紅外光譜法分析袋式除塵器濾袋強力損失

王愛兵，朱小云

[1.上海紡織（集團）有限公司，上海　200336；2.上海市紡織科學研究院，上海　200082]

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紅外光譜法分析袋式除塵器濾袋強力損失

王愛兵1，朱小云2

[1.上海紡織（集團）有限公司，上海200336；2.上海市紡織科學研究院，上海200082]

摘要：袋式除塵器除塵效率高、不會造成二次污染且便于回收，在國內外廣泛應用。本文討論了濾袋破損的主要原因，并基于紅外光譜法對濾袋強力損失的原因進行了分析。結論顯示，濾袋在酸性條件下的經緯向斷裂強力保持率分別為80.76%和79.92%，紅外光譜分析顯示PPS+玻纖布濾袋在高溫條件下易發生氧化和硫酸磺化等反應，從而導致強力下降。

關鍵詞：紅外光譜法；濾袋；強力損失

0　引言

煙塵治理領域，袋式除塵器由于除塵效率高、不會造成二次污染且便于回收干料等性能，在國內外的應用越來越廣，占市場上除塵設備的80%。袋式除塵器具有很多的優點，但一旦濾袋失效，將造成設備的故障排放，粉塵超標。本文在重點討論濾袋失效原因的基礎上，基于紅外光譜機理分析了濾袋強力損失的主要原因。

1　材料、儀器和方法

1.1試驗材料

PPS+玻纖布濾袋：厚度2.88 mm，透氣率4.7 m3/m2·min。

1.2試驗儀器

3366 INSTRON強力儀，ESPEC LC-233 B1型鼓風干燥箱，PE spectrum one/NTS紅外光譜儀

1.3測試方法

GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能》，GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術要求》，FZ/T 01057.8—2009《紡織品纖維鑒別試驗方法》。

2　濾袋失效的影響因素

濾袋在使用過程中，導致其失效的影響因素主要包括以下幾個方面：

2.1溫度

濾袋對溫度有較高的使用要求，濾袋高溫損傷包括以下三種情況：

(1)濾料出廠前未經熱收縮處理，或煙氣溫度超出濾袋使用溫度，濾袋因高溫條件下發生熱收縮造成無法抽出濾袋或濾袋被袋籠脹破現象。

(2)煙氣中的高溫顆粒，通常煙氣溫度范圍應控制在150～240℃，高溫煙氣易造成濾袋的灼傷。

(3)投油助燃時未開啟除塵器旁路，火星隨煙氣進入除塵器將濾袋表面灼燒成孔，使濾袋破損失效。

2.2濾袋壓差

濾袋透氣性能的好壞會影響濾袋的壓差，透氣效果差，過濾和清灰阻力大，且容易使濾袋造成堵塞，嚴重時易引起濾袋破裂。造成濾袋堵塞的原因包括以下幾個方面：

(1)濾袋本身厚度太厚，且纖維分布均勻性較差，易影響其透氣性能；

(2)過濾速度大大超出設計值時，根據阻力和速度的關系（f=kv2），速度越大，阻力越大，越容易破損；

(3)煙氣量過大，清灰不及時，導致粉塵易滲入濾袋纖維內部，發生濾袋堵塞；

(4)設備密封不嚴、漏風、進風管破損、保溫效果不佳等造成空氣進入除塵器，以及除塵器在低于酸露點溫度以下工作，易造成濾袋糊袋、板結，導致濾袋堵塞。

2.3清灰方式

清灰方式和清灰頻率對袋式使用壽命也有一定的影響，清灰不足或頻率過低會增大除塵器運行阻力，導致堵塞失效；清灰過度或頻率過高會縮短濾袋的使用壽命。

2.4煙氣二氧化硫含量

濾袋化學腐蝕包括被氧化性氣體氧化、酸結露腐蝕等情況。煙氣中的氧化性氣體包括NOX、SO2、SO3、O3等，在高溫下會對高分子纖維濾料造成氧化腐蝕。在高溫、強氧化性氣體的作用下，聚苯硫醚(PPS)濾料的硫醚鍵極易被氧化，生成亞砜、砜化合物或發生交聯，使濾袋顏色變黃，強度下降。

另外，若煙氣中含氧量增加，會使SO2轉化為SO3的轉化率提高，造成酸露點溫度上升，并且大量NO2容易結露生成濃硝酸。在高溫作用下，生成的H2SO4、HNO3混酸不僅會使濾袋發生氧化反應，也會發生磺化和硝化反應，使得濾袋在氧化和酸化的共同作用下發生腐蝕。

