燃煤鍋爐尾氣除塵用濾袋的應(yīng)用分析

鄭智宏，林藍婷，陳建文，程璇

（1.廈門大學(xué)材料學(xué)院，福建 廈門 361005；2.廈門中創(chuàng)環(huán)保科技股份有限公司，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）

2014 年7 月1 日起實施的《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271—2014）規(guī)定：重點地區(qū)燃煤鍋爐顆粒物排放限值需低于30mg/m3，燃氣鍋爐顆粒物排放限值需低于20mg/m3[1]。袋式除塵器憑借其過濾精度高、不受粉塵比電阻值影響、操作簡便等優(yōu)點，在燃煤鍋爐煙氣除塵工藝中脫穎而出[2]，燃煤鍋爐煙氣溫度通常在140℃以上，煙氣中含有具有氧化性、腐蝕性的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX），因此燃煤鍋爐袋式除塵器用濾袋需具有耐高溫、耐氧化及耐腐蝕等優(yōu)異特性。然而，目前市場上濾袋質(zhì)量參差不齊，常導(dǎo)致袋式除塵器運行效果不佳，粉塵排放超標，污染大氣環(huán)境。

本文對山東某項目、山西某項目、河北某項目所用濾袋情況進行了全面分析，以期為燃煤鍋爐袋式除塵器用濾袋選型提供技術(shù)參考。

1 案例對比分析

1.1 實驗儀器

YG026C 電子織物強力機、BSM402.3 電子天平、YG461E-III 全自動透氣量儀、GYS-2QDM 視頻顯微鏡、Phenom Pure 電子掃描顯微鏡。

1.2 項目工況簡介

將山東某項目、山西某項目、河北某項目分別編號為A、B、C。為響應(yīng)國家節(jié)能減排政策的實施，三個項目配備了多臺燃煤鍋爐，煙氣脫硝后，經(jīng)袋式除塵器除塵，然后經(jīng)濕法脫硫凈化后排放到大氣中。鍋爐連續(xù)運行溫度為80℃—160℃，瞬間運行溫度高達190℃，煙氣中SO2含量為30—3000mg/m3，NOX含量為30—200mg/m3，氧氣（O2）含量為3.5%—10%，粉塵最終排放濃度≤20mg/m3。為了對濾袋產(chǎn)品使用情況進行跟蹤，同時從三個項目中各抽一條完好的濾袋進行檢測分析。A 項目、B 項目、C 項目抽檢濾袋使用時長分別為53 個月、30 個月和13個月。

1.3 測試結(jié)果分析

1.3.1 常規(guī)性能分析

下表為三個項目濾袋的常規(guī)性能測試結(jié)果對比。由下表可知，A、B 兩個項目濾袋的機械強力保持較好，清灰后，克重與透氣量均恢復(fù)良好。C 項目濾袋機械強力顯著下降，尤其是橫向斷裂強力接近使用壽命終點，清灰后可見迎塵面覆膜有少許破損（見圖1），透氣量超出覆膜濾料正常值范圍，而且克重恢復(fù)不佳。

圖1 濾袋迎塵面圖

濾袋常規(guī)性能測試結(jié)果對比

1.3.2 材質(zhì)分析

通過材質(zhì)分析，不但能分析出濾袋中的纖維組成，還能根據(jù)紅外譜圖官能團的變化，判斷濾袋在運行過程中是否受到化學(xué)侵蝕。圖2 為A 項目、B 項目與C 項目的濾袋紅外譜圖。

