高溫過濾材料技術(shù)與工程應(yīng)用

　　1、水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)全面實面實施
　　隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，國家在環(huán)保法規(guī)方面對工業(yè)生產(chǎn)提出了越來越高的要求。就水泥工業(yè)而言，GB4915-2004對水泥制造過程中的最高允許排放濃度做出了規(guī)定，并且于2010年1月1日起全面實施，詳見表1。同時還規(guī)定，對生產(chǎn)系統(tǒng)禁止非正常排放；除塵裝置對于水泥窯通風(fēng)機(jī)的年同步運轉(zhuǎn)率不得小于99%；對現(xiàn)有的所有水泥生產(chǎn)線主要排塵點實行在線監(jiān)測。

表1 水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB4915-2004

　　2、袋式除塵技術(shù)代表除塵技術(shù)的發(fā)展方向
　　2.1 電、袋除塵技術(shù)效果比較

表2 電、袋除塵技術(shù)效果比較表

　　表2是一個電、袋除塵技術(shù)效果的比較表。從出口排放看，袋除塵器只需選用高性能濾料和適宜的過濾風(fēng)速，可實現(xiàn)“趨零排放”，而電除塵器要達(dá)標(biāo)排放需提高單位電暈功率或增加電場，很難實現(xiàn)“趨零排放”。粉塵比電阻對袋除塵器沒有影響，而對電除塵器來說，高比電阻粉塵難以撲集，且易產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象。煙氣溫度對袋除塵器來說，取決于濾袋的耐溫性能，使用玻璃纖維覆膜濾料可以在260℃長期使用，而對電除塵器來說溫度上升，粉塵層擊穿電壓下降，煙氣運動黏度上升，除塵效率下降。袋除塵器可與工藝設(shè)備同步運行，而電除塵器窯點火時不同步，而新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定年同步運轉(zhuǎn)率不得小于99%。袋除塵器可在線檢修，無事故排放，而電除塵器不可在線檢修，在CO超標(biāo)或絕緣子結(jié)露爬電等情況下會產(chǎn)生事故排放。所以比較的結(jié)果是：袋除塵器出口排放更優(yōu)，可與工藝設(shè)備同步運行，可在線檢修，無事故排放，優(yōu)勢明顯。

　　2.2 投資、維護(hù)費用比較
　　投資和維護(hù)費用是業(yè)主非常關(guān)心的，這主要取決于過濾材料的價格（初投資）與壽命（維護(hù)費）。按過去50mg/Nm³的標(biāo)準(zhǔn)，采用進(jìn)口濾袋，電除塵器和袋除塵器的一次性投資相當(dāng)，若采用國產(chǎn)濾袋將節(jié)省約200萬元投資。若按嚴(yán)格的30mg/Nm³甚至更嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，采用國產(chǎn)濾袋，完全可以達(dá)到，袋式除塵器在一次性投資方面的優(yōu)勢非常明顯。電除塵器和袋除塵器的用電比較見表3。

表3 2500t/d水泥窯尾除塵器綜合功率比較表 單位kw

　　綜上所述，無論從除塵效果、一次性投資和運行費用等方面比較，都表明，袋式除塵技術(shù)代表除塵技術(shù)的發(fā)展方向。目前我國水泥企業(yè)除塵的現(xiàn)狀是，窯頭主要用電除塵器，約占68～70%，窯尾主要用袋除塵器，約占63～68%。與前幾年相比，袋除塵的比例有了顯著的提高就是明顯的例證。

　　3、高溫過濾材料生產(chǎn)技術(shù)
　　3.1 玻璃纖維過濾材料的發(fā)展歷程
　　玻璃纖維過濾材料的發(fā)展，經(jīng)歷了連續(xù)玻璃纖維平幅過濾布、玻璃纖維膨體紗過濾布、玻璃纖維針刺氈/復(fù)合氈和玻璃纖維覆膜濾料等發(fā)展階段，其過濾機(jī)理已從“深層過濾”發(fā)展到了“表面過濾” ，適用的過濾風(fēng)速和可達(dá)到的除塵效率也不斷提高，詳見表4。

表4 玻璃纖維過濾材料的發(fā)展歷程

　　3.2 高溫過濾材料生產(chǎn)核心技術(shù)
　　玻璃纖維覆膜濾料的生產(chǎn)工藝流程見圖1。其核心技術(shù)是覆膜、處理、制膜和制氈。具體介紹如下。

