以P84纖維也經(jīng)常被植入濾料表層，如迎塵面?zhèn)纫愿纳茷V料的過濾性能。但其耐水解性和抗氧化性一般，建議使用在煙氣中水汽含量小于35%，O2含量小于16%的范圍中。

聚四氟乙烯(PTFE)纖維是性能良好的一種化學(xué)合成纖維，具有穩(wěn)定的C－F鍵、分子鍵，極難遭到破壞。耐酸堿、耐腐蝕、在各種pH值下化學(xué)穩(wěn)定性極強(qiáng)、不老化、不氧化，連續(xù)耐溫達(dá)220～260℃，機(jī)械強(qiáng)度大，抗彎折，耐磨性也均優(yōu)于其他合成纖維，但PTFE纖維造價(jià)較高(比PPS要高3倍左右)，因而使用范圍受到限制。

2 基布的重要作用

基布是支撐纖維網(wǎng)的基本組織，提供針刺氈70%～80%的強(qiáng)力，加強(qiáng)了針刺氈經(jīng)緯強(qiáng)度及尺寸穩(wěn)定性，作用非常重要。針刺氈的高紗線密度在100～130根/10cm，克重在 100～150g/m2(對(duì)于500g/m2左右的針刺氈來說)。這樣充分地保證了基布經(jīng)緯強(qiáng)度，從而保證針刺氈的經(jīng)緯強(qiáng)度。經(jīng)緯強(qiáng)度保證了濾料在除塵系統(tǒng)中不會(huì)被撕裂、撕破，良好的尺寸穩(wěn)定性保證了濾料在工作中不會(huì)收縮或拉長(zhǎng)，從而保證濾料在除塵系統(tǒng)的正常工作及良好的除塵效率。PTFE基布技術(shù)參數(shù)見表1。

基布在過濾材料的結(jié)構(gòu)中起到的作用是非常重要的，過濾材料的結(jié)構(gòu)及尺寸穩(wěn)定性是靠基布來保障的。故基布可看作是“三明治氈”的中間層。它是氈體的支柱或骨架，它提供針刺氈的抗爆破和撕斷力，即斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率。故基布是針刺氈濾料能否長(zhǎng)壽命運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

表1 PTFE基布技術(shù)參數(shù)

3 PTFE混織濾料的理化性能

3.1 強(qiáng)力損失對(duì)比試驗(yàn)

以PTFE為基布的PTFE+P84混織濾料、以PTFE為基布的PPS+P84混織濾料和以PPS為基布的PPS濾料在165～175℃，含氧量10%條件下的強(qiáng)力損失對(duì)比試驗(yàn)，其結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，PPS材料不適用于溫度過高的煙氣，與P84混織后也不會(huì)改變其耐溫性。當(dāng)煙氣溫度過高時(shí)，無論采用PPS+P84還是采用PPS混織均不能滿足煙氣溫度的要求，無法保證濾料的使用壽命。因此，當(dāng)煙氣溫度較高時(shí)建議采用以PTFE為基布PTFE+P84混織濾料;當(dāng)煙氣溫度較低時(shí)(在160℃以下)，可以考慮采用以PTFE為基布的PPS+P84混織濾料。

圖1 濾料使用后強(qiáng)力損失對(duì)比

3.2 濾料性能對(duì)比

以PTFE纖維為基布，P84纖維為迎塵面、PPS纖維為背塵面進(jìn)行混織的濾料，其長(zhǎng)期使用溫度為140～160℃，O2含量＜8%;瞬時(shí)使用條件可以達(dá)到180℃，O2含量＜10%，NOx濃度＜600mg/m3(每年累計(jì)400h以下)。

由于PTFE纖維具有極佳的化學(xué)穩(wěn)定性，濾料采用PTFE基布，面層采用P84纖維，其耐溫性能好于PPS。P84的纖維斷面為花瓣的特殊結(jié)構(gòu)，過濾表面積大，可以有效地阻止細(xì)粉塵進(jìn)入濾袋的內(nèi)側(cè)，提高濾袋的過濾效率，降低粉塵排放濃度。濾料后處理工藝為熱定型、燒壓處理。

