针刺毡滤料及其应用

孙志钜 王北平 张金华

(1.浙江宇邦滤材科技有限公司，嘉兴，314412;2.洁华控股股份有限公司，嘉兴，314419)

针刺毡滤料及其应用

孙志钜1王北平2张金华1

(1.浙江宇邦滤材科技有限公司，嘉兴，314412;2.洁华控股股份有限公司，嘉兴，314419)

袋式除尘器的性能在很大程度上取决于制作滤袋的滤料特性。介绍了针刺毡滤料的过滤机理、优良的过滤性能和表面处理方法，阐述了选用滤料时需要考虑的主要因素，并列举了针刺毡滤料在实际工程中的应用案例。

针刺毡滤料，袋式除尘器，应用

作为过滤元件的滤袋是袋式除尘器的关键部件，袋式除尘器的除尘效率、排放气体质量浓度、阻力和使用寿命等都取决于制作滤袋的滤料特性。

1 滤料的品种及其过滤机理

滤料的品种很多。按滤料所用材质可分为天然纤维滤料和合成纤维滤料。天然纤维如棉、麻、毛等，合成纤维如聚酯、间位芳香族聚酰胺、聚苯硫醚等纤维。按滤料的结构可分为机织滤料和非织造滤料，机织滤料如208聚酯纤维绒布、729机织布等，非织造滤料如聚丙烯、聚酯、聚酰亚胺纤维等针刺毡。目前发展最快、应用最多的滤料是针刺毡滤料。针刺毡滤料就是在基布的两面覆以呈立体交错排列的纤维网或无基布的纤维网，经压实固定后用针刺机针刺而成的纤维呈立体结构的滤料。针刺毡滤料具有孔径小、过滤阻力低、透气性好、处理能力强和捕捉效率高等特点。

不同结构的滤料有不同的过滤机理。机织滤料由于其纤维表面孔隙的孔径较大，且孔隙直通，必须建立一层较厚的粉尘初层，依赖粉尘初层的表面来过滤后续粉尘，进行所谓外部“表面过滤”，其过滤效率为99.5%。而针剌毡滤料实现了内部深层过滤。针刺毡滤料具有内部多孔结构，孔的数量多且孔隙不直通，孔径小，容尘量大，具有内部深层过滤的作用。洁净滤料通过筛滤，将大于其表面孔隙直径的尘粒阻留于纤维层表面，而细小尘粒透入滤料内部，部分尘粒通过弯曲通道穿透而出，部分尘粒则通过多种捕尘效应黏附于滤料内部深层，并形成新的捕尘体，开始与纤维共同参与对后续粉尘的过滤。当纤维层中粉尘达到一定的容量后，后续的尘粒将沉积在纤维表面形成一层粉尘薄层。此粉尘层对后续粉尘起主要的过滤作用，后续粉尘将不断在此粉尘层表面沉积，除尘效率不断提高，其总的过滤效率可达99.99%以上。

针刺毡滤料表面覆一层聚四氟乙烯微孔薄膜，不仅能保护滤料不受化学腐蚀和油、水等的影响，而且能提高滤袋的过滤精度，实现表面过滤机理，覆膜针刺毡滤料的总过滤效率可达99.999 9%以上。近年来出现了以层状复合、梯度变换以及采用超细纤维为表层的高效复合针刺毡面层过滤滤料。如高密面层梯度针刺毡，其各项性能较优，基于微孔效应，过滤效率已达99.97%，属面层过滤滤料，过滤性能已接近覆膜滤料。

影响袋式除尘器除尘效率与排放气体质量浓度的主要因素不仅与滤料的特性有关，还与粉尘特性、清灰方式以及过滤风速有关。

粉尘粒径的大小直接影响除尘器的除尘效率与排放气体质量浓度。从同一滤料不同状态下的分级除尘效率曲线(图1)可以看出，滤料在不同状态下的除尘效率均随粉尘粒径的增大而提高。

