王振華 沈恒根 梁 珍

東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

鋼鐵廠袋式除塵器濾袋失效的測(cè)試與分析

王振華 沈恒根 梁 珍

東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

針對(duì)鋼鐵廠失效濾袋的特性，測(cè)試了濾袋不同部位的力學(xué)性能、透氣性能的變化，并通過掃描電鏡方式觀察失效濾料的微觀特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：濾袋不同位置的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率存在差異，緯向的下降幅度大于徑向；濾袋透氣率沿袋底向袋頂方向逐漸下降，這表明粉塵在濾袋表面的分布不均勻；濾袋表面的微觀變化初步反映了失效的原因，纖維表面受到明顯的化學(xué)侵蝕，覆膜濾料中表面膜的損壞會(huì)直接導(dǎo)致粉塵穿透濾料。

濾袋失效力學(xué)性能透氣性能微觀結(jié)構(gòu)

0 引言

袋式除塵器作為高效控制煙塵污染的設(shè)備之一，所采用濾料的使用壽命受到廣泛關(guān)注[1][2]。我國工業(yè)爐窯煙氣中含有酸、堿、氧化劑、有機(jī)溶劑等腐蝕性氣體及多種化學(xué)成分，濾料材質(zhì)的耐化學(xué)性往往受溫度、濕度等多種因素的交叉影響，一旦結(jié)露會(huì)在濾料表面的纖維層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，侵蝕纖維，從而導(dǎo)致纖維性能失效[3,4,5]。本文針對(duì)某鋼鐵廠應(yīng)用的失效濾袋進(jìn)行了測(cè)試與分析，對(duì)濾袋的不同部位（袋底、袋中、袋頂）進(jìn)行了力學(xué)性能、透氣性能的測(cè)試，并通過掃描電鏡進(jìn)行了表面形態(tài)的觀察，顆粒物在不同濾料表面的沉積情況，初步探索了濾料失效的原因。

1 材料與方法

1.1 測(cè)試材料

測(cè)試原材料為鋼鐵廠袋式除塵器內(nèi)不同位置失效的濾袋三條，每條濾袋長6m，由南京某鋼鐵廠提供，為便于進(jìn)行描述，分別將其編號(hào)為1#、2#、3#濾袋。

1.2 主要測(cè)試儀器

試驗(yàn)主要測(cè)試儀器及其技術(shù)指標(biāo)見表1～4。

表1 主要測(cè)試儀器

表2 YG065CT型電子式織物強(qiáng)力儀主要技術(shù)指標(biāo)

表3 YG461D型數(shù)字式織物透氣量儀主要技術(shù)指標(biāo)

表4 掃描電鏡主要技術(shù)指標(biāo)

表5 三條濾袋不同位置處的拉伸性能對(duì)比

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 力學(xué)性能

將6m長的濾袋剪去袋頭和袋底后，剩余濾袋均分成三段：袋頂、袋中和袋底。在每一段分別剪取濾料樣品徑、緯向20cm×5cm各5條，將試樣置于試驗(yàn)機(jī)的夾鉗中，設(shè)定速率為100mm/min，隔距為200mm，按照標(biāo)準(zhǔn)分別測(cè)試各濾料徑、緯向的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)詳見《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測(cè)定條樣法》（GB/T 3923.1-1997）。

另剪取同一條濾袋的圓形試樣5塊，將試樣夾持在固定基座的圓環(huán)試樣夾內(nèi)，圓球形頂桿以恒定的移動(dòng)速度垂直地頂向試樣，使試樣變形直至破裂，測(cè)得頂破強(qiáng)力。設(shè)定試驗(yàn)機(jī)速度為300mm/m in，頂破強(qiáng)力的測(cè)試按照《紡織品頂破強(qiáng)力的測(cè)定-鋼球法》（GB/T19976-2005）。

1.3.2 透氣度

試樣置于相對(duì)濕度65%、20℃的環(huán)境中24小時(shí)后，在200Pa壓差下測(cè)試其透氣率。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)詳見《紡織品織物透氣性的測(cè)定》（GB/T 5453-1997）。

