高溫?zé)煔庵卫碛肞84濾料性能研究

0引言

近年來,中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,鋼鐵行業(yè)、火力發(fā)電、垃圾焚燒、水泥行業(yè)等發(fā)展迅猛,帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)導(dǎo)致了嚴(yán)重的污染問題,這些工業(yè)領(lǐng)域排放的煙塵氣體中含有大量高溫有害氣體,如硫氧化物、氮氧化物及粉塵顆粒物等,直接排放到大氣環(huán)境中,將造成嚴(yán)重的大氣污染。電袋復(fù)合除塵器作為一種重要的除塵設(shè)備,在這些領(lǐng)域的煙塵治理方面得到廣泛應(yīng)用。濾袋是電袋復(fù)合除塵器的重要組成部分,其中高溫?zé)煔庵卫碛玫臑V料,一般需要耐酸、耐堿、耐水解等,濾料通常會(huì)選用PPS、PI(P84)、PTFE、GL 等纖維或纖維混紡,并需經(jīng)過針刺、熱定型、后置處理等工序^[1]。聚酰亞胺聚合物屬于高性能聚合物,具有優(yōu)良的耐熱性和阻燃性,最早由Inspec FiBres公司(奧地利)于20世紀(jì)80年代后半期生產(chǎn)出來,進(jìn)口PI 行業(yè)內(nèi)一般稱為P84,以與國產(chǎn)PI區(qū)分^[2]。聚酰亞胺纖維的優(yōu)異性能決定了它是目前袋式高溫除塵材料的最佳選擇,凡芳等人^[3—4]基于P84在水泥窯尾中的實(shí)際應(yīng)用認(rèn)為,P84濾料能滿足水泥窯尾袋式除塵器粉塵排放濃度≤20 mg/m³甚至10 mg/m³ 以下的排放要求。聚酰亞胺纖維最顯著的特點(diǎn)是纖維橫截面為三葉瓣?duì)?縱向可見脊?fàn)钔怀?該結(jié)構(gòu)極大地增加了纖維的比表面積,使聚酰亞胺纖維濾料具有良好的捕集粉塵的性能^[2]。2.2 dtex纖度的P84纖維表面積比同樣纖度圓形截面的PPS纖維約大65%^[4]。P84(聚酰亞胺)纖維濾料長期耐溫230℃,瞬間耐溫260℃,是非熱塑性纖維,耐受脈沖清灰的磨損能力好,不規(guī)則橫截面提高了纖維之間的纏結(jié)力,使氈層結(jié)構(gòu)更加牢固,P84纖維與玻璃纖維制成的復(fù)合針刺氈,在燃煤電廠得到了廣泛應(yīng)用^[5—6]。

基于此,本文主要研究P84特殊的三葉狀纖維形態(tài)對(duì)濾料纖維孔徑分布及過濾性能方面的影響。

1 P84濾料的孔徑分布情況

P84的三葉狀異形結(jié)構(gòu)(圖1)決定了其有較大的比表面積。對(duì)P84濾料、PPS濾料、混紡濾料、覆膜濾 料及梯度濾料進(jìn)行孔徑分布測試,濾料具體信息如表1所示。

從表2中的孔徑分布數(shù)據(jù)來看,P84的孔徑主要集中在2.16μm左右,孔徑明顯小于PPS濾料、混紡濾料及梯度濾料,略大于覆膜濾料水平。這主要是因?yàn)槠洳灰?guī)則的纖維,與圓形棒狀纖維相比,內(nèi)應(yīng)力大小不同,分布不均勻,從而使纖維自然卷曲,所以纖維之間具有較強(qiáng)的抱合纏結(jié)力,多維纏繞造成孔徑較小。

2 P84濾料的過濾性能研究

P84纖維的三葉狀異形結(jié)構(gòu)造成纖維比表面積較大,且從孔徑測試數(shù)據(jù)可知,P84濾料除小部分大孔徑外,其他孔徑較為集中,接近覆膜水平,其遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于PPS濾料等孔徑。濾料孔徑越小,攔截粉塵能力越強(qiáng)。以下通過對(duì)P84濾料、PPS濾料、PPS十PTFE混紡濾料、覆膜濾料、梯度濾料過濾性能進(jìn)行研究,探討P84三葉狀對(duì)過濾性能的影響。

過濾性能試驗(yàn)研究按GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術(shù)要求》^[7]進(jìn)行,設(shè)備采用德國FilT Eq公司研發(fā)的粉塵過濾性能測試設(shè)備(行業(yè)俗稱“VDI設(shè)備”),粉塵采用德國進(jìn)口氧化鋁粉塵,進(jìn)口濃度為5 g/m³,過濾風(fēng)速為2 m/min,噴吹壓力500 kPa(5 bar)。

