聚酰亚胺滤料在水泥窑尾除尘器上的应用

凡 芳，郑智宏，张静云，蔡伟龙

（厦门三维丝环保股份有限公司，福建 厦门 361101）

聚酰亚胺滤料在水泥窑尾除尘器上的应用

凡 芳，郑智宏，张静云，蔡伟龙

（厦门三维丝环保股份有限公司，福建 厦门 361101）

分析了某水泥厂窑尾项目运行过程中抽检的聚酰亚胺滤袋的性能，结果证实该滤料在满足水泥窑尾项目4年正常运行的条件下，仍具有足够的机械强度，且过滤性能保持良好。

聚酰亚胺滤袋；聚四氟乙烯（PTFE）基布；水泥窑尾除尘器

引言

随着国民经济的迅速发展和“十二五”节能减排要求发布，国家对于水泥生产的环保要求不断提高，《水泥行业大气污染物排放标准》（GB/T4915-2013）明确规定水泥生产线窑头窑尾的粉尘排放浓度不超过30mg/m3，重点地区须控制在20mg/m3以下[1]。滤袋是袋式除尘器的核心，烟气的温度、粉尘浓度等理化特性都会影响滤袋性能，因此，滤袋的选型对于除尘器的使用寿命以及粉尘排放控制都至关重要。水泥窑尾产生的废气含尘浓度达到40~80g/m3，含水量在10%以上，烟气温度较高，长期维持在200℃左右，瞬时冲击温度可达到260℃[2]。针对此高温、高湿烟气的收尘，要求滤袋必须具备良好的耐高温、耐氧化和优异的过滤性能。

聚酰亚胺（PI）纤维不仅耐氧化性能、耐温性能（可以承受260℃高温）优异[3-6]，而且还能耐盐酸、硫氧化物、氮氧化物的腐蚀；PI纤维具有不规则的叶片状截面，因此，比一般圆形截面增加了80%的表面积，制成的PI滤料具有很好的过滤性能[7，8]，PI滤袋作为水泥窑使用较多的滤袋之一，目前对其在窑尾袋式除尘器应用过程中性能变化的研究较少，本文通过工程应用跟踪及实验分析探究PI（PTFE基布）滤袋在窑尾除尘上的性能变化趋势，研究其在水泥窑尾除尘器上的使用寿命。

1 实验部分

1.1 实验样品

四川某水泥厂窑尾运行2、3、4年时抽取的PI（PTFE基布）滤袋样品，除尘器入口粉尘。

1.2 主要仪器

YG026C型电子织物强度机；扫描电镜（SEM，上海田京）；马尔文激光粒度分析仪MS2000；YG461E-Ⅲ型全自动透气量仪；GYS-2QDM视频显微镜。

1.3 实验方法

织物标重、强度、透气性能分别按GB/T4669、GB/T 3923.1、GB/T5453等标准测试；SEM观察微观形貌；视频显微镜观察横截面（SDC扫描）；MS2000测试粉尘粒径分布情况。

2 窑尾除尘器工况参数与PI（PTFE基布）滤袋应用情况

表1为四川某项目4600t/d水泥生产线窑尾的工况参数表。如表1中所示，该项目烟气量为86万m3/h，烟气正常温度为130℃~230℃，瞬时温度高达260℃，说明该水泥窑尾烟气具有温度高、流量大的特点。针对此水泥窑尾的特殊工况，特选用耐温性能和过滤性能优越的PI（PTFE基布）滤袋。

表1 工况参数

该项目袋式除尘器的运行工况见表2。如表2中所示，袋式除尘器在运行过程中，系统采用定时脉冲喷吹清灰的方式，运行压差保持在较低的水平（600～800Pa），排放浓度符合国家排放标准。

表2 除尘器的实际运行工况表

3 结果与讨论

3.1 粉尘粒径分布情况

图1为除尘器入口粉尘的粒径分布图。如图1所示，该项目粉尘整体比较细，主要集中分布在0~30μm的范围内；PM2.5（粒径小于2.5μm的颗粒）占粉尘总体积的30%左右；PM10（粒径小于10μm的颗粒）占比达到85%；95%以上粉尘的粒径小于30μm。因此滤袋必须具备高过滤精度、低阻的性能，才能满足要求的高过滤效率。

