燃煤鍋爐除塵專(zhuān)用濾料的開(kāi)發(fā)

燃煤鍋爐除塵專(zhuān)用濾料的開(kāi)發(fā)

聶換換汪黎明(青島大學(xué)紡織學(xué)院，青島，260071)

摘要：介紹機(jī)械制造廠(chǎng)燃煤鍋爐的煙塵特點(diǎn)，分析濾料失效的原因，提出一套針對(duì)該工況的濾料解決方案。介紹針對(duì)復(fù)雜工況條件所選用的纖維種類(lèi)以及復(fù)合面層原料成分配比的確定，最終選用針刺工藝加工并對(duì)該新產(chǎn)品的基本性能進(jìn)行了測(cè)試分析。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐，除塵，濾料，PPS纖維，P84纖維，軼綸

中圖分類(lèi)號(hào)：TS176文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2014-09-12

作者簡(jiǎn)介：聶換換，女，1987年生，在讀碩士研究生。研究方向?yàn)檫^(guò)濾材料。

當(dāng)前，我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主，工業(yè)燃煤鍋爐每年要消耗大量的煤炭，同時(shí)也是我國(guó)主要的煤煙型污染源。全行業(yè)所耗用的能源量巨大，煙塵以及二氧化硫、二氧化碳等氧化物排放量占總排放量比例居高不下的現(xiàn)狀，不僅說(shuō)明我國(guó)工業(yè)燃煤鍋爐行業(yè)的節(jié)能、環(huán)保指標(biāo)與建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的目標(biāo)有較大差距，而且充分說(shuō)明行業(yè)的節(jié)能潛力巨大。

1燃煤鍋爐的煙塵問(wèn)題

1.1　煙塵特點(diǎn)

本文主要以陜西西安(閻良)飛機(jī)制造廠(chǎng)的3臺(tái)130 t自備供熱燃煤鍋爐為主要案例，進(jìn)行了實(shí)地考察，對(duì)其工況環(huán)境、煙塵成分等進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

鍋爐燃料以煤炭為主，煤中含硫量較高，SO2煙氣入口濃度最高為4 000 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)條件下，下同)。由于鍋爐的除塵器沒(méi)有旁路，初始煙氣成分非常復(fù)雜，從鍋爐運(yùn)行初期煙氣直接通過(guò)煙道進(jìn)入除塵器，煙氣的含硫、含水量高，凝聚力、黏著力隨之增加，附著在濾袋表面從而產(chǎn)生糊袋的概率大大提高；除塵器前段進(jìn)口煙道無(wú)旋風(fēng)除塵，粉塵粒徑大小不一，粉塵直接進(jìn)入除塵器后很難附著在濾袋表面形成粉塵層，對(duì)濾袋表面的磨啄增強(qiáng)。該燃煤鍋爐排放的煙氣特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1　煙氣特點(diǎn)

1.2　濾料失效分析

陜西西安(閻良)飛機(jī)制造廠(chǎng)有3臺(tái)130 t自備供熱燃煤鍋爐，它們排放的煙塵除具有一般燃煤鍋爐的煙塵特點(diǎn)外，由于其除塵器沒(méi)有旁路，煙氣直接通過(guò)煙道進(jìn)入除塵器，初始煙氣成分非常復(fù)雜。該鍋爐使用的常規(guī)550 g/m2PPS(聚苯硫醚)濾袋的斷裂強(qiáng)度嚴(yán)重下降，導(dǎo)致袋身腐蝕脫落，甚至出現(xiàn)破洞。國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到20 mg/m3以下，由于該鍋爐風(fēng)速較高，純PPS濾袋難以達(dá)到排放要求。

該廠(chǎng)鍋爐以煤為燃料，煙氣含硫量高，煙氣燃燒產(chǎn)生的SO2對(duì)濾袋的腐蝕性很強(qiáng)，使袋身嚴(yán)重破損，如圖1所示。

由于初始煙氣成分特別復(fù)雜，再加上除塵器沒(méi)有旁路，煙氣直接進(jìn)入除塵器過(guò)濾，煙氣中的粉塵直徑大小不一，對(duì)濾袋表面造成嚴(yán)重的磨啄，使濾袋出現(xiàn)破洞，見(jiàn)圖2。

圖1　濾袋腐蝕破洞

圖2　濾袋磨啄破洞

2專(zhuān)用濾料的開(kāi)發(fā)

根據(jù)該廠(chǎng)燃煤鍋爐的煙塵特點(diǎn)及濾料失效分析，同時(shí)針對(duì)復(fù)雜的工況條件，我們最終確定采用針刺復(fù)合非織造過(guò)濾材料，其原料為PPS纖維、P84(聚酰亞胺)纖維、軼綸，生產(chǎn)出全新的濾材產(chǎn)品，以滿(mǎn)足該廠(chǎng)的鍋爐煙塵過(guò)濾需求。

2.1　確定纖維種類(lèi)

正確選擇纖維不僅可以制備出合乎物化性能的過(guò)濾氈，還能簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本。從生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性、產(chǎn)量、質(zhì)量、成本等各方面綜合考慮，我們選用P84纖維、軼綸與PPS纖維混合，產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定。三種纖維的性能特點(diǎn)如下：

