聚酰亞胺濾料在水泥窯尾除塵器上的應用

2016-02-14 03:09:45鄭智宏張靜云蔡偉龍

中國環保產業 2016年1期

凡芳，鄭智宏，張靜云，蔡偉龍

（廈門三維絲環保股份有限公司，福建廈門 361101）

聚酰亞胺濾料在水泥窯尾除塵器上的應用

凡芳，鄭智宏，張靜云，蔡偉龍

（廈門三維絲環保股份有限公司，福建廈門 361101）

分析了某水泥廠窯尾項目運行過程中抽檢的聚酰亞胺濾袋的性能，結果證實該濾料在滿足水泥窯尾項目4年正常運行的條件下，仍具有足夠的機械強度，且過濾性能保持良好。

聚酰亞胺濾袋；聚四氟乙烯（PTFE）基布；水泥窯尾除塵器

引言

隨著國民經濟的迅速發展和“十二五”節能減排要求發布，國家對于水泥生產的環保要求不斷提高，《水泥行業大氣污染物排放標準》（GB/T4915-2013）明確規定水泥生產線窯頭窯尾的粉塵排放濃度不超過30mg/m3，重點地區須控制在20mg/m3以下[1]。濾袋是袋式除塵器的核心，煙氣的溫度、粉塵濃度等理化特性都會影響濾袋性能，因此，濾袋的選型對于除塵器的使用壽命以及粉塵排放控制都至關重要。水泥窯尾產生的廢氣含塵濃度達到40~80g/m3，含水量在10%以上，煙氣溫度較高，長期維持在200℃左右，瞬時沖擊溫度可達到260℃[2]。針對此高溫、高濕煙氣的收塵，要求濾袋必須具備良好的耐高溫、耐氧化和優異的過濾性能。

聚酰亞胺（PI）纖維不僅耐氧化性能、耐溫性能（可以承受260℃高溫）優異[3-6]，而且還能耐鹽酸、硫氧化物、氮氧化物的腐蝕；PI纖維具有不規則的葉片狀截面，因此，比一般圓形截面增加了80%的表面積，制成的PI濾料具有很好的過濾性能[7，8]，PI濾袋作為水泥窯使用較多的濾袋之一，目前對其在窯尾袋式除塵器應用過程中性能變化的研究較少，本文通過工程應用跟蹤及實驗分析探究PI（PTFE基布）濾袋在窯尾除塵上的性能變化趨勢，研究其在水泥窯尾除塵器上的使用壽命。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

四川某水泥廠窯尾運行2、3、4年時抽取的PI（PTFE基布）濾袋樣品，除塵器入口粉塵。

1.2 主要儀器

YG026C型電子織物強度機；掃描電鏡（SEM，上海田京）；馬爾文激光粒度分析儀MS2000；YG461E-Ⅲ型全自動透氣量儀；GYS-2QDM視頻顯微鏡。

1.3 實驗方法

織物標重、強度、透氣性能分別按GB/T4669、GB/T 3923.1、GB/T5453等標準測試；SEM觀察微觀形貌；視頻顯微鏡觀察橫截面（SDC掃描）；MS2000測試粉塵粒徑分布情況。

2 窯尾除塵器工況參數與PI（PTFE基布）濾袋應用情況

表1為四川某項目4600t/d水泥生產線窯尾的工況參數表。如表1中所示，該項目煙氣量為86萬m3/h，煙氣正常溫度為130℃~230℃，瞬時溫度高達260℃，說明該水泥窯尾煙氣具有溫度高、流量大的特點。針對此水泥窯尾的特殊工況，特選用耐溫性能和過濾性能優越的PI（PTFE基布）濾袋。

表1 工況參數

該項目袋式除塵器的運行工況見表2。如表2中所示，袋式除塵器在運行過程中，系統采用定時脈沖噴吹清灰的方式，運行壓差保持在較低的水平（600～800Pa），排放濃度符合國家排放標準。

表2 除塵器的實際運行工況表

3 結果與討論

3.1 粉塵粒徑分布情況

圖1為除塵器入口粉塵的粒徑分布圖。如圖1所示，該項目粉塵整體比較細，主要集中分布在0~30μm的范圍內；PM2.5（粒徑小于2.5μm的顆粒）占粉塵總體積的30%左右；PM10（粒徑小于10μm的顆粒）占比達到85%；95%以上粉塵的粒徑小于30μm。因此濾袋必須具備高過濾精度、低阻的性能，才能滿足要求的高過濾效率。

圖1 除塵器入口的粉塵粒徑分布圖

3.2 PI纖維的微觀形貌及PI（PTFE基布）濾袋結構

圖2為PI（PTFE基布）濾袋的結構圖。如圖2所示，標注1為PI纖維構成的面層纖維層，標注2為PTFE基布層。PTFE基布具有良好的耐高溫和耐酸堿腐蝕性能，可以在一定程度上彌補PI纖維不耐堿的劣勢。面層PI纖維具有不規則的葉片狀橫截面（如圖3所示），具有較高的比表面積，提高了過濾面積；同時不規則的橫截面又提高了纖維間的纏結力，使濾氈結構更加密實。因此，PI（PTFE基布）濾袋的獨特結構使其可以達到良好的捕集微細粉塵的效果，適用于水泥窯尾粉塵較細的特殊工況。

圖2 PI（PTFE基布）濾袋結構圖

圖3 PI纖維的電鏡掃描圖片

3.3 運行過程中強度跟蹤情況

表3、圖4均為不同時期取出樣品的拉伸強度的對比情況。如圖4所示，隨濾袋運行時間的延長，橫、縱向斷裂強度均有不同程度的衰減，橫向強度的衰減速率大于縱向；擬合近4年濾袋強度保持率情況（如圖5所示），橫向斷裂強度的保持率曲線為y1 = -12.182x + 100，將濾袋使用壽命的極限值300N（保持率25.37%）帶入公式中，計算結果顯示正常工況下該濾袋理論機械壽命期限可以達到6.13年。