2.1對(duì)過濾效率的影響

從圖2過濾效率來看,老化前30次,P84過濾效率最差。結(jié)合孔徑分布數(shù)據(jù)分析,P84濾料3.75%左右的孔徑較大,甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PPS濾料、混紡濾料。試驗(yàn)初期,粉塵從大孔徑穿過,進(jìn)而穿過濾料的粉塵較多,造成前30次過濾效率低下。經(jīng)過10000次老化試驗(yàn)后,濾袋表面粉餅層進(jìn)行過濾,這時(shí)P84剩余的大部分小孔發(fā)揮過濾功能,從后30次過濾效率來看,P84濾料的過濾效率略大于PPS濾料及混紡濾料,但仍未達(dá)到覆膜及梯度濾料的效果。因?yàn)樘荻葹V料、覆膜濾料為表層過濾,而P84濾料、PPS濾料、混紡濾料為深層過濾,梯度濾料、覆膜濾料的過濾效率最優(yōu)。P84纖維濾料過濾效率略高的原因,可能與P84纖維濾料孔徑較小,表面形成的粉餅層較為密實(shí)有關(guān)。

2.2對(duì)粉塵剝離率的影響

從圖3可知,P84濾料老化前粉塵剝離率最優(yōu),老化后粉塵剝離率僅次于覆膜濾料水平。P84濾料纖維,因?yàn)楫愋螤畹慕Y(jié)構(gòu),纖維與纖維之間抱合更為緊密,為清灰提供了有利條件。試驗(yàn)初期,各種濾料粉塵剝離率相差不大,甚至覆膜濾料水平最低。老化試驗(yàn)后,在粉餅層過濾條件下,單一纖維濾料的粉塵剝離率大于兩種混紡纖維濾料及梯度濾料,其中P84纖維濾料粉塵剝離率略大于PPS濾料。覆膜濾料因其特殊膜層過濾,粉塵剝離率比P84濾料、PPS濾料更優(yōu)。

2.3對(duì)殘余阻力的影響

單一種纖維濾料,纖維與纖維之間纏繞較為均勻,粉塵進(jìn)入纖維之后較為容易清除,不同種濾料混合濾料,因孔洞分布不均,粉塵進(jìn)入后,較難清除。從圖4、圖5老化前后殘余阻力對(duì)比圖可知:梯度濾料及混紡濾料的殘余阻力均大于PPS濾料、P84濾料;覆膜濾料因薄膜過濾的特殊性,老化前殘余阻力最高,老化后殘余阻力最低;PPS濾料與P84濾料老化前后殘余阻力相差不多,老化后P84濾料略小于PPS濾料。

2.4對(duì)清灰周期的影響

從圖6可知,老化前,單一纖維濾料清灰周期長于混紡濾料、梯度濾料,其中PPS濾料清灰周期最長。從圖7可知,老化試驗(yàn)后,覆膜濾料因膜過濾的特殊性,老化后清灰周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他濾料。從圖6、圖7可知,PPS濾料整體清灰周期明顯大于P84濾料,可能是因?yàn)镻84纖維的異形結(jié)構(gòu)原因,纖維與纖維之間纏繞緊密,纖維孔徑較小,粉塵進(jìn)入纖維后,嵌于纖維之間,不易清除,而PPS纖維為光滑圓柱狀,粉塵就算嵌入纖維之間,在脈沖清灰條件下也較為容易清除。

3 結(jié)束語

P84纖維因其良好的耐高溫、阻燃等性能,在高溫行業(yè)得到青睞,但由于P84纖維目前來源主要還是依靠進(jìn)口,價(jià)格仍居高不下。P84纖維因其特殊的三葉狀結(jié)構(gòu),其制成的濾料孔徑較小,過濾效率較好,粉塵剝離率優(yōu);但三葉狀結(jié)構(gòu)又帶來不易清灰等弊端,造成殘余阻力較大、清灰周期較短?？傮w來說,P84濾料并未表現(xiàn)出大于PPS濾料的優(yōu)勢,同時(shí),過濾效率等無法達(dá)到覆膜濾料、梯度濾料水平,整體難以到達(dá)超低排放要求。另外,P84濾料耐堿及耐水解性能差,一般將其與玻璃纖維或其他纖維進(jìn)行復(fù)合制成濾料,在高溫行業(yè),單一P84纖維濾料目前仍未得到大面積推廣。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 鄭奎照.燃煤鍋爐用PPS濾料失效分析[C]//2011全國袋式除塵技術(shù)研討會(huì)論文集,2011:236-241.

[2]GRIESSERH,陳穎,金智才.P84聚酰亞胺纖維在非織造業(yè)中的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2000(3):40-42.

[3]商龔平.從霧霾猖獗看我國聚酰亞胺纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J].新材料產(chǎn)業(yè),2014(5):48-50.

[4]凡芳,鄭智宏,張靜云,等.聚酰亞胺濾料在水泥窯尾除塵器上的應(yīng)用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2016(1):53-56.

[5]嚴(yán)爍,梁燕,楊東,等.常用工業(yè)窯爐煙氣除塵濾料用纖維性能對(duì)比分析 [J].化纖與紡織技術(shù),2020,49 (9):39-45.

[6]朱平.玻璃纖維與P84纖維混雜針刺氈高溫濾材[J].玻璃纖維,2004(6):22-23.

[7]袋式除塵器技術(shù)要求:GB/T6719—2009[S].

2024年第16期第7篇