从图1还可以看出，清灰时须掌握好清灰的力度和时间，特别在脉冲反吹时要调整好反吹的压力和时间，不要让粉尘初层受到破坏，以减少清灰后恢复过滤时所逸散的粉尘量。

图1 滤料不同状态下的分级除尘效率曲线

机织滤料在过滤初始阶段，过滤风速小有助于较快地建立粉尘初层，而过滤风速大则粉尘初层建立较慢，排放气体质量浓度大。过滤风速对针刺毡滤料的过滤效果影响较小，对覆膜滤料的过滤效果影响则更小。

图2 针刺毡滤料断面的电镜扫描照片

图2是聚酯纤维和聚酰亚胺纤维针刺毡两种滤料在5 000倍电镜扫描下的断面照片，可清楚地看到针刺毡滤料具有的特殊的三维立体结构。

2 针刺毡滤料的表面处理

针刺毡滤料品种繁多、性能优良，但是为了进一步改善性能，以扩大其应用范围，一般都对其表面进行后处理，即进行表面处理。表面处理的方法有如下几种:

(1)拉幅定型处理。针刺毡的拉幅定型是为了消除其加工过程中残存的应力，获得稳定的尺寸和平整的表面，以减少滤袋变形，降低伸长率，延长滤袋使用寿命。

(2)烧毛处理。利用煤气烧毛，可将悬浮于滤料表面的纤毛烧掉，改善表面结构，易于清灰。

(3)压光处理。通过热压光可使针刺毡滤料表面光滑、平整、厚度匀称、透气均匀、易清灰。

(4)防水拒油处理。防水拒油处理有两种方法。一种是用涂层的方法来防止滤料被水或油浸湿;另一种是反应型处理法，使防水防油剂与纤维分子中某些基团发生反应，改变纤维与水、油的亲和性能。

(5)涂层或浸渍处理。经涂层或浸渍处理的针刺毡，表面光滑平整，耐化学腐蚀、防水防油、耐磨性能等均得到提高。这是被广泛应用的一种滤料表面处理方法。

3 滤料的选用

选用滤料时应综合考虑含尘气体的特性以及达到环保要求的排放气体质量浓度等因素。

3.1 含尘气体性能对滤料的要求

3.1.1 温度

各种滤料有其限定的耐温范围，须针对被过滤的含尘气体的温度选择相应的滤料。对温度高的含尘气体要进行降温处理，对温度低的含尘气体则要防止结露。一般温度不大于130℃的含尘气体称为常温气体，150～260℃的含尘气体称为高温气体。对高温气体可以直接选用高温滤料进行过滤或使气体冷却后选用常温滤料过滤 ;对温度有波动的气体要求其瞬时温度峰值不得超过滤料的耐温温度的上限。

3.1.2 湿度

湿度指含尘气体中水汽的含量。通常水汽含量大于8%或相对湿度大于80%的气体称为高湿气体。高湿气体会使滤袋表面的粉尘润湿黏结;吸水性粉尘当温度低于露点温度时会引起结露糊袋;当被过滤气体高温和高湿并存时，会影响滤料的耐温性，尤其对由聚酯纤维、间位芳香族聚酰胺纤维和聚酰亚胺纤维等耐水解性能差的纤维制成的滤料影响更大。

3.1.3 腐蚀性

在各种工业炉窑和锅炉烟气中常常含有酸、碱、氧化剂和有机溶剂等多种化学成分，选用滤料时必须要考虑滤料的耐腐蚀性能;还须考虑各种耐高温防腐蚀的针剌毡或复合针剌毡的性能会受温度、湿度等多种因素的交叉影响。

3.1.4 可燃性与爆炸性

金属冶炼和化工生产、煤粉制备过程中产生的烟尘往往具有可燃性和易爆性，其与氧或其他助燃性气体形成的混合物若浓度处在爆炸极限范围内，遇火源即会燃烧或爆炸。过滤该类烟尘时适用的滤料为各种防静电针剌毡和阻燃性针剌毡等。