以PTFE纖維為基布，由P84纖維和PTFE纖維混織的濾料。由于PTFE纖維具有極佳的化學(xué)穩(wěn)定性，濾料采用100%PTFE基布，確保了濾料的化學(xué)穩(wěn)定性能，既保證了濾料在較惡劣工況下的使用效果，又大大降低了因系統(tǒng)故障引起損傷濾袋的風(fēng)險(xiǎn)。P84纖維的加入增加了過濾表面積，提高了孔隙率，將其與PTFE纖維復(fù)合針刺成萊氟PTFE－Ⅲ濾料既滿足了強(qiáng)度、耐溫、透氣性等各項(xiàng)濾料性能指標(biāo)，又提高了過濾精度，確保粉塵排放≤30mg/m3或更低;其耐溫及耐化學(xué)性能也優(yōu)于100%P84濾料，允許連續(xù)使用溫度可達(dá)160～200℃(氧含量8%)，瞬時(shí)使用溫度可達(dá)220℃。濾料后處理工藝為熱定型、燒壓處理或PTFE深層浸漬處理。

PTFE深層浸漬處理是指將助劑配成一定濃度后浸漬濾料然后烘干，再在更高溫度下焙烘。PTFE浸漬保證濾料纖維表面涂膜完整均勻，結(jié)合緊密，孔隙均勻。經(jīng)此法處理的濾料，由于每根纖維有保護(hù)層，P84纖維抗氧化能力加強(qiáng);纖維間孔隙變小，更能有效地防止粉塵的嵌入;濾袋表面光滑，耐磨性能好，對(duì)于高濃度粉塵的沖刷，有一定的保護(hù)作用;同時(shí)具有防油防水性能，等級(jí)能達(dá)到5級(jí)，且在高溫下仍能保持防油防水性能，能耐水洗，效果持久，這對(duì)于高濕度粉塵和含油性的粉塵具有較好的降低濾袋糊袋的風(fēng)險(xiǎn)。兩種混織濾料基本性能參數(shù)見表2。

表2 兩種混織濾料基本性能參數(shù)

4 工程應(yīng)用案例分析

天津某發(fā)電廠7、8號(hào)爐2×200MW機(jī)組電除塵器2007年改造為電袋復(fù)合式除塵器。布袋采用以PTFE材料為基布的PPS+P84混織濾料，該電廠自2007年11月投運(yùn)至今，運(yùn)行狀況良好。除塵器出口排放濃度約為10mg/m3，除塵器運(yùn)行阻力在800Pa以下，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，滿負(fù)荷下，布袋除塵器的清灰周期在1h左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于純布袋地清灰周期。以PTFE為基布的PPS+P84混織濾袋完全能滿足設(shè)計(jì)要求和環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，濾袋破損率極低，取得了良好的積極效益和環(huán)境效益。

河北某電廠2×300MW機(jī)組配套電除塵器于2010年9月改造為袋式除塵器。因?yàn)闊煔鉁囟缺容^高，有時(shí)可達(dá)到165～175℃。因此濾料采用了耐高溫的PTFE+P84混織的濾料。自2010年11月投運(yùn)至今半年時(shí)間里運(yùn)行狀況良好，未發(fā)現(xiàn)濾袋破損現(xiàn)象。濾袋完全能滿足設(shè)計(jì)要求和環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。兩電廠除塵器主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 袋式/電袋復(fù)合除塵器主要技術(shù)參數(shù)

5 結(jié)語

PPS材料不適用于溫度過高的煙氣，與P84混織后也不會(huì)改變其耐溫性，PTFE材料具有優(yōu)異的耐溫性和化學(xué)性能，與PPS和P84纖維混織后，可以提高濾料強(qiáng)度、耐溫、透氣性等性能。此外，經(jīng)過熱定型、燒壓處理，PTFE深層浸漬等處理后處理工藝，可以進(jìn)一步增強(qiáng)濾料過濾性能和使用壽命。

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The filtration performance of PTFE mix knitted filter media in coal－fired power plants and its application

The material structure，processing technology and application conditions of two kinds of PTFE mix knitted filter media were analyzed.The application situation of the filter media in coa1－fired power plants were illustrated.It was demonstrated that PTFE mix knitted filter media had excellent filtration property and was feasible to be applied in coal－fired power plants which had high demands on dust emission.

PTFE mix knitted filter media;filtration performance;coal－fired power plant

X701.2

B

1674－8069(2012)01－036－03

2011-09-20;

2011-12-21

胡滿銀(1952-)，男，教授，主要從事大氣污染與控制技術(shù)方面的研究。E－mail:chekai311@163.com