(1)PPS纖維的長(zhǎng)期耐溫為190 ℃，瞬時(shí)耐溫為240 ℃，是一種耐高溫、耐酸堿、抗水解性能極好的纖維，特別適合在高濕的煙氣中使用。

(2)P84纖維具有較高的耐溫性能，使用溫度可達(dá)260 ℃，瞬間可達(dá)280 ℃。由于P84纖維是異形(葉子形)斷面結(jié)構(gòu)，具有很大的過(guò)濾表面積，有優(yōu)異的過(guò)濾性能，所以P84纖維也經(jīng)常被植入濾料表層(迎塵面?zhèn)?以改善濾料的過(guò)濾性能，過(guò)濾效率比其他纖維可提高15%～20%；而且粉塵不會(huì)滲進(jìn)濾布，可減小壓力降，同時(shí)濾袋的剝離性能也非常好。

(3)軼綸具有長(zhǎng)久的熱穩(wěn)定性，在工作溫度300 ℃下，具有良好的強(qiáng)度、耐疲勞性能。軼綸能長(zhǎng)期在各種環(huán)境下使用，它能夠耐受大多數(shù)有機(jī)溶劑的作用。多種截面形狀(圓形和三葉形)的軼綸，以及納米高科技纖維，單獨(dú)使用或者混合使用增加了過(guò)濾表面積，使其具有優(yōu)異的過(guò)濾性能。

2.2　確定原料配比

我們開(kāi)發(fā)的新型濾料復(fù)合針刺氈是在純PPS針刺氈的基礎(chǔ)上形成的。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用PTFE(聚四氟乙烯)基布，在面層中含有60% PPS纖維、30%軼綸和10% P84纖維。軼綸的性能接近于P84纖維，由于P84纖維價(jià)格較高，從性?xún)r(jià)比的角度考慮使用30%軼綸，所以開(kāi)發(fā)的新型濾料是以PPS纖維為主體的復(fù)合濾料。

新型濾料保留了原有的耐高溫﹑尺寸穩(wěn)定不變形﹑很好的耐酸堿腐蝕的特點(diǎn)，濾袋與骨架摩擦首先磨到的是面層，軼綸、P84纖維的線(xiàn)密度很小，具有很高的強(qiáng)度，再加上PPS纖維，其耐磨性與純PPS纖維面層相比提高很多。所以使復(fù)合濾料的復(fù)合面層的耐磨性提高了數(shù)倍，發(fā)揮了各種纖維的長(zhǎng)處，起到了取長(zhǎng)補(bǔ)短的作用。

2.3　確定針刺工藝

針刺非織造過(guò)濾氈是目前在煙氣、粉塵等過(guò)濾領(lǐng)域應(yīng)用最普及的一種過(guò)濾材料，刺針?lè)磸?fù)穿刺構(gòu)成了纖維的相互纏結(jié)，成布呈現(xiàn)一定的厚度和顯著的三維形態(tài)，具有極好的容塵量和較高的強(qiáng)度，而且該工藝可以直接采用聚酰亞胺、芳族聚酰胺、聚苯硫醚以及無(wú)機(jī)纖維等，加工適應(yīng)性很廣。實(shí)踐證明，采取針刺氈工藝生產(chǎn)的復(fù)合過(guò)濾材料可以取得最佳效果，這也成為當(dāng)今過(guò)濾材料的發(fā)展重點(diǎn)。

3新的濾料解決方案

針對(duì)燃煤鍋爐的煙塵特點(diǎn)，我們組成了專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)小組，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究和質(zhì)量檢測(cè)，提出了一套新的濾料解決方案。

研制的濾料名稱(chēng)為P84+PPS/PTFE針刺氈濾袋，它采用PPS纖維+P84纖維+軼綸/PTFE基布復(fù)合而成，面密度為580 g/m2以上，較常用的550 g/m2PPS濾袋增加了30 g/m2。該濾袋于2013年11月11日運(yùn)行至今，沒(méi)有出現(xiàn)破袋、掉袋等質(zhì)量問(wèn)題，煙塵排放濃度為11 mg/m3左右。該濾袋的研發(fā)和使用得到了陜西西安(閻良)飛機(jī)制造廠(chǎng)的認(rèn)可。復(fù)合濾料方案見(jiàn)表2。

表2　復(fù)合濾料方案

4結(jié)語(yǔ)

(1)燃煤鍋爐專(zhuān)用濾料是一種以PPS纖維、P84纖維、軼綸以及PTFE基布為原料加工而成的。該產(chǎn)品的成功研制不僅在濾料市場(chǎng)推出了一種優(yōu)良的環(huán)保新材料，而且是燃煤鍋爐的專(zhuān)用濾料，比其他濾料更具有環(huán)保特性，符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保要求，具有廣闊的發(fā)展空間。

(2)燃煤鍋爐專(zhuān)用濾料的生產(chǎn)以PPS纖維為主要原料，采用軼綸代替部分P84纖維，具有較高的成本優(yōu)勢(shì)。該濾料對(duì)環(huán)境污染少，符合環(huán)保要求。

(3)該產(chǎn)品過(guò)濾風(fēng)速高，不影響除塵的過(guò)濾效率，產(chǎn)品的耐磨、耐折性好，有效地提高了使用壽命，為客戶(hù)節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時(shí)節(jié)約了資源，是一種非常值得推廣的新型環(huán)保濾料。

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The development of filter material for coal-fired

boiler soot-removing

NieHuanhuan,WangLiming(College of Textile, Qingdao University)

Abstract:The soot characteristics of machinery factory, using coal-fired boilers, were introduced and the reasons of filter failure were analyzed. A new solution was proposed and the determination of fiber type selected and the composite material composition ratio was described in detail. The needling process was chosen and the basic performance of new filter was tested accordingly.

Keywords:coal-fired boiler, soot-removing, filter material, PPS fiber, P84 fiber, Yilun short fiber