袋除尘技术中耐高温滤料的选用与发展趋势
摘要：长期以来 ，我国经济和工业化的高速发展带来了严重的环境问题 。尤其是钢铁、水泥 、煤炭 、电力等行业，耗能高、污染高 ，带来了大量的工业烟尘和废气，导致空气污染加剧，危害我国近十亿人民的健康。全国环境统计公报显示，2014 年我国废气中烟(粉)尘排放量高达1 740.8 万t ，其中83.6% 来自工业烟(粉)尘排放 。工业烟(粉)尘排放中大量的微细粒子(包括PM 10 、PM 2.5 等)是直接导致我国大气环境质量恶化的元凶之一。袋式除尘技术是工业除尘的一种，以其高效除尘的性能 ，已在我国钢铁、水泥 、电力等行业得到了广泛的应用 ，从源头上抑制了工业排放气体中微细颗粒物对我国大气环境的污染 。
1袋除尘技术的进步
袋除尘技术作为一种主要的除尘手段, 广泛应用于冶金 、铸造 、建材、电力等行业 。由于袋除尘器除尘效率高、能够满足极其严格排放标准的特点, 因而受到发达国家的普遍重视, 因此袋除尘器及相关技术也获得了极大的发展和应用 。德国水泥工业80% 的废气是通过袋除尘器净化的, 这使水泥粉尘的散失量小于其产量的0.05% 。一些传统上使用电除尘器的场所, 如水泥厂回转窑尾、冷却机也开始改造为大型袋除尘器 。原因是袋除尘器的运行费用虽然比电除尘器高, 但其设备费用往往只有电除尘器的一半, 更需要的是, 电除尘器的排放浓度很难达到50 mg/m3。许多发达国家如美国、加拿大、澳大利亚在电厂的除尘中, 也大量采用袋除尘器替代电除尘器, 如澳大利亚新南威尔士洲20 台燃煤机组中,18 台采用了袋除尘器, 总装机容量超过10 000 MW, 这使电厂粉尘的发散量大大降低。国内由于经济技术条件的限制以及一部分观念上的原因, 这些领域的袋除尘技术一直没有得到较大的发展。袋除尘技术在很大程度上取决于滤料的选材, 长期制约袋除尘技术发展的主要原因是滤料的耐温问题及过滤风速偏低。20 世纪80 年代中期, 随着滤料技术、制造技术 、控制技术等相关技术的发展, 袋除尘技术在立窑水泥厂烘干及窑头窑尾 、超高功率电弧炉、高炉煤气净化、炭黑厂尾气收集等许多领域都取得了很大的进步。
2 目前所使用的几个滤料品种
目前用于袋除尘器的国产耐高温滤料品种较少, 使用纤维的品种只集中在玻璃纤维和美塔斯(Metamax) 化学纤维两种原料上, 滤布的材质主要有小高炉用的机织玻璃纤维布, 为中碱玻璃纤维, 一般为后处理, 也有用素布的;300 m3 左右的中型高炉绝大部分使用的为前处理或后处理的下班纤维布, 中碱、无碱均有; 部分300 m3 中型高炉近年来采用首钢设计院设计的高炉煤气净化技术———长袋低压脉冲除尘器, 选用的滤料为杜邦———帝人公司的美塔斯针刺过滤毡; 大型炼铁高炉, 如首钢、太钢使用的滤料为从日本进口的美塔斯针刺毡; 上海五钢公司100 t/h 直流电弧炉使用的滤料为涤纶针刺毡; 立窑水泥厂的玻纤袋除尘器使用的滤料为玻璃纤维, 结构为膨体纱和连续纤维的, 还有Midwesco 公司提供的玻纤滤料。
3 滤料的选用原则
滤料通常是以纤维为原料制成的, 各种纤维具有不同的理化特性, 在满足温度 、湿度、强度, 以及耐化学稳定性要求方面各有所长 。作为滤料用途, 必须充分掌握含尘气体的特性, 认真对照各种纤维所具性能, 加以合理选择。含尘气体的温度是选用滤料的一个首要因素, 各种纤维材质可供长期连续使用的温度, 以及考虑到由于设备和管理的原因而允许的间断瞬时可使用的上限温度。按连续使用的温度( 干态), 可把滤料分为三类: 低于130℃为常温滤料;130℃ ~200℃为中温滤料; 高于200℃为高温滤料。对于气体温度激烈波动的工况条件, 宜选择安全系数稍大一些的, 瞬间峰值温度不得超过滤料的上限温度。对于高温烟气, 可以直接选用高温滤料, 也可以在采取冷却措施后选用中温或常温滤料, 具体选择应通过技术经济分析和比较后确定 。可耐200℃以上高温的过滤材料除由美塔斯和玻璃纤维制作外, 还有恶二唑 、聚苯硫醚、聚亚酰胺、聚四氟乙烯 、不锈钢纤维等。