红外光谱法分析袋式除尘器滤袋强力损失

王爱兵，朱小云

[1.上海纺织（集团）有限公司，上海　200336；2.上海市纺织科学研究院，上海　200082]



红外光谱法分析袋式除尘器滤袋强力损失

王爱兵1，朱小云2

[1.上海纺织（集团）有限公司，上海200336；2.上海市纺织科学研究院，上海200082]

摘要：袋式除尘器除尘效率高、不会造成二次污染且便于回收，在国内外广泛应用。本文讨论了滤袋破损的主要原因，并基于红外光谱法对滤袋强力损失的原因进行了分析。结论显示，滤袋在酸性条件下的经纬向断裂强力保持率分别为80.76%和79.92%，红外光谱分析显示PPS+玻纤布滤袋在高温条件下易发生氧化和硫酸磺化等反应，从而导致强力下降。

关键词：红外光谱法；滤袋；强力损失

0　引言

烟尘治理领域，袋式除尘器由于除尘效率高、不会造成二次污染且便于回收干料等性能，在国内外的应用越来越广，占市场上除尘设备的80%。袋式除尘器具有很多的优点，但一旦滤袋失效，将造成设备的故障排放，粉尘超标。本文在重点讨论滤袋失效原因的基础上，基于红外光谱机理分析了滤袋强力损失的主要原因。

1　材料、仪器和方法

1.1试验材料

PPS+玻纤布滤袋：厚度2.88 mm，透气率4.7 m3/m2·min。

1.2试验仪器

3366 INSTRON强力仪，ESPEC LC-233 B1型鼓风干燥箱，PE spectrum one/NTS红外光谱仪

1.3测试方法

GB/T 3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能》，GB/T 6719—2009《袋式除尘器技术要求》，FZ/T 01057.8—2009《纺织品纤维鉴别试验方法》。

2　滤袋失效的影响因素

滤袋在使用过程中，导致其失效的影响因素主要包括以下几个方面：

2.1温度

滤袋对温度有较高的使用要求，滤袋高温损伤包括以下三种情况：

(1)滤料出厂前未经热收缩处理，或烟气温度超出滤袋使用温度，滤袋因高温条件下发生热收缩造成无法抽出滤袋或滤袋被袋笼胀破现象。

(2)烟气中的高温颗粒，通常烟气温度范围应控制在150～240℃，高温烟气易造成滤袋的灼伤。

(3)投油助燃时未开启除尘器旁路，火星随烟气进入除尘器将滤袋表面灼烧成孔，使滤袋破损失效。

2.2滤袋压差

滤袋透气性能的好坏会影响滤袋的压差，透气效果差，过滤和清灰阻力大，且容易使滤袋造成堵塞，严重时易引起滤袋破裂。造成滤袋堵塞的原因包括以下几个方面：

(1)滤袋本身厚度太厚，且纤维分布均匀性较差，易影响其透气性能；

(2)过滤速度大大超出设计值时，根据阻力和速度的关系（f=kv2），速度越大，阻力越大，越容易破损；

(3)烟气量过大，清灰不及时，导致粉尘易渗入滤袋纤维内部，发生滤袋堵塞；

(4)设备密封不严、漏风、进风管破损、保温效果不佳等造成空气进入除尘器，以及除尘器在低于酸露点温度以下工作，易造成滤袋糊袋、板结，导致滤袋堵塞。

2.3清灰方式

清灰方式和清灰频率对袋式使用寿命也有一定的影响，清灰不足或频率过低会增大除尘器运行阻力，导致堵塞失效；清灰过度或频率过高会缩短滤袋的使用寿命。

2.4烟气二氧化硫含量

滤袋化学腐蚀包括被氧化性气体氧化、酸结露腐蚀等情况。烟气中的氧化性气体包括NOX、SO2、SO3、O3等，在高温下会对高分子纤维滤料造成氧化腐蚀。在高温、强氧化性气体的作用下，聚苯硫醚(PPS)滤料的硫醚键极易被氧化，生成亚砜、砜化合物或发生交联，使滤袋颜色变黄，强度下降。

另外，若烟气中含氧量增加，会使SO2转化为SO3的转化率提高，造成酸露点温度上升，并且大量NO2容易结露生成浓硝酸。在高温作用下，生成的H2SO4、HNO3混酸不仅会使滤袋发生氧化反应，也会发生磺化和硝化反应，使得滤袋在氧化和酸化的共同作用下发生腐蚀。

