伪劣高温滤料的失效探讨

张静云

（厦门中创环保科技股份有限公司福建省袋滤材料与技术重点实验室，福建 厦门 361100）

近年来，随着超低排放在火电行业的推行，钢铁、水泥、石化等其他行业的特别排放和超低排放也势在必行。袋式除尘技术具有可高效净化细颗粒物、处理风量范围广、粉尘性质影响小等特点。当参数合理设计并采用高精度滤料时，出口颗粒物排放浓度可控制在10mg/m3或5mg/m3以下，已成为当前国内外公认的实现超低排放和提标改造的主流除尘技术[1,2]。滤料是袋式除尘技术的关键和核心，同时也是易耗品，占袋式除尘器制造成本的15%～40%，更换滤袋的费用占除尘器运行费用的20%～85%[3,4]，因此滤料性能的优劣及使用寿命的长短直接决定袋式除尘器的整体使用效果和运行成本。虽然目前市场上高温滤料种类繁多，但价格、质量参差不齐，假冒伪劣产品依然存在，这不仅在一定程度上制约了我国高温滤料行业的健康发展，同时也给袋式除尘器终端用户带来了极大的经济风险和环境隐患[2]。本文介绍了常见的伪劣高温滤料及其性能缺陷，并结合实际应用案例对伪劣高温滤料进行失效探讨，为袋式除尘器滤袋材质选型提供参考。

1 伪劣高温滤料概述

在袋式除尘器的应用中，经常遇到处理高温烟气的场合，如水泥工业窑头窑尾烟气、钢铁工业高炉煤气、火电厂燃煤锅炉烟气、其他工业炉窑烟气等，这些场合的烟尘治理都需要使用高温滤料。随着环保要求的日趋严格及袋式除尘器大型化的发展，对高温滤料的可靠性、高效性、安全性提出了更高的要求。近年来，高温滤料发展很快，市场上出现了许多复合型高温滤料，品种繁多，性能质量良莠不齐。高温复合滤料是指采用聚苯硫醚（PPS）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚酰亚胺（PI）、芳纶（MX）、芳砜纶（PSA）、玻纤（GL）等高性能高温纤维中的两种或多种，通过不同配比复合，充分发挥各纤维的性能特点，取长补短，以达到优势最大化，应对不同高温工况和排放要求。

笔者对市场上的高温滤料进行了调研，并利用傅立叶红外光谱仪分析了20 余个伪劣高温滤料样品的材质。经过分析发现，伪劣高温滤料多为复合滤料，有化纤复合、化纤和玻纤复合两大类，纤维成分复杂、鱼龙混杂。某些滤料生产企业为了降低生产成本，在PPS、玻纤混纺等高温滤料中掺杂了涤纶（PE）、尼龙等耐温性较差的纤维，有的甚至以涤纶染色冒充P84 纤维，以次充好。这种假冒伪劣的高温滤料产品存在明显的性能缺陷，用于过滤高温烟气时破袋风险很大，使用寿命较短，换袋成本极高。

2 伪劣高温滤料的性能分析

2.1 实验样品的基本性能

选取行业内比较典型的两种伪劣高温滤料进行分析：PPS 伪劣滤料（简称PPS+PE）、玻纤混纺类伪劣滤料（简称GL+PE）。如图1、图2 所示，PPS 伪劣滤料纤维层材质为PPS、PE 混纺，基布材质为PPS。玻纤混纺类伪劣滤料纤维层材质为GL、PE 混纺，基布材质为GL。两种伪劣滤料的纤维层中均掺混了30%～40%的涤纶纤维，涤纶属于常温纤维，长期运行温度仅为130℃，且易水解、耐碱性能较差。PPS 滤料、玻纤混纺类滤料都是主流的高温滤料，使用温度均在140℃以上，滤料中掺混涤纶纤维，势必会对其耐温性能和耐化学性能造成不良影响。

图1 PPS 伪劣滤料的红外光谱

图2 玻纤混纺类伪劣滤料的红外光谱

表1 为PPS 伪劣滤料、玻纤混纺类伪劣滤料的常规性能参数。由于涤纶和PPS 都是有机化纤，且纤维强力相近，因此单纯从克重、厚度、透气量、强力等常规性能上并不能明显看出PPS 伪劣滤料与纯PPS 的性能差异。玻纤混纺类伪劣滤料含有玻纤，由于玻纤性脆不耐折易受损，对加工要求较高，因此伪劣的玻纤混纺类滤料普遍具有厚、重等特点，其克重基本都在950g/m2以上、厚度≥3.0mm，密实度不好，而且在使用过程中自身的褶皱劳损也大大增加，强力易受损。