1.3.3 微觀觀察

掃描電鏡是利用細(xì)聚焦電子束在樣品表面掃描時(shí)激發(fā)出來的各種物理信號(hào)來調(diào)制成像的。由聚光鏡和物鏡構(gòu)成的電子光學(xué)系統(tǒng)，把電子槍發(fā)射出來的電子聚集成一束極細(xì)的電子束，并聚焦于樣品的表面，同時(shí)按順序?qū)悠繁砻孢M(jìn)行逐行掃描。

2 結(jié)果與分析

2.1 濾袋不同位置的力學(xué)性能變化

2.1.1 拉伸性能

表5顯示了濾袋1#～3#在徑緯向斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的變化。

斷裂強(qiáng)度方面，1#濾袋徑緯向的斷裂強(qiáng)度最高點(diǎn)出現(xiàn)在袋底位置，分別為1042N和1522N；最低點(diǎn)均出現(xiàn)在袋中位置，分別為962N和1414N，相較袋底下降了7.7%和7.1%。斷裂伸長率方面，徑向上斷裂伸長率沿袋底向袋頂方向降低，從袋底的15.6%逐漸下降到袋頂?shù)?5.2%，在緯向上的變化趨勢(shì)與斷裂強(qiáng)力相反，在袋頂出現(xiàn)斷裂伸長率的最大值19.7%，袋中處最小為18.0%。

濾袋2#在斷裂強(qiáng)度方面，與濾袋1#不同，徑緯向的斷裂強(qiáng)度最高點(diǎn)出現(xiàn)在袋頂位置，分別為960N和1320N；徑向最低點(diǎn)出現(xiàn)在袋中位置，為932N，緯向最低點(diǎn)出現(xiàn)在袋底，為1149N，相較最大值下降了2.9%和13.0%。斷裂伸長率方面，徑向上斷裂伸長率的最大值出現(xiàn)在袋底，為16.0%，最小值為袋中的15.8%，在緯向上的變化趨勢(shì)與斷裂強(qiáng)力一致，沿袋底向袋頂上升，袋頂處最大，為17.1%，最小在袋底，為15.6%。

濾袋3#在斷裂強(qiáng)度方面，徑向的斷裂強(qiáng)度最高點(diǎn)出現(xiàn)在袋中位置，為990N；最低值為袋頂?shù)?69N，下降幅度為2.1%。緯向最高值出現(xiàn)在袋頂，為528N，最低點(diǎn)出現(xiàn)在袋中位置，為483N，下降8.5%。斷裂伸長率方面，徑緯向變化趨勢(shì)相同，斷裂伸長率的最大值出現(xiàn)在袋中，分別為16.2%和26.1%，最小值出現(xiàn)在袋頂，分別為15.6%和23.5%，分別較最大值下降了0.6%和2.6%。

2.1.2 頂破性能

表6給出了三條濾袋頂破強(qiáng)度的對(duì)比。由表可見，濾袋1#的頂破強(qiáng)力最大，濾袋2#和濾袋1#的頂破強(qiáng)力相差不大，相差在2.1%以內(nèi)，濾袋3#的頂破強(qiáng)力最小，比濾袋1#小34.8%。分析原因可能是3#濾袋所處的位置在清灰時(shí)噴吹壓力較大，導(dǎo)致濾袋的耐力學(xué)沖擊能力變差。

表6 不同濾袋的頂破強(qiáng)度對(duì)比

2.2 透氣性能的變化

三條濾袋不同位置的透氣率對(duì)比見圖1。如圖1所示，濾袋1#的透氣率的變化區(qū)間為1.17～1.42m/m in，濾袋2#的透氣率的變化區(qū)間為2.13～3.67m/m in，濾袋3#的透氣率的變化區(qū)間為2.18～2.59m/min。并且沿袋底向袋頂方向呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，除了濾袋3#在袋中的位置出現(xiàn)6%的上升幅度外，三條濾袋袋頂比袋底的透氣率降低幅度分別為17.6%、17.0%和10.3%。不同于清潔濾料，已經(jīng)使用過的濾袋的透氣率的變化實(shí)際上反映的是濾袋表面粉塵在濾袋不同位置的分布情況?？梢娺@三條濾袋的粉塵分布并不相同，說明了粉塵沿噴吹氣流方向上在濾料內(nèi)部的嵌入量呈增大趨勢(shì)，存在袋中位置出現(xiàn)粉塵層最厚的情況。

