鄭智宏，陳建文，張靜云，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）

近幾年隨著國家對煙塵排放要求不斷趨嚴(yán)，整體上煙塵污染問題已有明顯改善，在這期間，袋式除塵器在水泥、電力、鋼鐵、垃圾焚燒等高污染行業(yè)的煙塵治理中發(fā)揮了舉足輕重的作用，實際應(yīng)用過程中，多個項目均能實現(xiàn)超低排放，其煙囪監(jiān)測點煙塵排放濃度可以達(dá)到10mg/m3以下，有些甚至可以達(dá)到5mg/m3以下[1-4]。

袋式除塵器能夠很好控制粉塵達(dá)標(biāo)排放，而濾料是袋式除塵器的“心臟”。以聚苯硫醚（PPS）、聚四氟乙烯（PTFE）和芳香族聚酰胺（MX）等纖維為原料制成的濾袋，具有優(yōu)良的耐溫性、耐腐蝕性、耐氧化性及極佳的過濾性能，但在實際應(yīng)用過程中，袋籠摩擦、粉塵氣流沖刷、過濾失效、超溫運行等情況也屢見不鮮[5-7]。針對超溫運行問題，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)的研究重點是根據(jù)設(shè)計運行溫度選擇濾袋材質(zhì)，或者通過余熱回收、噴水降溫等措施降低進(jìn)入袋區(qū)的煙氣溫度，這些措施目前在一定程度上可以減少濾袋破損失效情況的發(fā)生，但在鍋爐、回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備發(fā)生異常時，煙氣運行溫度遠(yuǎn)超設(shè)計值，濾袋極易在高溫環(huán)境下受熱損傷甚至破損失效。如圖1 所示，化纖濾袋在超溫和含有火星環(huán)境時被燙傷、穿燒，纖維熔融，造成濾袋破損失效，造成除塵器粉塵排放超標(biāo)，從而導(dǎo)致停機停產(chǎn)的不良后果。

圖1 化纖濾袋在超溫環(huán)境中被燙傷破損的外觀

常規(guī)化纖濾料使用溫度一般低于260℃，而目前工業(yè)除塵領(lǐng)域適用于300℃以上的高溫材料主要有金屬濾料和陶瓷濾筒，金屬濾料是金屬纖維或者金屬粉末經(jīng)特殊工藝制作成的具有微孔結(jié)構(gòu)的過濾氈。作為一種新型功能型材料，相對PPS、PTFE 和MX 等高溫過濾材料，金屬濾料具有孔徑均勻、過濾精度高、無脫落、耐有機溶劑、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)異特性，使用溫度可達(dá)400℃以上，采用鐵鉻鋁材質(zhì)的金屬濾料使用溫度更是可以達(dá)到1000℃[8-10]?？梢哉f，金屬濾料的出現(xiàn)極大地拓寬了工業(yè)除塵用濾料在高溫除塵領(lǐng)域的使用范圍，對于運行溫度超過260℃的工況，金屬濾料可以很好地替代普通化纖濾料，在沒有采用降溫措施的情況下即可直接進(jìn)行除塵。

金屬濾料使用過后依然具有較好的回收利用價值，而行業(yè)內(nèi)對于金屬濾料的實際應(yīng)用情況研究較少，本文通過對金屬濾料全方位性能的實驗研究，分析其在高溫工業(yè)除塵領(lǐng)域使用的優(yōu)勢，以期為金屬濾料的應(yīng)用提供技術(shù)參考[11]。

1 實驗研究

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、PSDA-20 孔徑分析儀、1-AT 型VDI 濾料模擬測試裝置。

1.2 常規(guī)性能

如圖2—圖4 所示，金屬濾料有金屬纖維氈、帶護(hù)網(wǎng)金屬纖維氈和金屬膜氈等多種結(jié)構(gòu)?？筛鶕?jù)實際工況粉塵理化特性、處理煙氣量、煙溫等信息進(jìn)行篩選，選取合適的金屬濾料進(jìn)行過濾除塵。

圖2 金屬纖維氈圖

圖3 帶護(hù)網(wǎng)金屬纖維氈圖

圖4 金屬膜氈圖

下表為三種結(jié)構(gòu)金屬濾料的常規(guī)性能。由下表可知，不同結(jié)構(gòu)金屬濾料的常規(guī)性能差異較大，但是隨著濾料本身單位面積質(zhì)量的增加，其厚度和斷裂強力也呈現(xiàn)上升的趨勢，平均孔徑則呈現(xiàn)減小的趨勢，推測這是由于單位面積質(zhì)量增加，導(dǎo)致濾料本身纖維量增加，其纖維間的纏結(jié)呈現(xiàn)更致密的發(fā)展趨勢，過濾孔徑也更小，這也是金屬纖維氈、帶護(hù)網(wǎng)金屬纖維氈、金屬膜氈透氣量下降的原因。同時，由下表中數(shù)據(jù)可知，金屬濾料的單位面積質(zhì)量、厚度、透氣量及斷裂強力的變異系數(shù)（CV）值保持在相對較低的水平，這也說明了金屬濾料具有均勻性好的特點。

1.3 耐溫性能

由于環(huán)保排放有要求，燃煤鍋爐、水泥窯等煙氣一般均需要預(yù)先進(jìn)行脫硝處理方能達(dá)標(biāo)排放，如果在脫硝前預(yù)先去除大部分粉塵，則能極大減少粉塵雜質(zhì)對脫硝效率的影響，即可在較高的溫度窗口（360℃—410℃為宜）同步進(jìn)行脫硝除塵，進(jìn)而有效提高脫硝效率[12]。為模擬脫硝高溫環(huán)境，將規(guī)格為2cm×10cm 的試驗樣品置于高溫烘箱中，在450℃條件下熱處理24h 后觀察其表觀變化情況。如圖5 所示，樣品經(jīng)高溫處理后，外觀顏色輕微變?yōu)榈S色，但金屬濾料外觀結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)明顯變化，這說明金屬濾料可以很好適應(yīng)脫硝過程的高溫環(huán)境。

