工业烟气超低排放用高温高强滤料

王勇，张心华，许重阳

（安徽省绩溪华林环保科技股份有限公司，安徽 绩溪 245300）

近几年，我国电力、钢铁、垃圾焚烧行业都执行了工业烟气的超低排放地方标准，其中，电力行业已经完成超低排放改造，钢铁行业烟气超低排放改造也在如火如荼进行中。根据《水泥工业污染物大气排放标准》（GB 4915—2013）要求，所有水泥企业窑头、窑尾的颗粒物排放浓度限值为30mg/Nm3，而最近两年多地已经推出了超低排放标准，水泥行业烟气颗粒物排放浓度都要执行超低排放标准，颗粒物排放浓度要求低于10mg/Nm3。专家预测，排放标准预计会在2023 年进行修订[1]，预计超低排放要求将修订为：颗粒物≤5mg/Nm3、NOx≤50mg/Nm3、SOx≤35mg/Nm3。

要使颗粒物排放浓度达到超低排放目标，除了除尘系统要有科学的设计、精密的加工外，作为袋式除尘器主要过滤元件的滤料的选用，更是起着至关重要的作用。

1 现有工业烟气颗粒物超低排放用滤料存在的问题

目前水泥行业使用的滤料主要有两大类，一类是以各种短纤维（如P84 纤维等）为主要原料的针刺毡过滤材料，另一类是以玻璃纤维为原料的机织滤料。这两种滤料在烟气颗粒物超低排放使用过程中存在如下问题。

1.1 烟气颗粒物超低排放用针刺毡覆膜滤料

1.1.1 运行阻力高

由于基布和毡层经过高密度针刺制成，厚度一般为1.2—2.5mm，纤维呈三维无序排列，纤维间毛孔多、孔隙率大，超细（PM2.5以下）粉尘穿透表面覆膜或破膜和毡层后进入滤料深层，并在拦截、惯性等作用力下，停留在滤料深层，造成毛孔堵塞，导致滤料阻力升高。所以，一般针刺毡材料在洁净滤料时运行阻力较低，运行1—2 年后阻力不断升高且不可逆，造成动力消耗过高。

1.1.2 清灰难度大

毡材的毡层是由短纤经开松、梳理制成，毡层表面纤维呈无序排列，经整理后，毡层表面微观结构呈现坑坑洼洼的状态，造成毡材表面粗糙，粉尘吸附后很难清除，所以需要较大的清灰动力才能达到清灰要求。

1.1.3 毡层与基布的结合牢度低

毡材生产过程中采用高密度针刺，使毡层中的纤维与基布纠缠，产生结合力。针刺对基布的破坏性较大，针刺的过程中，针尖刺入基布，造成部分基布纤维断裂，使得成毡后的材料强度较低。同时，毡层与基布的结合仅靠纤维纠缠，结合牢度低，在受到腐蚀、喷吹压力变化等因素影响时，容易出现毡层与基布分离，导致滤袋非预期破损。

1.1.4 覆膜效果差

ePTFE 膜是以PTFE 为原料，经双向拉伸工艺制成的微孔薄膜，厚8—30μm，孔径0.2—15μm。由于ePTFE 膜本身没有强度，所以一般都是覆合在其他基材表面，制成覆膜滤料，因此，需要基材具有表面平整、厚度适中、结构紧实的特性。毡材毡层的三维结构，使得毡材表面较为凹凸不平，厚度较厚（一般在1.2—2.5mm），材料结构松散，所以覆膜过程中容易造成ePTFE 破裂，膜与基材的结合牢度低，脉冲清灰过程极易造成膜破损及脱落，所以在实际使用过程中，难以长期稳定达到5mg/Nm3的颗粒物排放要求。

1.1.5 毡层中纤维成分复杂，产品质量良莠不齐

由于P84 纤维特殊的生产工艺，其纤维横截面为叶形，有利于提高滤料的粉尘捕捉能力。为降低生产成本，部分不良商家用其他材质冒充毡材中的P84 纤维成分或用其他劣质纤维与P84 纤维混纺以次充好，扰乱市场，产品真假难辨。

1.2 普通玻纤机织滤料

玻纤机织滤料具有强度高、易清灰、运行阻力低、耐高温等优点，但其耐磨、耐折性差的缺点一直制约着滤料的发展和应用。

纤维的耐磨性能是指纤维抗摩擦的性能，纤维的耐折性能是指纤维的抗折断性能，一般玻璃纤维这两方面的性能都很差。

通过减小玻璃纤维单丝直径，可以有效提高纤维的耐折性能[2]。研究表明，当玻璃纤维的单丝直径降至3.8μm 以下时，其耐折性能可达到涤纶的4 倍。因此，使用单丝直径为5.5—6.2μm 的无碱玻璃纤维生产过滤材料，其耐折性能就完全可以满足工业烟尘过滤工况的需要。

玻璃纤维机织滤料在使用过程中会出现摩擦。由于外力作用，包括玻璃纤维拉丝、纤维运输、滤料织造、滤袋缝制等都会产生摩擦，可以通过在生产过程中加强产品防护来避免；滤袋与笼骨产生的摩擦，可以通过减小滤袋与笼骨的直径差，使其紧密配合来减少滤布与笼骨之间的摩擦。机织滤料在使用过程中，由于喷吹作用，滤料会发生膨胀变形，滤料的经纬纱会出现微量的位移，产生摩擦，造成滤料的内在磨损，从而导致滤料损坏。滤料内部纤维间、纱线间的摩擦，是客观存在的，难以去除，所以如何减少这种摩擦是今后解决玻璃纤维滤料耐磨性能的主要研究方向。