表1 伪劣高温滤料的常规性能参数

2.2 耐温性能

PPS 滤料可在160℃下长期使用，瞬间使用温度可达190℃；玻纤混纺类滤料的长期使用温度更高，为200℃～250℃。为了探究两种伪劣高温滤料的耐温性能，将PPS 伪劣滤料和纯PPS 滤料分别置于130℃、150℃、210℃的烘箱中恒温24h，对比两者的热收缩和强力性能。如图3 所示，受热后PPS 伪劣滤料热收缩明显大于纯PPS 滤料，而且随着温度升高，纵向热收缩率显著上升，经210℃处理后纵向热收缩率高达4.5%、横纵向强力衰减35%，而纯PPS 滤料在210℃恒温24h 后强力未受损。

图3 PPS 伪劣滤料不同温度下的热收缩率曲线

玻纤混纺类伪劣滤料经260℃恒温处理24h 后，横纵向热收缩率均在1.0%以内，但横纵向强力出现衰减，约下降25%。结果表明，两种伪劣高温滤料由于纤维层中掺混了涤纶，耐高温性能明显下降，在高温环境中使用存在收缩、强力大幅损失等风险。

2.3 耐碱性能

将PPS 伪劣滤料、玻纤混纺类伪劣滤料浸泡在5%NaOH 溶液中，经过95℃水浴加热24h 后，进行断裂强力测试，并计算其强力保持率。如图4 所示，两种伪劣高温滤料经碱处理后强力损失较大，强力保持率低于65%，这表明两种伪劣高温滤料的耐碱性能较差。

图4 碱液浸泡24h 后强力保持率对比

3 伪劣高温滤料的工程失效形式

3.1 PPS 伪劣滤料（PPS+PE）

某纸业自备电厂采用袋式除尘器过滤锅炉烟气，进口烟温100℃～160℃、烟气氧含量8%、水蒸气含量14%、入口粉尘浓度20g/m3。除尘器投运一年后，滤袋大面积破损，烟尘排放超标，客户被迫提前更换全部滤袋。

如图5 所示，滤袋破损形式表现为全身沿着纵向开裂，非机械磨损所致，裂口整齐，且裂口容易用手继续撕裂。经检测，滤袋强力损失极大，横向强力已接近或低于300N，衰减幅度大于80%。经红外光谱分析，滤袋材质与上述PPS 伪劣滤料一样，纤维层含有PE。由于该电厂进口烟温波动较大，有时可达160℃，远高于PE 纤维的耐受温度，且烟气水分含量较大，PE 纤维耐高温性能差且不耐水解，在该工况下使用易发生高温降解和水解，导致纤维受损，强力大幅衰减。如图6 所示，PPS 伪劣滤料使用一年后经扫描电镜观察，纤维出现分叉、断裂、剥离等现象。

图5 PPS 伪劣滤袋失效的外观

图6 PPS 伪劣滤袋的电镜

根据工程应用经验，该电厂的烟气工况对纯PPS滤料而言，使用四五年完全没问题。由于选型不当，使用了伪劣掺假的PPS 滤料，导致滤袋寿命大大缩短，滤袋在短时间内大面积失效。

3.2 玻纤混纺类伪劣滤料（GL+PE）

如图7 所示，玻纤混纺类伪劣滤料在某化工厂使用6 个月后出现破袋现象，导致排放超标，使用温度为200℃～220℃。滤袋破损形式表现为纤维从基布剥离，与基布基本已无缠结力，且纤维易用手扯成碎屑状，强力损失较大。如图8 所示，经扫描电镜观察滤料纤维层受损严重，部分断裂呈碎末状。玻纤混纺类伪劣滤料使用半年后的强力见表2。

图7 玻纤混纺类伪劣滤袋失效的外观

图8 玻纤混纺类伪劣滤袋的电镜

表2 玻纤混纺类伪劣滤料使用半年后的强力

可见，假冒伪劣的玻纤混纺类滤料加工质量差，在针刺过程中玻纤受到的损伤较大，与基布的缠结不良。滤袋耐弯折和喷吹性能较差，在使用过程中反复受到烟尘气流和脉冲喷吹气流等外界硬力作用，易导致玻纤严重受损，纤维层与基布出现剥离等现象。此外，该工况烟温较高，滤袋所含的涤纶纤维长期受高温影响热稳定性能下降，纤维受损断裂。

4 结语

假冒伪劣的高温滤料产品虽然价格低廉，但在高温烟气中使用风险较高，问题层出不穷，使用寿命普遍较短。随着国家环保标准的日趋严格，滤袋的正确选型尤为关键。用户应根据现场工况和排放要求选择适宜的滤料材质，并选择正规厂家生产的产品，进行必要的真伪查验，以确保袋式除尘器的达标排放和经济运行。