聚四氟乙烯耐腐蝕過濾材料結構特征及發展趨勢

徐玉康， 朱 尚， 靳向煜

(東華大學 產業用紡織品教育部工程研究中心， 上海 201620)

聚四氟乙烯耐腐蝕過濾材料結構特征及發展趨勢

徐玉康， 朱 尚， 靳向煜

(東華大學 產業用紡織品教育部工程研究中心， 上海 201620)

為考察工業對聚四氟乙烯(PTFE)濾材的需求量，綜述了PTFE耐腐蝕濾料在工業煙塵凈化領域的應用特性、濾料的結構及組分特征以及其在工業除塵領域的發展趨勢，重點分析了“十三五”期間其在垃圾焚燒、煤電、鋼鐵和水泥行業除塵領域的發展趨勢。同時，根據PTFE濾料的組成結構，分析了PTFE膜裂纖維、基布、縫紉線和微孔膜在未來5 a的需求規模。結果表明：至2020年末，垃圾焚燒、煤電、鋼鐵和水泥行業的煙塵過濾系統對PTFE濾料的累計需求量分別為880、18 855.5、5 660和7 905 t，年復合增長率均超過10%；PTFE濾料在“十三五”期間需求量的分析可為我國工業煙塵凈化材料產業的發展提供參考依據。

聚四氟乙烯； 耐腐蝕； 濾料； 工業煙塵

由于滯后的環保措施，高能耗為主的第二產業(工業)高速發展，大量工業微細煙塵(主要來源于燃煤發電、鋼鐵和水泥行業)被排放至空中而造成大氣污染。此外，隨垃圾焚燒工業的發展，城市生活垃圾焚燒產生的微細煙塵具有強腐蝕性、強氧化性、強酸性等特征并含有微量重金屬元素[1-2]，垃圾焚燒煙塵排放的有效控制需要高度關注。本文中工業微細煙塵是指來源于工業燃料的燃燒且空氣動力學當量直徑小于2.5 μm的塵粒，其能懸浮于空氣中且表面附有大量有機化學物質(如氮氧化物、硫化物、鉻、鎳等)，并能通過呼吸系統進入體內而危害人類健康[3-4]。早期，工業煙塵過濾裝置大部分為靜電除塵系統，其煙塵排放濃度可降低至50 mg/m3。然而，“十二五”期間，國家制定一系列工業煙塵排放的新標準，標準要求垃圾焚燒、煤電、鋼鐵、水泥行業煙塵排放濃度的最大限值為30 mg/m3，重點地區為20 mg/m3，這對工業煙塵過濾系統提出更高的要求。傳統電除塵系統無法滿足煙塵排放新標準，工業煙塵凈化材料因具有較高的過濾效率(≥98%)、良好的化學和熱穩定性等特點而使其在工業煙塵過濾領域的使用量快速增加。目前，工業煙塵凈化系統類型主要有3種：電-袋復合除塵系統、袋除塵系統和電除塵系統，前2種除塵系統能有效凈化工業煙塵并使煙塵排放濃度降低至30 mg/m3，甚至20、10 mg/m3以下，而這一性能是傳統電除塵系統無法實現的，因此，“十二五”期間，電-袋/袋除塵系統在工業煙塵過濾領域的應用獲得快速發展，同時，2種除塵系統的核心部分：由濾料經聚四氟乙烯(PTFE)縫合線縫合而成的濾袋，也獲得高速發展。

工業除塵濾料主要由針刺或水刺非織造材料、PTFE基布和PTFE微孔膜復合而成。其中，用于制備非織造材料的纖維原料主要有PTFE、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(P84)和玻璃纖維。然而，由于工業煙塵具有腐蝕性強、氧化性強、溫度高且不穩定、含濕量高等特點[5-6]，PPS、P84和玻璃纖維濾料因氧化、水解等問題而造成濾料失效、濾料使用壽命大大降低；PTFE纖維濾料因具有極好的化學和熱穩定性、良好的自潤滑性等優異性能而成為制備工業煙塵濾料的理想原料。早期，PTFE(膜裂)纖維制備技術被國外壟斷，高效的耐腐蝕濾料完全依賴進口的PTFE纖維，高昂的價格限制了PTFE纖維在工業煙塵過濾領域的進一步應用。2010年，PTFE纖維制備技術取得重大突破，我國PTFE膜裂纖維進入工業化生產階段，PTFE纖維在工業煙塵過濾領域的應用獲得快速增長。