2.5机械损伤

滤袋机械损伤可分为袋笼对滤袋的磨损和滤袋的迎尘面磨损。

袋笼对滤袋的磨损包括以下几个方面：

(1)袋笼结构设计缺陷，如边缘锋利或接口连接不当以及任何毛刺、飞溅、开焊、断筋等都将直接影响滤袋的使用寿命；

(2)袋笼与滤袋之间的尺寸配合、滤袋和袋笼的配合过松，玻纤滤袋基布采用玻璃纤维，滤袋使用中不能固定在袋笼上，易折断，同时，纤维容易疲劳断裂，造成滤袋的破损；

(3)袋笼防腐处理不良。

滤袋的迎尘面磨损包括以下几个方面：

(1)孔板间距设计过于密集，易造成滤袋间直接相互接触而磨损；

(2)花板变形及袋笼未正确垂直安装，造成滤袋底部搭桥、挤碰、摩擦或与箱体间摩擦；

(3)卸灰或清灰不及时，粉尘堆积过高，扬尘形成涡流气旋磨损；

(4)烟气中表面锋利或腐蚀性强的粉尘加剧了粉尘对滤袋的磨损；

(5)气流分布不均匀导致部分滤袋被高速烟气过度冲刷。

2.6气流磨损

脉冲阀工作压力过大、灰斗进风除尘器的袋底以及喷吹管问题都会引起滤袋不同部位的磨损。

3　红外光谱法分析滤袋强力损失

3.1强力性能

将滤袋在温度85℃、60%硫酸的介质中放置24 h，干燥后参考GB/T 3923.1标准，使用3366 IN⁃STRON强力仪在100 mm/min、跨距200 mm的条件下测试滤袋的强力和断裂伸长率，测试结果见表1。

从表1可以看出，滤袋经向断裂强力平均值为1 164.09 N，纬向断裂强力平均值为1 194.43 N，在温度85℃、60%硫酸介质中放置24 h后其经向断裂强力和纬向断裂强力平均值分别为940.23 N和954.45 N，经纬向断裂强力保持率分别为80.76%和79.92%，滤袋在酸性条件下强力下降明显。另外，经向耐酸前后断裂强力标准差分别为123.81和91.60，纬向耐酸前后断裂强力标准差分别为87.96 和46.27，且经纬向测试数据标准误差均相对较大，说明滤袋纤维分布不均匀，局部强力相对较低从而滤袋破损失效。

3.2红外光谱

将使用后的破损滤袋与未经使用的滤袋进行红外光谱分析，其红外光谱图见图1和图2。

表1　滤袋耐酸前后强力性能变化表

图1　未经使用的滤袋红外光谱图

从图1可以看出，高频区出现宽峰3 426 cm-1(基布为3 441 cm-1)，表明存在-OH，该峰为H2O的特征吸收峰，可能滤料含水率较高或苯环上有-OH取代。2 939.75 cm-1处红外吸收峰为甲基-CH3、-CH2中碳氢键的伸缩振动峰，2 244.73 cm-1处尖锐的强峰为腈基C≡N的伸缩振动峰。1 632 cm-1吸收峰为共聚物未端孤立的C=C双键伸缩振动，并且有可能发生了相互遮盖。峰位在1 383 cm-1、1 456 cm-1、1 572 cm-1处是苯环骨架上C=C伸缩振动，1 070 cm-1为S＝O键的对称伸缩振动和共聚物长链中C－C骨架振动峰相对较强。1 000 cm-1以下的峰基本上都是苯环上的振动峰。

从图1、图2可以看出，耐酸前后滤袋红外光谱发生了明显的变化，部分特征峰消失，特别以1 000cm-1的苯环上的振动峰，说明与苯环相连的基团结构发生变化，可能PPS+聚丙烯腈滤袋在高温条件下发生了氧化和硫酸磺化反应。

图2　使用后破损滤袋红外光谱图

4　结论

滤袋失效的原因有很多，本文主要分析了滤袋在酸性条件下的断裂强力及其强力保持率，经纬向断裂强力保持率分别为80.76%和79.92%，在此基础上通过红外光谱分析了PPS+玻纤布滤袋断裂强力下降的原因，PPS+玻纤布滤袋在高温条件下易发生氧化和硫酸磺化等反应，使纤维结构发生变化，从而导致强力下降。

参考文献：

[1]崔小明.聚苯硫醚的改性技术进展[J]．化工文摘，2007，3：43-45．

[2]王锐.PET/纳米SiO2复合材料制备及结构性能研究[D]．成都：四川大学，2003．

[3]李东梅，田娱嘉等.布袋除尘器滤袋使用寿命的影响因素分析[J].热力发电，2013，42(4)：104-106．

[4]祝万山，祝成振，赵玉萍.抗氧聚苯硫醚(PPS)纤维的研究与开发[J]．非织造布，2007，15(6)：28-30．

检测技术

Analysis of the strength loss of filter bag based on infrared spectroscopy

Wang Ai-bing1,Zhu Xiao-yun2
(1.Shangtex Holding Co.,Ltd,Shanghai 200336,China; 2.Shanghai Textile Research Institute,Shanghai 200082,China)

Abstract:Bag type dust collector has high efficiency at dust removal,not causing secondary pollution,and easy to recycle,so it is widely used at home and abroad.The main reasons for the damage of filter bag were discussed,and the reasons of the strength loss of the filter bag based on infrared spectroscopy were carried out.

Key words:infrared spectroscopy,filter bag,strength loss

通讯作者：朱小云，xyzhu_jyr@163.com

作者简介：王爱兵（1978—），男，江苏姜堰人，硕士研究生，高级工程师。主要从事纺织检测技术和产业发展研究等工作。

收稿日期：2016-01-18

中图分类号：TS107

文献标识码：A

文章编号：1001-7046（2016）01-0016-03