国内袋式除尘器滤袋滤料标准研究与质量问题分析

雷李娜 郭国梁

广州检验检测认证集团有限公司,广东 广州 511447

袋式除尘器在18世纪80年代就已开始投入应用,其初代产品结构简单,工作效率低。之后经历了70多年的研究和发展,1957年Reihauer发明了脉冲袋式除尘器,该产品不但操作和清灰连续,滤袋压力损失稳定,处理气量大,而且内部无运动部件,滤料寿命长且结构简单,其为后续袋式除尘器的发展和研究奠定了一定的基础。20世纪50年代初,袋式除尘器被引入我国,当时主要采用的是旋风与洗涤塔之类的湿式除尘器,之后在国外袋式除尘设备的影响下,除尘器逐渐开始了从人工拍打清灰到机械抖动、反吹风清灰的演变[1]。20世纪90年代后,脉冲喷吹类强力清灰的除尘器逐渐替代以弱力清灰为共同特征的几种反吹风袋式除尘器,成为了此类设备的首选[2]。

目前,我国关于袋式除尘器的产品技术要求涉及多个产品标准,如GB/T 6719—2009《袋式除尘器技术要求》[3]、DL/T 1175—2021《火力发电厂锅炉烟气袋式除尘器 滤料滤袋技术条件》[4]、HJ/T 324—2006《环境保护产品技术要求 袋式除尘器用滤料》[5]、HJ/T 326—2006《环境保护产品技术要求 袋式除尘器用覆膜滤料》[6]、HJ/T 327—2006《环境保护产品技术要求 袋式除尘器 滤袋》[7]等。本文将对这5项标准进行研究,分析标准指标间存在的差异,并分析近2年袋式除尘器滤料的测试结果,介绍存在的主要质量问题,以期为企业提升产品质量提供参考。

1 袋式除尘器简介

1.1 定义

袋式除尘器是利用纤维滤料制作的袋状过滤元件捕集含尘气体中固体颗粒物的一种设备,其由除尘器主机、滤袋和相关配件组成。

1.2 分类

1.2.1 袋式除尘器产品分类

根据清灰方式,袋式除尘器分为机械振打类袋式除尘器、反吹风类袋式除尘器、脉冲喷嘴类袋式除尘器、复合式清灰类袋式除尘器。

1.2.2 袋式除尘器用滤料分类

袋式除尘器用滤料按照滤料加工方式可分为织造滤料、非织造滤料、覆膜滤料;按照滤料材质可分为合成纤维滤料、玻璃纤维滤料、复合滤料及其他材质滤料(如陶瓷纤维滤料、金属纤维滤料、碳纤维滤料、矿岩纤维滤料等)。

1.3 工作原理

粉尘通过滤袋时因筛分、惯性、黏附、扩散和静电等作用被捕集。新滤袋开始使用时,由于滤料中的孔隙尺寸比某些粉尘的大,因此过滤效率较低。随着过滤的进行、时间的延续,滤袋表面积留的粉尘越来越多,并形成一层初始粉尘层,滤料孔隙尺寸越来越小,因而可以捕集更微细的粉尘,收尘效率越来越高。袋式除尘器主要就是依靠这层粉尘层进行过滤的,而滤料本身起过滤和支撑粉尘层的作用。随着过滤的继续,滤袋的粉尘层越来越厚,过滤阻力越来越大。当过滤阻力达到一定数值后需进行清灰,以清除掉多余的粉尘层,保持初始粉尘层,这也是确保袋式除尘器长期稳定运行的关键之一。

1.4 适用领域

袋式除尘器除尘效率高(可稳定达到99.50%～99.99%),捕集粒径范围广,排放粉尘质量浓度可控制在30 mg/m3甚至5 mg/m3以下,能有效捕集PM10甚至比PM2.5更微细的粉尘,能适应高温、高湿、高浓度等不利工况条件,近年在水泥、垃圾焚烧处理、冶金、矿产、橡塑等工业生产中应用越来越广泛[8]。

2 袋式除尘器国内标准指标比较

国内现有的关于袋式除尘器滤袋的标准主要分为袋式除尘器滤袋产品标准和袋式除尘器用滤料产品标准2类。本文将就GB/T 6719—2009、DL/T 1175—2021、HJ/T 324—2006、HJ/T 326—2006及HJ/T 327—2006这5项标准的性质、基础指标、重要指标、核心指标、功能性指标等进行比较和分析,其中袋式除尘器滤袋产品标准比较和分析见表1,袋式除尘器用滤料产品标准指标比较和分析见表2。另外,HJ/T 327—2006中明确指出,滤袋所用滤料应符合HJ/T 324、HJ/T 326的要求。

表1 袋式除尘器滤袋产品标准比较

表2 袋式除尘器用滤料产品标准比较

由表1和表2可知,GB/T 6719—2009、DL/T 1175—2021和HJ/T 327—2006这3项标准不仅规定了袋式除尘器滤袋的基本要求,还对袋式除尘器用滤料的各项指标提出了要求。袋式除尘器用滤料的性能是影响其产品质量的关键因素之一。滤料作为袋式除尘器的重要组成部分,其性能和质量的好坏直接关系到袋式除尘器的除尘性能和使用寿命。