图1 除尘器入口的粉尘粒径分布图

3.2 PI纤维的微观形貌及PI（PTFE基布）滤袋结构

图2为PI（PTFE基布）滤袋的结构图。如图2所示，标注1为PI纤维构成的面层纤维层，标注2为PTFE基布层。PTFE基布具有良好的耐高温和耐酸碱腐蚀性能，可以在一定程度上弥补PI纤维不耐碱的劣势。面层PI纤维具有不规则的叶片状横截面（如图3所示），具有较高的比表面积，提高了过滤面积；同时不规则的横截面又提高了纤维间的缠结力，使滤毡结构更加密实。因此，PI（PTFE基布）滤袋的独特结构使其可以达到良好的捕集微细粉尘的效果，适用于水泥窑尾粉尘较细的特殊工况。

图2 PI（PTFE基布）滤袋结构图

图3 PI纤维的电镜扫描图片

3.3 运行过程中强度跟踪情况

表3、图4均为不同时期取出样品的拉伸强度的对比情况。如图4所示，随滤袋运行时间的延长，横、纵向断裂强度均有不同程度的衰减，横向强度的衰减速率大于纵向；拟合近4年滤袋强度保持率情况（如图5所示），横向断裂强度的保持率曲线为y1 = -12.182x + 100，将滤袋使用寿命的极限值300N（保持率25.37%）带入公式中，计算结果显示正常工况下该滤袋理论机械寿命期限可以达到6.13年。

表3 拉伸强度对比表

图4 机械强度的对比图

图5 机械保持率的变化拟合图

3.4 运行过程中过滤性能跟踪情况

表4、图6为不同时期取出的样品清灰后的透气量对比情况。如图6所示，随滤袋运行时间的延长，透气量先衰减后逐渐趋于平稳，主要表现是运行2年时透气量衰减较大，透气量保持率在80%左右，运行2~4年的时间，透气量保持率趋于稳定在77%~82%，满足过滤性能对透气性的要求。

图7为待测样品的横截面（SDC扫描）图片。如图7所示，运行时间达到2、3、4年时，抽检滤袋的横截面均比较干净，粉尘被正常截留在迎尘面表层，说明PI（PTFE基布）滤袋的密实度比较好，在长期脉冲喷吹等机械劳损作用下，仍可以达到良好的捕尘效果。

表4 清灰后透气量对比表

图6 清灰后透气量的对比图

图7 不同运行时间的PI（PTFE基布）滤袋横截面图片

4 总结

综上，通过对PI（PTFE基布）滤袋的微观形貌以及在四川某水泥窑尾项目上分别投运2、3、4年后的各项性能跟踪情况的研究，可得到如下结论：

（1）PI（PTFE基布）滤袋所采用的PI纤维具有不规则叶片状横截面，增大了纤维过滤比表面积及纤维间的缠结力，更适合过滤微细粉尘，满足水泥窑尾袋式除尘器粉尘排放浓度≤20mg/m3甚至10mg/m3以下的排放要求。

（2）随滤袋运行时间的延长，纵向强度变化幅度小，横向强度的衰减明显大于纵向，拟合结果显示在同样工况条件下，该滤袋的机械寿命期限可达6.13年。

（3）滤袋透气量基本维持在77%~82%的平稳状态，过滤效果尚佳，SDC扫描图片显示滤袋未发生粉尘渗透，说明经过4年的使用，PI滤袋整体的密实度保持良好，对微细粉尘的过滤效率高。

[1]GB/T4915-2013水泥行业大气污染物排放标准[S].

[2]王全意.千业水泥5000t/d新型干法窑尾袋收尘器滤袋破损浅析[J].科技风，2012，9：51-52.

[3]邓洪，吴纯，李小甫.高温过滤材料的应用及其发展趋势[C].南京：全国袋式除尘技术研讨会论文集，2009：405-410.

[4]赵莉.滤料技术与现场应用[C].南京：全国袋式除尘技术研讨会论文集，2009：485-487.

[5]郭冲.P84纤维在水泥厂窑尾袋式除尘中的应用[C].全国袋式除尘技术研讨会论文集，2013：260-262.

[6]吴春峰，冯伯民.P84/Nomex复合滤料在5000t/d水泥生产线窑尾布袋收尘上的应用[C].全国袋式除尘技术研讨会论文集，2013：267-270.

[7]侯伟丽.垃圾焚烧烟气除尘用高性能水刺复合滤料[C].全国袋式除尘技术研讨会论文集，2013：288-292.

[8]王作杰.水泥窑尾及生料磨系统应用行喷脉冲袋除尘器的研究与实践[J].2005，11：41-44.

Application and Research of Polyimide Filter Materials in Precipitator of Cement Kiln Tail

FAN Fang,ZHENG Zhi-hong,ZHANG Jing-yun,CAI Wei-long

X701

A

1006-5377（2016）01-0053-04