鄭智宏,林藍(lán)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)??萍脊煞萦邢薰?,福建 廈門 361101;3.福建省袋濾材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門 361101;4.廈門市袋濾材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門 361101)
2014 年7 月1 日起實(shí)施的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271—2014)規(guī)定:重點(diǎn)地區(qū)燃煤鍋爐顆粒物排放限值需低于30mg/m3,燃?xì)忮仩t顆粒物排放限值需低于20mg/m3[1]。袋式除塵器憑借其過(guò)濾精度高、不受粉塵比電阻值影響、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),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(chǎng)上濾袋質(zhì)量參差不齊,常導(dǎo)致袋式除塵器運(yùn)行效果不佳,粉塵排放超標(biāo),污染大氣環(huán)境。
本文對(duì)山東某項(xiàng)目、山西某項(xiàng)目、河北某項(xiàng)目所用濾袋情況進(jìn)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。
YG026C 電子織物強(qiáng)力機(jī)、BSM402.3 電子天平、YG461E-III 全自動(dòng)透氣量?jī)x、GYS-2QDM 視頻顯微鏡、Phenom Pure 電子掃描顯微鏡。
將山東某項(xiàng)目、山西某項(xiàng)目、河北某項(xiàng)目分別編號(hào)為A、B、C。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策的實(shí)施,三個(gè)項(xiàng)目配備了多臺(tái)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(yùn)行溫度為80℃—160℃,瞬間運(yùn)行溫度高達(dá)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(duì)濾袋產(chǎn)品使用情況進(jìn)行跟蹤,同時(shí)從三個(gè)項(xiàng)目中各抽一條完好的濾袋進(jìn)行檢測(cè)分析。A 項(xiàng)目、B 項(xiàng)目、C 項(xiàng)目抽檢濾袋使用時(shí)長(zhǎng)分別為53 個(gè)月、30 個(gè)月和13個(gè)月。
1.3.1 常規(guī)性能分析
下表為三個(gè)項(xiàng)目濾袋的常規(guī)性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比。由下表可知,A、B 兩個(gè)項(xiàng)目濾袋的機(jī)械強(qiáng)力保持較好,清灰后,克重與透氣量均恢復(fù)良好。C 項(xiàng)目濾袋機(jī)械強(qiáng)力顯著下降,尤其是橫向斷裂強(qiáng)力接近使用壽命終點(diǎn),清灰后可見(jiàn)迎塵面覆膜有少許破損(見(jiàn)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(cè)試結(jié)果對(duì)比
1.3.2 材質(zhì)分析
通過(guò)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(tuán)的變化,判斷濾袋在運(yùn)行過(guò)程中是否受到化學(xué)侵蝕。圖2 為A 項(xiàng)目、B 項(xiàng)目與C 項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)譜圖曲線可知[3],A 項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)譜圖基本吻合。B 項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)譜圖基本吻合,即1470cm-1處為苯環(huán)骨架振動(dòng)吸收峰,1092cm-1處為C=CH 苯環(huán)面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收峰,804—805cm-1處為苯環(huán)上的碳?xì)滏I平面外彎曲振動(dòng)峰。C 項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)譜圖基本吻合,即1712cm-1、1097cm-1處為酯鍵的伸縮振動(dòng)峰,1388cm-1處為磺酰胺基的振動(dòng)吸收峰,723cm-1處為苯環(huán)上的碳?xì)滏I平面外彎曲振動(dòng)峰。A 項(xiàng)目迎塵面表面、基布,B 項(xiàng)目迎塵面、基布和凈氣面,C 項(xiàng)目迎塵面膜、基布和纖維均檢測(cè)出1200—1207cm-1、1144—1150cm-1歸屬于碳氟鍵的特征吸收峰。紅外譜圖測(cè)試結(jié)果表明:A 項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目濾袋組分中含有常溫纖維PE,故采用化學(xué)法對(duì)其進(jìn)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(xiàng)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(yùn)行溫度要求低于130℃,而該項(xiàng)目工況連續(xù)運(yùn)行溫度高達(dá)160℃,遠(yuǎn)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?fù)p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(duì)粉塵的攔截、捕集、篩濾,以及粉塵的自沉降等作用實(shí)現(xiàn)對(duì)含塵氣流的凈化。隨著過(guò)濾的進(jìn)行,微細(xì)粉塵勢(shì)必會(huì)從濾袋迎塵面或凈氣面纖維層滲透進(jìn)入濾袋橫截面深層??赏ㄟ^(guò)顯微鏡分析判斷濾袋的粉塵滲透情況,及時(shí)了解濾袋過(guò)濾性能變化情況。圖3 為三個(gè)項(xiàng)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(xiàng)目、B 項(xiàng)目濾袋粉塵均被攔截在迎塵面表層,橫截面未見(jiàn)明顯粉塵污染,結(jié)合圖1 分析,C 項(xiàng)目濾袋迎塵面膜局部可見(jiàn)開(kāi)裂、破損現(xiàn)象,粉塵由膜層開(kāi)裂處滲透進(jìn)入纖維層內(nèi)部,導(dǎo)致橫截面深層可見(jiàn)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(guò)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(xiàng)目和B 項(xiàng)目濾袋纖維外觀保持完好,C 項(xiàng)目濾袋纖維出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象,推測(cè)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
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(píng)價(jià)方法》(DL/T 1514—2016)中濾料使壽命預(yù)估判定規(guī)則[4],測(cè)算A 項(xiàng)目和B 項(xiàng)目除塵用濾袋剩余使用壽命分別為18 個(gè)月(或以上)和25 個(gè)月(或以上),C 項(xiàng)目用濾袋剩余使用壽命接近終點(diǎn),若繼續(xù)運(yùn)行則存在除塵器排放超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn),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(zhǎng)期在高溫、腐蝕性環(huán)境中使用。針對(duì)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(dá)標(biāo)排放和使用壽命要求,具體選擇哪種材質(zhì),還需要考慮實(shí)際運(yùn)行工況。