圖1  玻璃纖維覆膜濾料的生產(chǎn)工藝流程圖

　　3.2.1表面處理與高溫?zé)崛诟材ぜ夹g(shù)
　　高溫?zé)崛诟材ぜ夹g(shù)是先對玻纖進(jìn)行表面化學(xué)處理，再進(jìn)行高溫?zé)崛诟材?，圖2是覆膜原理圖。

圖2  高溫?zé)崛诟材ぴ韴D

　　表面處理技術(shù)的核心是處理劑配方技術(shù)。是以聚四氟乙烯為主，再引入其他組份形成配合料，對玻璃纖維浸漬，在其表面成膜，達(dá)到保護(hù)纖維的作用。先在玻纖的表面通過化學(xué)處理形成了一層富含聚四氟乙烯的表面層，再與聚四氟乙烯濾膜通過高溫高壓融合成一體，形成覆膜濾料，詳見圖3，黑色部份就是膜和布的交織點通過覆膜融成了一體，而其白色部份就是起過濾作用的膜。

圖3 熱融覆膜效果圖

　　目前市場上還有一種覆膜技術(shù)是粘結(jié)劑覆膜，這種覆膜產(chǎn)品，布和膜結(jié)合強(qiáng)度低，膜浮在布的表面，使用效果沒保障，詳見圖4。

圖4  粘結(jié)劑覆膜效果圖

　　目前濾料市場上有所謂的PTFE滲膜、PTFE鍍膜，實質(zhì)上就是前面所說的表面化學(xué)處理，是在纖維表面成膜，其作用是保護(hù)纖維，延長濾袋的使用壽命，對過濾本身沒有直接作用，與真正的覆膜有本質(zhì)的區(qū)別。

　　3.2.2 膨化微孔聚四氟乙烯濾膜制備技術(shù)
　　膨化微孔聚四氟乙烯濾膜是由微絲節(jié)點組織成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其制備技術(shù)的核心是小孔徑、高強(qiáng)度。小孔徑是確保過濾精度，高強(qiáng)度是確保材料的使用壽命。

　　圖5是中材科技股份有限公司公司生產(chǎn)的濾膜的掃描電鏡照片。從圖中可以看出，濾膜的孔徑非常小，在1微米以下，這樣就確保了過濾精度。而目前市場上的覆膜濾料，膜的孔徑都比較大，達(dá)幾個微米，甚至更大。

圖5 濾膜SEM照片

　　3.2.3 復(fù)合針刺氈生產(chǎn)技術(shù)
　　復(fù)合針刺氈生產(chǎn)技術(shù)的核心是超細(xì)玻纖技術(shù)和纖維配方技術(shù)。復(fù)合針刺氈是超細(xì)玻纖和耐高溫化纖混雜，梳理成單纖維，再針刺到玻纖網(wǎng)布上制成的，玻纖越細(xì)，強(qiáng)度越高，越柔軟。

　　纖維配方技術(shù)主要是指耐高溫化學(xué)纖維品種選擇和配比多少。我們采用的是P84纖維，詳見圖6，這種纖維具有異型截面，比表面積大，過濾性能好，同時耐溫達(dá)260度，與玻纖耐溫匹配性好。

圖6 P84纖維斷面圖

　　目前市場上復(fù)合氈品種很多很亂，采用的化學(xué)纖維耐溫性差，但從外觀看不出來。我們是否有過這樣的經(jīng)驗，在換袋的時候，發(fā)現(xiàn)濾袋緊緊的包裹在籠骨上，籠骨都抽不出來，這就是用了耐溫低的纖維，濾料收縮導(dǎo)致濾袋緊緊的裹在籠骨上了，只能用剪刀剪下來。

　　4、產(chǎn)品性能特點
　　水泥行業(yè)應(yīng)用的高溫過濾材料產(chǎn)品有四大系列，分別是FT-WM系列玻纖布覆膜濾料、FT-MM系列復(fù)合氈覆膜濾料、FT-M系列復(fù)合氈濾料和FT-W系列膨體玻纖布濾料。主流過濾材料是覆膜濾料。