“十二五”期間國家對垃圾焚燒、煤電、鋼鐵、水泥行業制定更嚴格的煙塵排放標準；“十三五”規劃指出未來5 a工作核心為改善環境質量[7]，空氣污染治理將是環境改善的重要一環?；诠I煙塵排放新標準、工業除塵濾料的發展趨勢以及“十三五”規劃，本文分析垃圾焚燒、煤電、鋼鐵和水泥行業的煙塵凈化系統在“十三五”期間對PTFE濾料的需求量；同時，根據PTFE濾料的結構特征，該研究對PTFE纖維、基布、縫合線和微孔膜的需求量也進行合理預測，為工業煙塵過濾材料的發展提供參考。

1 PTFE濾料在工業除塵領域應用特性

工業煙塵溫度高、波動大(50～250 ℃)且含大量微細塵粒、氮氧化物、硫化物以及微量重金屬等有害物質；此外，部分煙塵含濕量高而加劇煙塵的腐蝕性，因此，排放前需對其進行有效凈化。由于煙塵過濾環境復雜，濾料需具備耐腐蝕、耐高溫、 耐氧化、耐水解等性能。目前，工業濾料用纖維性能存在顯著差異。

PTFE纖維具有極好的耐腐蝕性能(不溶于任何常規溶劑)、優異的熱穩定性(熔點為327 ℃，長期工作溫度范圍-196～260 ℃)、良好的自潤滑性和阻燃性(極限氧指數為95%)以及拒水性和氣候穩定性等性能。PTFE濾料的使用壽命普遍超過3 a，是工業煙塵用濾料選材中綜合性能最佳的一種[8-14]。PPS纖維具有較好的耐高溫、耐酸堿、耐水解等性能，然而，較差的耐氧化性限制其工業煙塵過濾領域的應用；而且，若煙塵溫度超過200 ℃，PPS濾料的機械力學性能大幅度降低而導致濾料失效。P84纖維具有極好的耐熱性、耐腐蝕性和耐水解性，然而，P84纖維價格昂貴且依賴進口，短期內無法在工業煙塵過濾領域獲得廣泛應用。玻璃纖維具有較好的耐高溫、耐腐蝕且耐水解性能，但玻璃纖維較差的耐彎曲性和耐磨性導致其可加工性低。

PTFE纖維優異的性能將成為制備工業煙塵過濾材料的首選原料。然而，由于比重大、梳理速度低，100%PTFE濾料的產量無法滿足工業煙塵凈化領域的需求。目前， PTFE濾料有2類：常規PTFE濾料和100%PTFE濾料。其中，常規PTFE濾料的非織造材料由PTFE纖維與其他纖維(如PPS、P84、玻璃纖維)混合后再經針刺或水刺工藝加工而成，PTFE纖維所占質量比約50%；100%PTFE濾料的非織造材料由PTFE纖維經非織造工藝加工而成。常規PTFE濾料主要用于煤電和鋼鐵行業煙塵過濾的袋式除塵系統，100%PTFE濾料主要用于垃圾焚燒煙塵過濾的袋式除塵系統和煤電、鋼鐵、水泥煙塵凈化的電-袋復合除塵系統。

2 PTFE濾料結構及組分特征

2.1 PTFE濾料復合結構特征

PTFE濾料由針刺或水刺非織造材料、PTFE基布和PTFE微孔膜復合而成，圖1示出常規PTFE濾料截面和3種原材料(非織造材料、基布和微孔膜)的形態特征。PTFE纖維經梳理而獲得的雙層纖維網與PTFE基布(見圖1(c))上下疊合、形成纖維網-基布-纖維網三明治結構，再經針刺或水刺加固后而形成具有高強度的初始PTFE濾料(見圖1(d))。初始PTFE濾料與PTFE微孔膜(見圖1(b)所示)經熱黏合加工而獲得過濾效率高(≥98%)、力學性能好的PTFE濾料。目前我國有能力制備PTFE濾料原料的企業主要有上海市凌橋環保設備廠有限公司、上海靈氟隆新材料科技有限公司、常州中澳興誠高分子材料有限公司、上海金由氟材料有限公司、蘇州耐德新材料科技有限公司、遼寧金氟龍環保新材料有限公司、浙江格爾泰斯環保特材有限公司等，這些企業制備的濾料及原料的總量約占全國工業煙塵凈化過濾材料使用量的七成。