2 工业烟气超低排放高温高强滤袋的优势

随着国家生态环境保护政策的进一步加严，各行业烟气颗粒物排放超低排放要求必将成为趋势。粉尘排放浓度都会要求达到10mg/Nm3甚至5mg/Nm3。因此，除尘系统必须具备几个条件：合理的过滤风速，适宜的滤料和可靠的滤袋缝制技术。超低排放用滤料过滤风速的选择以不超过0.8m/min 为宜；超细面层滤料或机织覆膜滤料均可用，对于处理高氮氧化物和高含硫量的烟气建议选用机织过滤材料；滤袋袋口用本布制作密封件，滤袋缝制的针孔必须用高温密封胶处理。

针对工业高温烟气用的超低排放高温高强滤袋，建议以超细玻璃纤维膨体纱和ePTFE 膜裂长丝为原料，采用机织工艺织造，经ePTFE 乳液浸渍等多道后处理工艺整理后再与ePTFE 微孔薄膜覆合而成，其与目前使用的产品相比具有以下优点。

2.1 运行阻力低且变化小

产品采用双斜纹、高经纬密度的机织织物结构，经纬交织产生密集的组织点，经表面覆膜后透气性好，微细粉尘（≤PM2.5）穿透表面覆膜后，直接沿织物组织点排出，不会停留在滤料内部堵塞过滤通道。所以，滤袋使用后，运行阻力小且长期运行阻力变化也小，可以长期稳定在800—1000Pa。

2.2 清灰性能优异，抗结露性能好

该产品采用机织工艺，滤料厚度为0.75mm，手感柔软，较小的清灰动力就可以使滤袋产生较大的膨胀变形，达到清灰目的。织物采用双斜纹组织结构，纤维呈规律的二维垂直排列，滤料表面平整光洁，覆膜后清灰性能极佳，即使出现轻微结露，通过烘干、喷吹清理后仍可正常使用，特别是可以应对烟气脱硫、SNCR 脱硝后形成的铵盐造成运行阻力高和滤袋失效的问题。

2.3 优异的过滤性能、除尘效率高

滤料纱线采用高压膨化工艺，玻璃纤维纱被高压空气喷吹变形，原有紧密的纱线结构被吹散，形成连续螺旋形气圈结构，增加了纱线的比表面积，提高了滤料对粉尘的捕捉能力。这种螺旋形气圈结构在高密度织造时，能有效填充织物组织点，将原有孔径较大的组织点进行分割，形成多个较小的微孔，在提高滤料粉尘捕捉能力的同时，还不影响滤料的透气性能，即使滤料表面的覆膜出现意外破损，对滤料除尘效率也没有影响。该产品经美国相关实验室ETS 检测，PM2.5有效去除率达到99.9997%。

2.4 耐高温、耐腐蚀、抗氧化性能好

该产品选用超细无碱玻璃纤维膨体纱与ePTFE膜裂长丝，通过机织制成，无碱玻纤与ePTFE 长期工作温度均能达到260℃，瞬间温度均能达到280℃，所以滤料具有较高的耐温性能。ePTFE 材料化学性质稳定，能耐一切酸碱的腐蚀，加上无碱玻纤耐酸碱性能优异[2]，能在除HF 含量在160ml/L 以上的所有工况环境中使用，同时这两种纤维对氧极其稳定，不会被氧化，具有非常优异的耐酸、耐碱和抗氧化性能。

2.5 耐磨、耐折性能好

为解决玻璃纤维的耐磨、耐折性能差的问题，该产品以超细无碱纤维为主要生产原料，同时利用ePTFE高润滑性的特点，通过纺织加工，将ePTFE 纤维规则地分布于滤料之中，使ePTFE 纤维在滤料经、纬线纱之间发挥“润滑剂”的作用，有效减少了经、纬纱线间的磨损，提高了滤料的耐磨、耐折性能。该产品经美国相关实验室ETS 检测，耐折次数达到10 万次以上，是普通玻纤覆膜滤料的3—5 倍，超过了绝大多数的复合针刺毡材料，解决了滤料的耐磨、耐折问题，大幅度延长了滤袋的使用寿命。

2.6 覆膜牢度高

滤料中的ePTFE长丝与ePTFE微孔薄膜属同种材质，ePTFE 长丝在纺织加工过程中，可均匀分布在滤料表面，经高温热压复合，ePTFE 膜与ePTFE 长丝在滤料表面形成点状“焊接点”，有效提高了滤料的覆膜牢度，解决了一般玻璃纤维滤料在使用过程中容易出现脱膜的问题，对滤料使用的稳定性、可靠性提供了更有效的技术保障。

2.7 使用寿命长

多家水泥、钢铁、垃圾焚烧、炭黑、冶炼等企业的实际应用表明，只要滤袋在织布、制袋和安装过程中没有受到损伤，即使在非正常工况条件下，滤袋平均使用寿命都能达到4 年以上。

超低排放高温、高强滤袋是新一代的高性能过滤产品，该产品集玻璃纤维强度高、尺寸稳定性好、易清灰和ePTFE 纤维耐折、耐磨性能好的优点，实现了优势互补，使得产品具有强度高、阻力低、耐腐蚀、尺寸稳定性好的特点，耐磨、耐折性能显著提高。产品性能符合滤袋“高效、低阻、长寿命”的发展方向。