3 袋式除尘器滤袋及滤料存在的质量问题

分析近2年袋式除尘器滤袋及滤料重要指标、核心指标及部分功能性指标包括耐温性能、耐腐蚀性能的测试结果,不合格项目占比如图1所示,可以看出,袋式除尘器滤袋及滤料在透气性能、动态除尘性能、拉伸性能、耐温性能、耐腐蚀性能等5个方面存在一定的问题。

图1 近2年袋式除尘器滤袋及滤料不合格情况占比

3.1 透气性能

袋式除尘器滤袋及滤料的透气性能是指在规定的压差条件下,流过一定面积滤料的空气体积,以透气率或透气度来表征。常见的袋式除尘器用滤料有非织造滤料、织造滤料、覆膜滤料等,GB/T 6719—2009《袋式除尘器技术要求》中规定非织造滤料透气率实测值与标称值相对偏差应不超过±20%,织造滤料透气率实测值与标称值相对偏差应不超过±15%。透气性能直接影响滤料的阻力,且阻力越大,袋式除尘器运行过程中能耗越高。对于同等过滤效率的滤料,透气率越大则意味着可以节省大量的能耗。对滤料的纤维原料、厚度及结构进行分析可得出,导致滤料透气性能不达标的主要原因是产品设计如结构、密度等不合理。

3.2 动态除尘性能

动态除尘性能是袋式除尘器的关键指标,其包括动态除尘效率、残余阻力、粉尘剥离率等3项指标。影响滤料动态除尘性能的因素主要有产品的材料、厚度、孔径等,除此之外还有粉尘类型、风速、浓度、过滤面积等。由图1可以看出,当前市面上的滤料的动态除尘效率大多满足要求。初始滤料滤尘性能测试阶段残余阻力均满足≤300 Pa;但随着滤料在老化及稳定化处理过程中不断捕集粉尘,部分滤料稳定化后滤尘性能测试阶段的残余阻力在300～500 Pa,存在残余阻力偏大的现象。残余阻力是滤料动态除尘性能的主要考核指标,其对袋式除尘器运行的能耗有一定的影响。通过对多种滤料进行分析发现,稳定化后滤尘性能测试阶段残余阻力不达标的主要原因是滤料结构设计不合理。老化阶段粉尘无法通过反吹被有效剥离导致过多粉尘被捕集,从而使残余阻力上升。

3.3 拉伸性能

目前,市面上的滤料主要分为普通型非织造滤料、玻纤织造滤料、覆膜滤料等。滤料拉伸性能的好坏直接关系到袋式除尘器的使用寿命。分析滤料的各种特性得出,拉伸性能不达标主要与材质的选择及结构、加工方式的设计不合理有关。

3.4 耐温性能

袋式除尘器应用领域广泛,耐温性能也是考核滤料性能的一项重要指标。滤料的材质、工作温度、工作时间都会直接影响滤料的耐温性能。常见的滤料材料有聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等。在这些材料中,玻璃纤维和陶瓷纤维耐温性能较好。玻璃纤维滤料的耐温性能一般在200 ℃以上,可以承受高温高压的环境,已广泛应用于化工、冶金等行业。陶瓷纤维滤料的耐温性能更佳,可以在1 000 ℃以上使用,适用于极端环境下的过滤。由图1可以看出,滤料的耐温性能合格率较低。分析测试结果发现,滤料在连续工作温度下24 h的断裂强力保持率大多在95%左右,不满足GB/T 6719—2009中“连续工作温度下24 h断裂强力保持率不低于100%”的要求。这说明,除了滤料材质及结构等本身因素外,工作温度的选择及标准的要求也是合格率较低的原因所在。

3.5 耐腐蚀性能

滤料运行处理的含尘气体里常含有各种化学物质,这便要求滤料具有耐腐蚀性能,即耐酸、耐碱、耐氧化剂、耐还原剂及耐有机溶剂等。由图1可以看出,滤料耐腐蚀性能合格率较低,主要影响因素有两方面:一是滤料的材料,材料直接决定滤料的耐腐蚀性能,如玻璃纤维滤料不适用于酸性环境,其会受到酸腐蚀,陶瓷纤维滤料虽具有较好的耐腐蚀性,但价格较高,制造难度大;二是腐蚀性化学物质,GB/T 6719—2009中考核的是85 ℃下质量分数为60%的硫酸和常温下质量分数为40%的氢氧化钠处理24 h后滤料的腐蚀性,这仅能证明被测产品在耐酸碱方面的腐蚀性。因此,企业应根据产品的应用方向合理选取滤料的材料。

4 结语

比较和分析袋式除尘器5个相关标准可知,袋式除尘器所用滤料的性能是影响袋式除尘器产品质量最关键的因素之一,滤料性能和品质的好坏直接关系到袋式除尘器的除尘效率和使用寿命。此外,分析袋式除尘器滤料的透气性能、动态除尘性能、拉伸性能、耐温性能、耐腐蚀性能这5个关键性能发现,产品设计、材料选用、结构及加工方式是影响产品关键性能的主要原因。生产企业在提升产品质量时可以以此为参考,以期为环境保护、绿色生态做出贡献。