圖1 PTFE濾料電鏡照片Fig.1 SEM images of PTFE filtration materials. (a) Cross section of PTFE; (b) Micro-pore membrane; (c) Bearing woven textile; (d) Nonwoven materials

2.2 原料對PTFE濾料性能的影響

根據濾料的結構特征，100%PTFE濾料的原料有PTFE膜裂纖維、基布、縫合線和微孔膜。圖2示出常規PTFE膜裂纖維聚集狀態、表觀形態以及纖維直徑分布的特點。纖維表面含有較多的枝狀纖維(見圖2(a))、直徑分布廣(2～130 μm，見圖2(b))且表面含有較多溝槽(見圖2(c)、(d))，制備方法為機械膜裂法[14-20]，工藝流程為糊料制備、靜置、預成型、推壓成型、壓延、熱牽伸、裂膜成纖和卷繞。相較于常規圓形截面的聚合物纖維，扁平PTFE纖維間的接觸面積大、堆砌密度高、孔隙直徑小等特征能夠有效提高PTFE 濾料對粉塵顆粒的攔截和捕捉能力。此外，扁平PTFE纖維間存在不均勻分布的靜電場可進一步提高非織造材料對亞微米顆粒的捕捉能力[21]。

圖2 PTFE短纖維表觀形貌及直徑分布Fig.2 SEM image and diameter distribution of PTFE. (a) PTFE fibers; (b) Diameter distribution; (c) SEM image of morphology of fiber; (d) Magnified morphology of limited part on fiber

PTFE扁平長絲和圓形長絲的表觀形態及寬度(扁平長絲)/直徑(圓形長絲)分布特點分別如圖3、4所示。PTFE扁平長絲由壓延膜經裂割和熱牽伸加工而獲得。壓延膜經梳狀刀片切割后形成20～40根初生扁平長絲，再經熱牽伸制成PTFE扁平長絲[22-23]。PTFE扁平長絲編織成的基布可有效改善濾料的力學性能和尺寸穩定性，延長濾料的使用壽命。同時，由于存在原纖(見圖3(b))，PTFE扁平長絲內部包含大量的亞微米孔隙，這些微孔可改善PTFE濾料的過濾性能和氣體穿透性能。PTFE圓形長絲可通過糊料擠出法制備獲得[24-26]。PTFE糊料經預成型裝置獲得的預成型體再經擠壓后形成直徑為1.5 mm的初生PTFE圓形長絲，再對初生長絲進行熱牽伸可獲得目標直徑的PTFE圓形長絲，該長絲表面光滑且無孔隙。PTFE圓形長絲直徑較大(約200 μm)，不適合用于制備非織造材料。由于直徑分布較均勻(見圖4(c))，2～4根圓形長絲合股加捻而成的PTFE縫合線具有較好的條干均勻性，可避免濾料因縫合線條干不勻而導致縫合接口處的粉塵泄漏，保證PTFE濾料的過濾效率。PTFE微孔膜的厚度約10 μm、平均孔徑約0.5 μm，常規PTFE微孔膜表觀形態如圖1(b)所示，其由壓延膜經雙向拉伸而成[27-28]。PTFE微孔膜可有效攔截工業煙塵中的亞微米顆粒，是PTFE濾料的核心材料。

圖3 PTFE扁平長絲表觀形貌及寬度分布Fig.3 SEM image of flat filament and width distribution of PTFE. (a) SEM image of PTFE flat filament; (b) Magnified morphology of limited part on flat filament; (c) Width distribution

圖4 PTFE圓形長絲表觀形貌及直徑分布Fig.4 SEM image of round filament and diameter distributions of PTFE. (a) SEM image of round filament; (b) Magnified morphology of limited part on round filament; (c) Diameter distributions

3 工業除塵對PTFE濾料的需求

“十二五”計劃末，垃圾焚燒、煤電、鋼鐵、水泥行業煙塵凈化系統類型有3種：電-袋復合除塵系統、袋除塵系統和電除塵系統。電除塵系統利用高壓靜電使工業微細塵粒改變運動軌跡而捕獲塵粒、實現對煙塵的有效過濾，使粉塵含量降低至50 mg/m3；該過濾系統是工業煙塵凈化領域早期采用的凈化系統且在現有工業煙塵過濾領域仍占有一定的比例。袋除塵系統依靠核心材料(濾料)內緊密且隨機排列的纖維攔截和捕獲細微塵粒，尤其是對工業煙塵中的PM2.5塵粒具有較高的捕捉能力。電-袋復合除塵系統先用高壓靜電過濾直徑較大的顆粒、再用袋式除塵系統攔截和捕獲已過濾煙塵中直徑較小的顆粒，從而實現對工業煙塵的高效過濾。電-袋/袋除塵系統都可使工業煙塵中的固體顆粒物排放濃度降低至20 mg/m3，甚至10 mg/m3[29]。