圖1 濾袋透氣率隨不同位置的變化曲線

2.3 濾袋在失效情況下表面形態(tài)的變化

為了進(jìn)一步觀察濾袋在失效后微觀形態(tài)的變化，對(duì)三條濾袋試樣分別進(jìn)行了掃描電鏡分析。圖2為濾袋失效后濾料表面的掃描電鏡圖。

由圖2（a）和（b）可見，濾料1#在失效后，粉塵已經(jīng)嵌入到纖維層的內(nèi)部并附著在纖維表面，并且，纖維表面變得粗糙（1#表面-2），可以觀察到明顯的化學(xué)侵蝕的痕跡。圖2（c）和圖（d）分別為覆膜濾袋2#和3#表面的掃描電鏡圖。對(duì)覆膜濾料而言，2#濾袋表面的膜基本上完好，粉塵大部分被阻擋在表面的膜上，未滲入濾料內(nèi)部。而與2#濾袋同為覆膜濾料的3#濾袋，可以看出3#濾袋表面已經(jīng)被粉塵基本完全附著，膜已經(jīng)難以辨認(rèn)，說明膜已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p傷，粉塵已經(jīng)完全嵌入到濾料的深層纖維層中，濾袋3#的失效是由于表面膜的損壞導(dǎo)致的。

3 結(jié)論

1）濾袋不同位置的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率存在差異，斷裂強(qiáng)力在徑向的平均下降幅度為4.2%，在緯向的下降幅度大于徑向，為9.5%；斷裂伸長率下降較小，徑向平均下降率0.4%，緯向平均下降率1.9%。

2）濾袋透氣率的變化趨勢(shì)為沿袋底向袋頂方向逐漸下降，這表明粉塵在濾袋表面的分布不均勻，說明了粉塵沿噴吹氣流方向上在濾料內(nèi)部的嵌入量呈增大趨勢(shì)，存在袋中位置出現(xiàn)粉塵層最厚的情況。

3）通過對(duì)濾袋表面的微觀變化可以看出，造成濾袋失效的原因是由于纖維表面受到明顯的化學(xué)侵蝕，覆膜濾料中表面膜的損壞會(huì)直接導(dǎo)致粉塵穿透濾料。

因此，在袋式除塵濾料應(yīng)用時(shí)，應(yīng)對(duì)緯向的強(qiáng)力有所加強(qiáng)，并且應(yīng)對(duì)濾料做好防腐處理，對(duì)覆膜濾料在安裝過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)膜的保護(hù)。

圖2 濾袋表面SEM照片

[1]李華,沈恒根,陳強(qiáng),等.新型復(fù)合濾料在燃煤鍋爐煙氣凈化上的應(yīng)用研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2004,22(10):33-37

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Te s t an d Ana lys is o f Fa ilu re Filte r Bag s in Stee l Plan t

WANG Zhen-hua,SHEN Heng-gen,LIANG Zhen
Schoolof EnvironmentalScienceand Engineering,Donghua University

In order to reveal the failure characteristics of filter bags in steel plant,changes of themechanical properties and air permeability of different parts of the bags were tested.The m icroscope property was observed by scanning electronm icroscopy.The results showed that:there existed differences in breaking strength and elongation at different positionsof thebag and theweftdeclinedmore than thewarp.Theairpermeability decreased gradually along thebottom of the bag towards the top,which indicates that the distribution of dust in the bag surface was uneven.The surface m icroscopic changes reflected the initial cause of failure,which showed the surface of the fiberswas chemical corroded and the damage of themembranew illbea direct resultof the penetration of dust.

filterbag,failure,mechanicalproperty,air permeability,m icrostructure

1003-0344（2014）02-067-3

2013-4-24

王振華（1985～），女，博士研究生；上海市松江區(qū)人民北路2999號(hào)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院3145室（201620）；E-mail:shandongzhenhua@163.com