不同滤料对PM2.5粉尘过滤性能的比较试验

蔡伟龙，罗祥波，胡恭任

（1.华侨大学化工学院，福建 厦门 361021；2.厦门三维丝环保股份有限公司，福建 厦门 361101）

近年来，PM2.5污染问题日益受到各界关注，大气污染治理已成为环保的焦点。2012年下半年全国主要城市开始相继公布了PM2.5数据，而在同年12月，北京、石家庄等城市的一些PM2.5监测仪器甚至出现“爆表”，多地最高值逼近1000μg/m3，较平时增长数十倍。据研究，构成北京等地PM2.5污染的主要原因是扬尘、燃煤、二次硫酸盐和硝酸盐及机动车排放等，其中燃煤和机动车排放等是核心因素。

我国是一个以燃煤为主要能源的国家，作为粉尘污染大户的燃煤电厂在控制颗粒物排放上面临着巨大的压力。袋式除尘器是依靠滤料自身固有的以及附着在滤料表面的粉尘层的过滤特性，截留烟气中一定颗粒度的粉尘[1]。这种机理决定了其具有对烟气和粉尘物理特性的不敏感、除尘效率高等突出特点，因此能够解决电除尘器无法实现的30mg/Nm3（甚至10mg/Nm3）以下的排放浓度和对PM2.5微细粒子的捕集等问题。

滤料作为袋式除尘器的核心部件，其特性指标直接影响了整个袋式除尘系统的优劣，随着环保要求的日趋严格及袋式除尘器大型化的发展，对滤料的可靠性、高效性、安全性提出了更高的要求。虽然目前市场上滤料的种类繁多，但价格、质量却是参差不齐，究竟哪种滤料能更加有效地去除PM2.5已成为业界讨论和研究的热点。本文选取不同配方、标重、工艺的3种滤料为研究对象，参照ASTM D6830和VDI/DIN3926[2]测试标准为测试依据，以中位径d（0.5）约2.6μm为试验粉尘，对3种滤料整体过滤性能及对PM2.5过滤效率进行比较，为用户合理选型提供参考。

1 试验部分

1.1 试验样品

三氧化二铝粉末；3种不同配方及工艺（见表1）；PPS类滤料，各2m2。

表1 试验样品及工艺

1.2 主要仪器

马尔文MS2000E激光粒度分析仪（英国）；1-AT型VDI滤料模拟测试装置（德国）。

1.3 试验方法

市购若干不同粒径三氧化二铝粉末，采用高速混合机进行混合，利用马尔文MS2000E激光粒度分析仪选择三氧化二铝粉末中位径d（0.5）为2.6μm作为试验粉尘；过滤性能参照ASTM D6830和VDI/DIN3926进行。

2 结果与讨论

2.1 中位径d（0.5）为2.5μm试验粉尘配制

要检验滤料对PM2.5粉尘的过滤情况，最好选择中位径d（0.5）等于或接近2.5μm的粉尘作为试验粉尘。图1为经过多次混合配制的试验粉尘粒径分布图，表2为试验粉尘低位径、中位径、高位径具体数值，经多次测试结果重现性较好，因此将该混合粉尘作为不同滤料过滤性能对比研究的试验粉尘。

图1 试验粉尘粒径分布

表2 三氧化二铝试验粉尘粒径分布

2.2 不同滤料表面对PM2.5粉尘形成粉饼过程的差异

过滤性能测试过程中，老化阶段是一个很重要的过程，即模拟“粉饼”形成的过程，采用间隔5s喷吹，共喷吹10,000次，在老化过程中，比较各样品形成“粉饼”的能力及阻力特性。由图2可知，PPS-O阻力曲线上升趋势最为明显，表明该滤料清灰性能较差，粉尘容易渗入滤料深层，导致阻力上升速度较快，PPS-M次之，说明添加一定比例超细纤维可改善滤料密实度，减少粉尘渗入，适当降低阻力，PPS-S阻力曲线最为平缓，反映了成毡工艺对滤料曲线的影响，高压水刺技术可以有效控制不同细度纤维的缠结，使混纺超细结构得到完美发挥。

图2 3种滤料老化阶段压差曲线

2.3 不同滤料经老化后，6h定压清灰过程阻力曲线的差异

老化后，3种样品在定压（1000Pa）下进行6h过滤与清灰的过程，由图3可知，PPS-S压差最低且最为平缓，而两个针刺样品相当，PPS-M因添加了超细纤维，阻力略低一些，由此对比也可证明成毡工艺对阻力具有明显的影响，高压水刺工艺使滤料更加密实，孔隙率更高，因此，有效防止了微细粉尘的渗入，突破了传统的“深层过滤”机理，形成了“类表面过滤”机理的特征，这在过滤理论上应该算是一种质的飞跃。

图3 3种滤料老化后6h定压清灰过程压差曲线

2.4 不同滤料经老化后，6h定压清灰清灰周期的差异

由图4可进一步证实高压水刺PPS-S滤料的易清灰性，清灰周期明显优于针刺工艺的两类产品，由于针刺滤料存在较多的“针眼”，随着过滤时间的延长，这些“针眼”逐渐被微细粉尘填充，导致孔隙减少、阻力上升更快、清灰周期缩短。

图4 3种滤料老化后6h定压清灰过程清灰周期曲线

2.5 不同滤料经老化后，6h定压清灰排放浓度的差异

经老化后，滤料表面已形成“稳定”的粉饼层，排放浓度的差异可以进一步反映粉饼层的质量，由图5可知，高密实度水刺滤料PPS-S具有优异的过滤微细粉尘的能力，而针刺滤料排放浓度相对较大。

3 结语

图5 3种滤料老化后6h定压清灰过程排放浓度对比

综上，3种滤料样品对PM2.5粉尘过滤性能的对比，结果表明高压水刺技术生产的新型滤料具有密实度高、孔隙率高、孔径小、表面光滑等有利于过滤微细粉尘的内在特性，实现了传统针刺滤料“深层过滤”向“类表面过滤”的转变，可广泛应用于各种除尘工况，满足更加严格的排放需求，特别是对PM2.5控制，具有极大的推广与应用价值。

[1]蔡伟龙，郑锦森，郑智宏，洪丽美.PPS系列针剌毡过滤性能对比分析[C].全国袋式除尘技术研讨会论文集，2009：463-465.

[2]VDI/DIN Richtlinie 3926， Teil 2： “Prüfung von Filtermedien unter anwendungstechnischen Bedingungen”，Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN， Postfach 1139，D-4000 Düsseldorf， 1994.