PTFE覆膜濾料在氧化鋁焙燒使用中的過濾性能分析

劉江峰 徐 輝 周冠辰 劉 海

安徽元琛環(huán)保科技股份有限公司，安徽 合肥 230001

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PTFE覆膜濾料在氧化鋁焙燒使用中的過濾性能分析

劉江峰 徐 輝 周冠辰 劉 海

安徽元琛環(huán)保科技股份有限公司，安徽 合肥 230001

氧化鋁焙燒煙氣凈化多采用過濾除塵，而除塵的核心部位是濾料。由于氧化鋁焙燒爐尾氣具有高溫、高濕、高腐蝕等特點(diǎn)，因此，選用PTFE覆膜濾料，通過AFC-133測(cè)試平臺(tái)模擬工況，測(cè)試覆膜濾料的過濾效率和過濾阻力，證實(shí)PTFE覆膜濾料對(duì)氧化鋁焙燒爐尾氣中的粉塵具有高效捕集的作用，在1 m/min風(fēng)速下，排放濃度為0.4669 mg/m3。

過濾，煙氣，PTFE覆膜濾料，凈化

為了防治氧化鋁焙燒煙氣排放造成的污染，中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 25465—2010)明確規(guī)定，氧化鋁焙燒煙氣污染物中顆粒物的排放濃度限值為10.000 mg/m3。

當(dāng)前，袋式除塵是工業(yè)煙塵過濾效率最高的一種除塵方式[1-3]，出口粉塵排放濃度可控制到低于10 mg/m3， 達(dá)到煙塵超凈排放目標(biāo)。袋式除塵中，濾料是核心部件，濾料的選用對(duì)除塵器的過濾效率和過濾阻力有直接的影響。為了使氧化鋁焙燒煙氣獲得更低的煙塵排放濃度，同時(shí)為了適應(yīng)高溫、高濕、高腐蝕的惡劣環(huán)境，研究純PTFE覆膜濾料的過濾性能尤為重要[4-5]。本文依據(jù)德國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)VDI 3926-2004[6]，通過改變過濾風(fēng)速和入口煙塵濃度的方式，對(duì)聚四氟乙烯(PTFE)覆膜濾料的過濾性能進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣品

樣品1：PTFE膜材。

樣品2：先采用針刺工藝將面層、中間層和底層有序結(jié)合在一起，再將PTFE膜材采用熱熔工藝附著在面層上，形成PTFE覆膜濾料。

PTFE覆膜濾料的面層為超細(xì)PTFE纖維，底層為普通PTFE纖維，中間層為PTFE基布。采用針刺工藝將三者有序地結(jié)合在一起，可形成纖維雜亂排列的三維微孔結(jié)構(gòu)的針刺氈。隨后，通過燒毛、壓光、高溫定型等處理，再對(duì)PTFE濾料進(jìn)行PTFE覆膜處理，制得PTFE覆膜濾料。

PTFE膜材與PTFE覆膜濾料照片分別見圖1和圖2。PTFE覆膜濾料的部分性能參數(shù)見表1，其強(qiáng)伸性達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求(表2)。

圖1 PTFE膜材照片

圖2 PTFE覆膜濾料照片

表1 PTFE覆膜濾料的部分性能參數(shù)

表2 PTFE覆膜濾料的強(qiáng)伸性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)儀器

AFC-133濾效測(cè)試臺(tái)(德國(guó)Topas)；PHENOM PURE掃描電子顯微鏡。

1.3 試驗(yàn)方案

考慮到實(shí)際工況條件，對(duì)排放粉塵進(jìn)行掃描電鏡和粒徑分析，選取試驗(yàn)粉塵，并參照VDI 3926-2004進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試步驟如下：

制備濾料；設(shè)定測(cè)試條件(風(fēng)速、粉塵濃度)；初始過濾循環(huán)30次，定壓1 000 Pa清灰；老化過程清灰5 000次，時(shí)間間隔5 s；老化后循環(huán)過濾30次，定壓1 000 Pa清灰。

過濾風(fēng)速：1、2 m/min；入口粉塵濃度：1、3、5、7、10 g/m3。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 粉塵(Al2O3)SEM照片

由于金屬冶煉行業(yè)粉塵顆粒小，過濾粉塵需要回收，排放要求高，因此，模擬測(cè)試前需要對(duì)排放粉塵粒徑分布進(jìn)行分析。

圖3為排放粉塵和標(biāo)準(zhǔn)粉塵的SEM照片。由圖3(a)可知，粉塵粒徑主要集中在1～4 μm，1 μm以下和4 μm以上的比較少，且粒徑分布不均勻。由圖3(b)和(c)可知，干燥前，標(biāo)灰顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，顆粒粒徑在微米級(jí)以上的數(shù)量較多，且集中在1～4 μm；干燥后，標(biāo)灰顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象有所減弱，粒徑為納米級(jí)的顆粒數(shù)量較多，僅少量為2～3 μm。

(a) 排放粉塵

(b) 干燥前標(biāo)灰

(c) 干燥后標(biāo)灰

圖4(a)為排放粉塵粒徑分布曲線，粒徑在7.661 μm 以下的占50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，37.510 μm以下的占90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。圖4(b)為標(biāo)灰干燥后的粉塵粒徑分布曲線，粒徑在3.136 μm以下的占50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，17.920 μm以下的占90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。干燥后，標(biāo)灰顆粒粒徑分布均勻，符合工況。