圖5 經(jīng)高溫處理前后的樣品圖

金屬濾料常規(guī)性能

1.4 耐腐蝕性能

燃煤鍋爐、鋼鐵、水泥窯、垃圾焚燒等粉塵具有一定的酸堿腐蝕性。實驗室檢測時，參照《袋式除塵器技術(shù)要求》（GB/T 6719—2009）濾料耐腐蝕檢測條件模擬實際工況的腐蝕環(huán)境[13]，對規(guī)格為2cm×10cm 的樣品進(jìn)行試驗。如圖6、圖7 所示，樣品經(jīng)堿處理后，外觀顏色和結(jié)構(gòu)無明顯變化，而樣品經(jīng)酸處理后，酸中的氫離子被金屬離子取代，發(fā)生了氫離子去極化腐蝕反應(yīng)，金屬濾料外觀顏色變黑，而且由于受到強烈腐蝕作用，整塊濾料破損嚴(yán)重，表層金屬纖維已幾乎腐蝕脫落。這說明金屬濾料能夠很好適應(yīng)堿性工況但不能在酸性較強的工況環(huán)境中使用，因為會被酸性環(huán)境腐蝕，造成粉塵排放超標(biāo)。

圖6 經(jīng)堿處理后的濾袋樣品圖

圖7 經(jīng)酸處理后的濾袋樣品圖

1.5 阻燃性能

除塵器在運行過程中，生物質(zhì)鍋爐煙氣易夾雜火星、明火等進(jìn)入濾袋區(qū)，造成濾袋被燙傷、穿燒，導(dǎo)致除塵器粉塵排放超標(biāo)，從而停機、停爐。本試驗對規(guī)格為2cm×10cm 的樣品進(jìn)行火焰阻燃試驗。如圖8 所示，將金屬濾料置于火焰上灼燒30s，移除火焰后，其外觀被熏黑，但外觀結(jié)構(gòu)依然保持完好。對化纖濾料（如PPS）進(jìn)行同樣的試驗，在其外觀被熏黑的同時出現(xiàn)了濾料收縮、破損現(xiàn)象。據(jù)此可知，金屬濾料具有優(yōu)異的阻燃性能，當(dāng)煙塵中含有火星或明火時，金屬濾料能夠很好適應(yīng)該工況，避免濾袋因燙傷、燒穿而出現(xiàn)破損失效的不良后果。

圖8 濾料阻燃實驗

1.6 過濾性能

在噴吹氣流進(jìn)入濾袋凈氣面瞬間產(chǎn)生強大的反作用力以及濾袋快速膨脹變形的雙重作用下，濾袋表面的粉塵脫落從而實現(xiàn)清灰。圖9、圖10 為金屬濾料和化學(xué)覆膜濾料的過濾性能測試結(jié)果。在同等試驗條件下，化纖覆膜濾料較金屬濾料更為柔軟，清灰時產(chǎn)生膨脹變形的幅度更大，粉塵更容易剝落，清灰效果更優(yōu)，運行阻力低，也更為平穩(wěn)。對于同樣的金屬濾料而言，透氣量越大，清灰時從凈氣面透到迎塵面的氣流量就更大，粉塵相對容易剝落。金屬纖維氈相較于金屬膜氈，老化階段的阻力上升幅度及最終殘余阻力均較低，這是因為金屬纖維氈表面增加了一層護(hù)網(wǎng)，阻礙了清灰時粉塵的脫落。

圖9 壓力損失隨過濾時間變化圖

圖10 不同濾料過濾效率圖

2 結(jié)語

（1）金屬濾料耐堿性能優(yōu)異，但是耐酸性稍弱，在實際應(yīng)用中，應(yīng)避免金屬濾料在酸性較強的工況環(huán)境中使用。

（2）金屬濾料具有極佳的阻燃性能，對于煙塵中含有火星或明火的惡劣工況具有很好的適應(yīng)性。

（3）不同結(jié)構(gòu)的金屬濾料的過濾性能有差異，可根據(jù)不同的工況、排放要求進(jìn)行科學(xué)選型，以滿足粉塵排放要求。從實驗數(shù)據(jù)來看，金屬膜氈具有和化學(xué)覆膜濾料相當(dāng)?shù)倪^濾效率，但是殘余阻力和清灰周期等過濾性能均較差，建議可以從金屬濾料的透氣性、柔韌性等方面進(jìn)行優(yōu)化，以獲得更優(yōu)的過濾性能。

（4）金屬濾料生產(chǎn)成本及運輸成本高，目前還未進(jìn)行大規(guī)模推廣應(yīng)用。從實驗研究結(jié)果來看，金屬濾料具有耐高溫、耐堿腐蝕、阻燃性佳等優(yōu)異的特性，具有較好的應(yīng)用前景?；w濾料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系較為完備、成熟，對于化纖濾料的應(yīng)用可起到很好的指導(dǎo)作用，但是金屬濾料的標(biāo)準(zhǔn)體系還不完備，應(yīng)加強技術(shù)研究并制定相關(guān)的國家或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定金屬濾料的克重、厚度、透氣性及拉伸強力等關(guān)鍵指標(biāo)，同時進(jìn)行實際應(yīng)用效果跟蹤，更好地為金屬濾料工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。