3.1.5 超细粉尘

过滤含有粉尘直径在1～2 μm以下细小微尘粒的气体时，宜选用由较细、较短、卷曲和具有不规则截面的纤维制成的滤料，或者选用表面覆膜的滤料。

3.1.6 磨啄性粉尘

磨啄性粉尘的尘粒表面具有不规则的尖棱形，该尘粒对滤料的磨损较大。一般尘粒对滤料的磨损性与气流速度的2～3.5次方和粒径的1.5次方成正比，粒径为90 μm左右的尘粒磨损性最大。铝粉、硅粉、碳粉和烧结矿粉等都属于高磨损性粉尘。过滤含该类尘粒的气体时应选用耐磨性好的滤料，不宜选用覆膜滤料。

3.2 袋式除尘器类型对滤料的要求

不同的袋式除尘器对滤料有不同的要求。袋式除尘器的清灰方式有多种，不同清灰方式所选用的滤料面密度不同。脉冲清灰方式强度大，滤料应选用厚实耐磨、抗张力强的各类针剌毡和复合针剌毡，面密度在500～650 g/m2之间;或选用膨体玻纤布，面密度在800～900 g/m2之间;或选用玻纤针剌毡，面密度在850～1 050 g/m2之间。喷嘴反吹类清灰方式强度中等，如回转反吹袋式除尘器，要求选用结构稳定、耐磨性好的针剌毡，如常温聚酯纤维针剌毡，面密度在400～550 g/m2之间。分室反吹风类清灰方式强度较弱，宜选用膨体玻纤布，面密度在800～900 g/m2之间。

4 针刺毡滤料在实际工程中的应用案例

案例一:某钢铁厂，转炉二次烟气除尘，烟气量79万 m3/h，含尘质量浓度 30 g/m3，烟气温度＜120℃。项目配备洁华控股股份有限公司生产的LCM940-2x7型除尘器，滤料选用550 g/m2的聚酯纤维针刺毡，过滤面积1.22万m2，设计排放质量浓度40 mmg/m3。2004年投产使用，经当地环境监测中心测试，排放质量浓度为29.9 mmg/m3。

案例二:某水泥厂，窑尾烟气治理，烟气量95万m3/h，含尘质量浓度80 g/m3，烟气温度150～200℃。项目配备洁华控股股份有限公司生产的LCMG615-2x14型除尘器，滤料选用经过耐酸疏水表面处理(RH处理)的500 g/m2的聚酰亚胺针刺毡，过滤面积 17 218 m2，设计排放质量浓度30 mmg/m3。2007年投产使用，经当地环境监测中心测试，排放质量浓度为8.67 mmg/m3。

案例三:某燃煤发电厂锅炉尾气处理，原使用电除尘器，因排放质量浓度达不到国家排放标准之要求，决定将其改为袋式除尘器。洁华控股股份有限公司承担了全部改造工程。除尘器选用JGD-6270型电改袋除尘器，烟气量34.5万m3/h，含尘质量浓度800 g/m3，烟气温度＜180℃。滤料选用经防水防油处理的570 g/m2的聚苯硫醚针刺毡，过滤面积6 270 m2，设计排放质量浓度40 mmg/m3。2006年改造完成并投产使用，4年来运行稳定、除尘效果好，排放浓度达到了设计要求。

5 结语

随着社会的发展和科技的不断进步，人们对滤料的性能提出了更高的要求，如要求阻力低、过滤风速高和耐受温度高。国内外开发的触媒涂层、纳米材料、光催化等新技术和新材料的应用，使滤料具有除尘与废气净化的双重功能，从而使袋式除尘器在有害、有毒废气净化领域的应用范围得到了更大的拓展，针刺毡滤料的使用量和对其性能的要求也随之提高。

Needle-punched filter media and its application

Sun Zhiju1，Wang Beiping2and Zhang Jinhua1
(1.Zhejiang Yubang Filter Technology Co.，Ltd.; 2.Jiehua Holdings Co.，Ltd.)

The property of bag-house duster is determined by filter media character to a great extent.The filtration mechanism and good filtration performance and surface treatment method of needle-punched filter media were introduced.It is demonstrated that which key factors should be considered on selection of filter media and the application example in practice engineering were listed.

needle-punched filter media，bag-house duster，application

TS176.5

B

1004－7093(2010)09－0041－04

2010－08－02

孙志钜，男，1967年生，总经理。多年来从事纺织和滤料方面的研发和生产工作。