(a) 排放粉塵

(b) 干燥后標(biāo)灰

2.2 過濾性能

圖5所示為PTFE覆膜濾料在不同風(fēng)速、不同入口煙氣濃度下的煙塵過濾效率。由圖5中曲線可知，在風(fēng)速一定時(shí)，隨著入口煙氣濃度的提高，排放濃度增加，過濾效率降低；而在入口煙氣濃度一定時(shí)，隨著風(fēng)速的加快，排放濃度上升，過濾效率降低。在入口煙氣濃度為10 g/m3時(shí)，PTFE覆膜濾料的排放濃度在風(fēng)速1、2 m/min條件下分別為0.467、0.726 mg/m3，過濾效率分別為99.995 5%、99.9927%。

圖5 不同風(fēng)速和不同入口煙氣濃度下排放濃度和過濾效率

2.3 過濾阻力

圖6和圖7所示為不同風(fēng)速時(shí)老化清灰5 000次，循環(huán)過濾30次，不同入口煙氣濃度下的過濾阻力。由圖6可知，當(dāng)風(fēng)速為1 m/min時(shí)，入口煙氣濃度為1 g/m3時(shí)的過濾時(shí)間最長(zhǎng)，過濾阻力上升均勻；入口煙氣濃度為10 g/m3時(shí)的過濾時(shí)間最短，過濾阻力隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，且普遍高于入口煙氣濃度為1 g/m3時(shí)的過濾阻力。由圖7可知，風(fēng)速為2 m/min時(shí)， 入口煙氣濃度為1 g/m3時(shí)的過濾時(shí)間最長(zhǎng)，過濾阻力上升均勻；入口煙氣濃度為10 g/m3時(shí)的過濾時(shí)間最短，過濾阻力隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，同樣普遍高于入口濃度為1 g/m3時(shí)的過濾阻力。

圖8為一定風(fēng)速下，入口煙氣濃度為1、5、10 g/m3時(shí)的過濾阻力。由圖8(a)可得出，風(fēng)速為1 m/min時(shí)，入口煙氣濃度為10 g/m3時(shí)的過濾阻力最大，入口煙氣濃度為1 g/m3時(shí)的過濾阻力最小。這是由于入口煙氣濃度越高，單位面積內(nèi)的粉塵越多，故而過濾阻力上升。圖8(b)中的風(fēng)速為2 m/min，入口煙氣濃度為10 g/m3時(shí)的過濾阻力最大，入口煙氣濃度為1 g/m3時(shí)的過濾阻力最小。因?yàn)槿肟跐舛仍礁撸瑔挝幻娣e的粉塵量越大，所以阻力上升得越快。因此，風(fēng)速為2 m/min時(shí)，在相同的入口煙氣濃度下，過濾阻力高于風(fēng)速為1 m/min時(shí)的過濾阻力。

(a) 1 g/m3

(b) 5 g/m3

(c) 10 g/m3

(a) 1 g/m3

(b) 5 g/m3

(c) 10 g/m3

(a) 風(fēng)速1 m/min

(b) 風(fēng)速2 m/min

3 結(jié)語

通過分析可知， PTFE覆膜濾料表面光滑，容易清灰，過濾效率穩(wěn)定，當(dāng)入口煙氣濃度為10 g/m3時(shí)，在1 m/min的風(fēng)速下排放濃度為0.467 mg/m3，在2 m/min的風(fēng)速下排放濃度為0.726 mg/m3，遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)限定的10.000 mg/m3，適合對(duì)過濾精度要求高，且煙塵尾氣為高溫、高濕、高腐蝕等惡劣環(huán)境的氧化鋁焙燒行業(yè)使用。

[1] WILLIAM J O, MARKUSSEN J M, HENRY W P, et al. Characterization of NO2and SO2removals in a spray dryer/baghouse system[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research,1994, 33(11): 2749-2756.

[2] 李湘洲. 水泥立窯除塵技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]. 中國(guó)粉體技術(shù), 2002, 8(4): 44-46.

[3] 祁君田. 現(xiàn)代煙氣除塵技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2008: 394-395.

[4] 杜柳柳．袋式除塵器用PTFE復(fù)合濾料性能的試驗(yàn)研究[D]. 上海: 東華大學(xué)，2008．

[5] ROBERT L S. Filter laminates: US 4983434[P]. 1991-01-08.

[6] VEREIN D I. VDI 3926. Testing of cleanable filter media—Standard test for the evaluation of cleanable filter media[S]. German, 2004.

Analysis on filtration performance of pure PTFE membrane filter materials applied in roasting process of alumina

LiuJiangfeng,XuHui,ZhouGuanchen,LiuHai

Anhui Yuanchen Environmental Protection Science & Technology Co., Ltd., Hefei 230001, China

The fume gas purification of the roasting process of alumina always uses the bag-filter, and the core part of the dust removal is filter materials. Because of high temperature, high humidity, high corrosion and other special environment, pure PTFE membrane filter materials were selected. Through the AFC-133 test platform simulation, the filter efficiency and resistance test were carried out, and confirmed that the pure PTFE membrane filter material in the roasting process of alumina had a high efficiency of 0.4669 mg/m3under the wind speed of 1 m/min.

filtration, fume, pure PTFE membrane filter material, purification

2015-11-24

劉江峰，男，1982年生，中級(jí)工程師/技術(shù)總監(jiān)，主要從事大氣污染物除塵治理及袋式除塵過濾材料的研究工作

TB332

A

1004-7093(2016)06-0028-05