后几种纤维的耐温性、化学稳定性并不比前两种差, 但也要从制造加工成本和生产难易程度上加以选择确定 。除温度因素外, 还要综合考虑含尘气体的湿度、腐蚀性、可燃性、爆炸性, 粉尘的形状、粒径大小 、附着力和凝聚性, 以及根据袋除尘器的清灰方式来选择滤料。清灰方式是选择滤料结构品种的一个主要因素, 不同清灰方式的袋除尘器因清灰能量、滤袋形变特征的不同, 需选用不同结构品种的滤料。如脉冲除尘器为脉动清灰, 属于高能清灰, 要求滤料强度高 、耐磨、耐折 、耐冲击, 需采用毡类滤料, 玻纤布和机织布不宜应用。针刺毡滤料是相对于纺织滤料的一个进步, 具有更高的除尘效率和透气率; 通过烧毛或热轧光等表面整理, 可具有良好的粉尘剥离性能。更主要的是, 采用脉冲喷吹这种强力清灰的方式, 可以保证设备阻力处于较低的限度内。目前有性能更优的滤料, 例如: 薄膜滤料、涂层滤料等, 可以获得更高的除尘效率和过滤风速 、更低的设备阻力、更长的使用寿命, 但价格较贵。薄膜滤料通常只在回收贵重物料或净化要求特别高的场合, 才值得使用, 即使在发达国家和地区, 其市场占有率也不高 。因此毡类滤料在今后很长一段时期内将成为过滤材料的主流产品 。
4 毡类滤料在应用中存在的问题
长袋低压脉冲除尘器经过实践证明, 其具有滤速高、清灰效果好、滤袋寿命长、设备简单 、故障少、操作维护方便等优点,完全可以取代大布袋反吹风除尘系统。但目前所使用的两种毡类滤料均存在不同缺点, 还不是最理想的滤料 。美塔斯针刺毡使用寿命长, 但价格较贵, 耐温在220℃左右, 对现场操作水平和温控水平均要求较高; 玻纤毡滤袋虽耐温波动范围较大, 价格便宜, 但同美塔斯针刺毡相比, 运行阻力高、耐磨和耐折性差、使用寿命短。二者综合使用成本相差不太大, 对比之下, 前者性能好, 价格也高; 后者性能差, 价格也低。
5 新型的耐高温滤料
近年来, 辽宁抚顺市工业用布厂与营口玻璃纤维有限公司, 在玻纤毡的基础上研制及开发了氟美斯耐高温过滤毡的系列产品,部分型号的产品已批量投放市场 。其中最适合高炉煤气净化使用的耐高温过滤毡为FMS9806 型, 它是P84 与玻纤的复合产品, 其耐温为260℃ , 透气性好于玻纤毡, 价格与玻纤毡差距不大。此滤毡饱合更牢固, 耐磨、耐折, 并可以达到化纤毡的寿命。因P84 纤维的截面为无规则形截面, 因此具有更大的表面积, 其产品过滤效果更佳, 是今后很有发展前景的一种价廉物美的新型滤料。均好;断裂伸长率仅为6%~9%, 大大低于常规合成纤维滤料; 透气性好于玻纤毡, 略低于美塔斯毡; 静态除尘率在325 目标准粉尘状态下达到99.99%, 过滤效率完全可以达到高炉煤气净化的要求。氟美斯过滤毡在韶关治炼厂应用效果很好, 寿命达9 个~10 个月, 比玻纤毡寿命长6 个~7 个月; 在盘锦天然气化肥厂应用, 在300℃烟气条件下, 使用寿命达6 个月; 在蒙西水泥有限公司, 氟美斯过滤毡应用于4 m/min 的高过滤风速除尘器中, 有时温度还超标, 目前使用寿命已超过半年。综合以上实践证明, 在高炉煤气净化中, 氟美斯过滤毡的使用寿命与玻纤毡相比, 可提高0.5 倍~2 倍 。
6 高炉煤气净化用布袋及滤料的发展趋势
近年来, 随着我国工业的飞速发展, 工业粉尘对大气的污染在加重, 排放标准日益严格, 因而对滤料提出了更高的要求。滤料是袋除尘器的心脏, 每一次袋除尘技术的变化与革新无不是从滤料的变革更新开始的。高效、高风速、低阻力、低价格、耐高温复合型针刺毡是滤料发展的必然趋势。氟美斯过滤毡滤料将应用于引进的大布袋除尘器, 替代进口产品 。
结束语：
长袋低压脉冲除尘器因其过滤风速高、投资节省、操作运行方便, 仍将在一段时间内成为袋除尘器的主力机型; 反吹风布袋除尘器因占地面积大、过滤风速低、投资规模大, 将处于逐步淘汰的局面; 大布袋除尘器过滤风速低, 属低能清灰, 易于保护布袋,可保证除尘器稳定地运行, 它仍是某些领域的主要净化设备, 只是使用的滤料在提高过滤精度和滤料的强度、降低运行阻力、防止渗漏及降低布袋伸长率等方面还会不断地改进。