如圖2 所示，結(jié)合分子結(jié)構(gòu)及已知的標準譜圖曲線可知[3]，A 項目的迎塵面表面、迎塵面里面和凈氣面的主要特征吸收峰與聚苯硫醚（PPS）的標準譜圖基本吻合。B 項目濾袋迎塵面和凈氣面的主要特征吸收峰與PPS+聚四氟乙烯（PTFE）標準譜圖基本吻合，即1470cm-1處為苯環(huán)骨架振動吸收峰，1092cm-1處為C=CH 苯環(huán)面內(nèi)彎曲振動吸收峰，804—805cm-1處為苯環(huán)上的碳氫鍵平面外彎曲振動峰。C 項目濾袋纖維層含有三種纖維，復(fù)合纖維1 的主要特征吸收峰與聚酯（PE）+PPS 的標準譜圖基本吻合，即1712cm-1、1097cm-1處為酯鍵的伸縮振動峰，1388cm-1處為磺酰胺基的振動吸收峰，723cm-1處為苯環(huán)上的碳氫鍵平面外彎曲振動峰。A 項目迎塵面表面、基布，B 項目迎塵面、基布和凈氣面，C 項目迎塵面膜、基布和纖維均檢測出1200—1207cm-1、1144—1150cm-1歸屬于碳氟鍵的特征吸收峰。紅外譜圖測試結(jié)果表明：A 項目濾袋的纖維層材質(zhì)為PPS，基布材質(zhì)為PTFE，而且迎塵面表面經(jīng)PTFE 乳液處理；B 項目濾袋的纖維層材質(zhì)為PPS 與PTFE 混紡，基布材質(zhì)為PTFE；C 項目濾袋的纖維層材質(zhì)由PE、PPS 與PTFE 三種纖維混紡，基布材質(zhì)為PTFE，而且迎塵面表面經(jīng)PTFE 覆膜處理。

圖2 濾袋紅外譜圖

由于C 項目濾袋組分中含有常溫纖維PE，故采用化學(xué)法對其進行定量分析，結(jié)果表明濾袋纖維層中PE、PPS 和PTFE 纖維含量分別為59.2%、20.8%和20.0%。據(jù)此可知，在濾袋纖維層中含有大量的PE纖維。

由圖2 與定量分析結(jié)果可知，C 項目濾袋纖維層由高溫纖維PPS、PTFE 及常溫纖維PE 混紡制成。PE 纖維連續(xù)運行溫度要求低于130℃，而該項目工況連續(xù)運行溫度高達160℃，遠超出該濾袋的耐受溫度，在高溫工況下使用含常溫纖維的濾袋，極易造成濾袋因高溫損傷而縮短濾袋的使用壽命，甚至?xí)?dǎo)致濾袋破損失效。

1.3.3 粉塵滲透情況分析

袋式除塵器主要依靠纖維對粉塵的攔截、捕集、篩濾，以及粉塵的自沉降等作用實現(xiàn)對含塵氣流的凈化。隨著過濾的進行，微細粉塵勢必會從濾袋迎塵面或凈氣面纖維層滲透進入濾袋橫截面深層?？赏ㄟ^顯微鏡分析判斷濾袋的粉塵滲透情況，及時了解濾袋過濾性能變化情況。圖3 為三個項目濾袋的橫截面顯微鏡圖片，由上至下分別是濾袋（膜）、迎塵面、基布和凈氣面。由圖3 可知，A 項目、B 項目濾袋粉塵均被攔截在迎塵面表層，橫截面未見明顯粉塵污染，結(jié)合圖1 分析，C 項目濾袋迎塵面膜局部可見開裂、破損現(xiàn)象，粉塵由膜層開裂處滲透進入纖維層內(nèi)部，導(dǎo)致橫截面深層可見明顯粉塵污染。

圖3 濾袋橫截面顯微鏡圖

1.3.4 微觀結(jié)構(gòu)變化分析

通過放大倍數(shù)觀察纖維表面微觀結(jié)構(gòu)變化情況，分析纖維的損傷情況。如圖4 所示，A 項目和B 項目濾袋纖維外觀保持完好，C 項目濾袋纖維出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，推測是纖維層中PE 纖維在高溫、腐蝕性環(huán)境下受損所致。

圖4 濾袋電鏡圖

2 結(jié)語

綜上，依據(jù)《火力發(fā)電廠袋式除塵器用濾料壽命管理與評價方法》（DL/T 1514—2016）中濾料使壽命預(yù)估判定規(guī)則[4]，測算A 項目和B 項目除塵用濾袋剩余使用壽命分別為18 個月（或以上）和25 個月（或以上），C 項目用濾袋剩余使用壽命接近終點，若繼續(xù)運行則存在除塵器排放超標的風險，這主要與濾袋纖維層中含有大量的PE 纖維有關(guān)，PE 纖維不適合長期在高溫、腐蝕性環(huán)境中使用。針對燃煤鍋爐的工況條件，一般情況下PPS 濾袋、PPS 與PTFE 混紡濾袋都能滿足達標排放和使用壽命要求，具體選擇哪種材質(zhì)，還需要考慮實際運行工況。