　　覆膜濾料有其獨特的優(yōu)點， 1、過濾效率高，2、過濾阻力低，3、處理風(fēng)量大，4、使用壽命長。這些優(yōu)點都是來源于膜的結(jié)構(gòu)。

　　覆膜濾料表面的這層膜，替代了傳統(tǒng)深層濾料的濾餅，過濾過程中，使粉塵不會滲入濾料內(nèi)部或透過濾料，從而保證了濾料的潔凈性，這就是表面過濾。由于膜的微孔非常小，所以覆膜濾料具有過濾效率高的特性；由于粉塵不會滲入濾料內(nèi)部，使濾料不會堵塞而增加阻力甚至失效，所以能保持濾袋運行阻力平穩(wěn)，長期保持在低阻狀態(tài)下運行，具有過濾阻力低的特性；由于膜的存在，即便過濾風(fēng)速提高，也能達(dá)到好的過濾效率，所以具有處理風(fēng)量大的特性；由于表面膜非常光滑，使濾袋清灰容易，所以覆膜濾袋所需的清灰壓力低、清灰頻次少、間隔時間長，這樣對濾袋的損傷小，從而具有使用壽命長的特性。

　　4.1 玻纖布覆膜系列
　　玻纖布覆膜系列是經(jīng)典成熟的玻璃纖維覆膜濾料品種，使用效果有保障，使用壽命可達(dá)5到6年。但對除塵器及運行維護(hù)要求極高。適合于水泥窯尾除塵。其性能指標(biāo)見表5。

表5    玻纖布覆膜系列特性

　　4.2復(fù)合氈濾袋系列
　　綜合了玻璃纖維的耐高溫和化學(xué)纖維抱合能力強(qiáng)的優(yōu)點，經(jīng)雙面針刺，氈層密實。對收塵器及籠骨的精度要求相對較低，可降低除塵器成本。但使用后期阻力較大，使用壽命只能保證2年。適用于水泥窯尾和窯頭袋收塵器。其性能指標(biāo)見表6。

表6   復(fù)合氈濾袋系列特性

　　4.3復(fù)合氈覆膜系列
　　克服了復(fù)合氈后期阻力大的缺點，具有“表面過濾”特性，且對收塵器及籠骨的精度要求相對較低，與我國目前除塵器水平適應(yīng)性強(qiáng)。適用于水泥窯尾袋收塵器。其性能指標(biāo)見表7。

表7   復(fù)合氈覆膜系列特性

　　5、應(yīng)用情況
　　5.1覆膜濾料應(yīng)用情況
　　中材科技股份有限公司覆膜濾料已廣泛應(yīng)用于水泥、鋼鐵、炭黑、鐵合金等行業(yè)，其中新型干法水泥生產(chǎn)線68條。應(yīng)用數(shù)量達(dá)412萬平方米。

　　推廣地區(qū)包括東北、西北、西南在內(nèi)的全國24個省、自治區(qū)、自轄市，并出口巴西、伊拉克、哈薩克斯坦、越南等地。

　　5.2 項目產(chǎn)品使用效果
　　在某水泥有限公司日產(chǎn)2500噸水泥生產(chǎn)線應(yīng)用，于2003年11月28日點火投產(chǎn)，出口排放濃度18mg/ Nm³，濾袋阻力在1200 Pa左右，目前使用狀況良好，使用壽命已近6年。

　　在某化學(xué)工業(yè)有限公司年產(chǎn)15000噸炭黑生產(chǎn)線應(yīng)用，于2007年7月1日開始運行，系統(tǒng)通風(fēng)量由原來的13200 Nm³/h提高到14200 Nm³/h，除塵室壓差也由原來的3400 Pa降低到840Pa（原壓差的1/4），起到了很好的示范作用。

　　項目產(chǎn)品使用效果已達(dá)國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，產(chǎn)品售價只有進(jìn)口產(chǎn)品的60%，產(chǎn)品性價比高。在水泥行業(yè)應(yīng)用，節(jié)能減排、節(jié)省投資效果明顯，詳見表8。

表8   水泥窯尾應(yīng)用能效

　　6、結(jié)語
　　袋式除塵及高溫過濾材料生產(chǎn)技術(shù)為我國節(jié)能減排、實現(xiàn)趨零排放提供了技術(shù)支撐；產(chǎn)品替代進(jìn)口，對促進(jìn)我國過濾材料行業(yè)和相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。