2.5機械損傷

濾袋機械損傷可分為袋籠對濾袋的磨損和濾袋的迎塵面磨損。

袋籠對濾袋的磨損包括以下幾個方面：

(1)袋籠結構設計缺陷，如邊緣鋒利或接口連接不當以及任何毛刺、飛濺、開焊、斷筋等都將直接影響濾袋的使用壽命；

(2)袋籠與濾袋之間的尺寸配合、濾袋和袋籠的配合過松，玻纖濾袋基布采用玻璃纖維，濾袋使用中不能固定在袋籠上，易折斷，同時，纖維容易疲勞斷裂，造成濾袋的破損；

(3)袋籠防腐處理不良。

濾袋的迎塵面磨損包括以下幾個方面：

(1)孔板間距設計過于密集，易造成濾袋間直接相互接觸而磨損；

(2)花板變形及袋籠未正確垂直安裝，造成濾袋底部搭橋、擠碰、摩擦或與箱體間摩擦；

(3)卸灰或清灰不及時，粉塵堆積過高，揚塵形成渦流氣旋磨損；

(4)煙氣中表面鋒利或腐蝕性強的粉塵加劇了粉塵對濾袋的磨損；

(5)氣流分布不均勻導致部分濾袋被高速煙氣過度沖刷。

2.6氣流磨損

脈沖閥工作壓力過大、灰斗進風除塵器的袋底以及噴吹管問題都會引起濾袋不同部位的磨損。

3　紅外光譜法分析濾袋強力損失

3.1強力性能

將濾袋在溫度85℃、60%硫酸的介質中放置24 h，干燥后參考GB/T 3923.1標準，使用3366 IN?STRON強力儀在100 mm/min、跨距200 mm的條件下測試濾袋的強力和斷裂伸長率，測試結果見表1。

從表1可以看出，濾袋經向斷裂強力平均值為1 164.09 N，緯向斷裂強力平均值為1 194.43 N，在溫度85℃、60%硫酸介質中放置24 h后其經向斷裂強力和緯向斷裂強力平均值分別為940.23 N和954.45 N，經緯向斷裂強力保持率分別為80.76%和79.92%，濾袋在酸性條件下強力下降明顯。另外，經向耐酸前后斷裂強力標準差分別為123.81和91.60，緯向耐酸前后斷裂強力標準差分別為87.96 和46.27，且經緯向測試數據標準誤差均相對較大，說明濾袋纖維分布不均勻，局部強力相對較低從而濾袋破損失效。

3.2紅外光譜

將使用后的破損濾袋與未經使用的濾袋進行紅外光譜分析，其紅外光譜圖見圖1和圖2。

表1　濾袋耐酸前后強力性能變化表

圖1　未經使用的濾袋紅外光譜圖

從圖1可以看出，高頻區出現寬峰3 426 cm-1(基布為3 441 cm-1)，表明存在-OH，該峰為H2O的特征吸收峰，可能濾料含水率較高或苯環上有-OH取代。2 939.75 cm-1處紅外吸收峰為甲基-CH3、-CH2中碳氫鍵的伸縮振動峰，2 244.73 cm-1處尖銳的強峰為腈基C≡N的伸縮振動峰。1 632 cm-1吸收峰為共聚物未端孤立的C=C雙鍵伸縮振動，并且有可能發生了相互遮蓋。峰位在1 383 cm-1、1 456 cm-1、1 572 cm-1處是苯環骨架上C=C伸縮振動，1 070 cm-1為S＝O鍵的對稱伸縮振動和共聚物長鏈中C－C骨架振動峰相對較強。1 000 cm-1以下的峰基本上都是苯環上的振動峰。

從圖1、圖2可以看出，耐酸前后濾袋紅外光譜發生了明顯的變化，部分特征峰消失，特別以1 000cm-1的苯環上的振動峰，說明與苯環相連的基團結構發生變化，可能PPS+聚丙烯腈濾袋在高溫條件下發生了氧化和硫酸磺化反應。

圖2　使用后破損濾袋紅外光譜圖

4　結論

濾袋失效的原因有很多，本文主要分析了濾袋在酸性條件下的斷裂強力及其強力保持率，經緯向斷裂強力保持率分別為80.76%和79.92%，在此基礎上通過紅外光譜分析了PPS+玻纖布濾袋斷裂強力下降的原因，PPS+玻纖布濾袋在高溫條件下易發生氧化和硫酸磺化等反應，使纖維結構發生變化，從而導致強力下降。

參考文獻：

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[4]祝萬山，祝成振，趙玉萍.抗氧聚苯硫醚(PPS)纖維的研究與開發[J]．非織造布，2007，15(6)：28-30．

檢測技術

Analysis of the strength loss of filter bag based on infrared spectroscopy

Wang Ai-bing1,Zhu Xiao-yun2
(1.Shangtex Holding Co.,Ltd,Shanghai 200336,China; 2.Shanghai Textile Research Institute,Shanghai 200082,China)

Abstract:Bag type dust collector has high efficiency at dust removal,not causing secondary pollution,and easy to recycle,so it is widely used at home and abroad.The main reasons for the damage of filter bag were discussed,and the reasons of the strength loss of the filter bag based on infrared spectroscopy were carried out.

Key words:infrared spectroscopy,filter bag,strength loss

通訊作者：朱小云，xyzhu_jyr@163.com

作者簡介：王愛兵（1978—），男，江蘇姜堰人，碩士研究生，高級工程師。主要從事紡織檢測技術和產業發展研究等工作。

收稿日期：2016-01-18

中圖分類號：TS107

文獻標識碼：A

文章編號：1001-7046（2016）01-0016-03