相關數據顯示，2015年末，袋除塵系統及電-袋除塵系統在垃圾焚燒、煤電、鋼鐵、水泥行業應用的比例分別為85%、40%、95%和90%，總過濾面積超過2億m2[30-32]。然而，由于PTFE纖維工業化生產比較晚，PTFE濾料在工業煙塵過濾領域的應用規模比較小(15%～25%)?！笆濉逼陂g，隨著纖維產業發展，PTFE纖維價格已由早期30～50萬元/t降至7～10萬元/t，價格優勢促使PTFE濾料在工業除塵領域的使用量快速增長。據不完全統計，至2015年底，中國PTFE纖維、基布、縫合線和微孔膜的產量分別為4 500～5 000、1 800～2 300、400 t和2×107～2.5×107m2。

基于工業除塵系統的發展趨勢，“十三五”期間，我國垃圾焚燒、煤電、鋼鐵、水泥行業對PTFE濾料的合理需求量可通過工程實例推知。根據工程應用實例，PTFE濾料的面密度范圍是500～700 g/m2，本文選取面密度600 g/m2的濾料作為需求量分析的統計標準。其中，PTFE基布的面密度為120 g/m2；濾料與煙塵接觸面均覆有一層PTFE微孔膜；濾袋縫合工藝中，PTFE縫合線用量與濾料面積的定量比例為17.0 g/m2。在電-袋除塵系統中，高壓靜電可使氧氣轉化為氧化性極強的臭氧，強氧化性的煙塵易使PPS濾料失效，因此，“十三五”期間，電-袋除塵系統中需配置100%PTFE濾料。此外，由于極強的腐蝕性和強酸性，垃圾焚燒煙塵凈化系統采用100%PTFE濾料。常規PTFE濾料(PTFE纖維質量比為50%)用于煤電和鋼鐵行業煙塵凈化的袋除塵系統。

3.1 垃圾焚燒行業

社會高速發展加快城市化建設的進程，城市生活垃圾(在城市日常生活中或者為城市日常生活提供服務的活動中產生的固體廢物以及法律法規規定視為城市生活垃圾的固體廢物[33])量也隨之不斷增加。統計資料顯示，我國城市生活垃圾的年均增長率約9%[34]。垃圾清潔化處理成為我國目前的一個重大挑戰。目前，我國城市生活垃圾的處理方法主要為填埋和焚燒。垃圾填埋因易引發一系列潛在危害而逐漸被淘汰[34]。垃圾焚燒已在發達國家被廣泛應用[33]，焚燒產生的熱量可用于發電，高度符合垃圾處理的“三化”原則，因此，焚燒將逐漸成為我國垃圾處理的主流方法[35-37]。城市生活垃圾大部分為有機物，其含有大量的碳、氫、氧、氮、硫等元素。垃圾焚燒過程中，這些元素與氧氣發生反應而形成氧化物和少量氫化物，從而加劇垃圾焚燒煙塵的腐蝕性。此外，垃圾焚燒煙塵還具有溫度穩定性差(140～240 ℃)、濕度高等特點而進一步增強煙塵的腐蝕性[38]，因此，嚴格控制垃圾焚燒煙塵排放濃度是改善大氣污染的重要部分，100%PTFE濾料具有優異的耐腐蝕性、耐酸性和良好的熱穩定性，是垃圾焚燒煙塵過濾的理想材料。

2001年國家制定的垃圾焚燒排放標準GB 18485—2001《生活垃圾焚燒污染控制標準》明確規定：垃圾焚燒爐的除塵系統須采用袋式除塵系統，顆粒物排放濃度的限值為80 mg/m3。2014年國家將生活垃圾焚燒煙塵的顆粒物排放濃度限值降低至20 mg/m3。參照GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標準》，該標準將推動100%PTFE濾料在垃圾焚燒煙塵凈化領域用量的進一步增長。

2012年，我國已建成的垃圾焚燒電廠有138座，日處理能力可達12.3萬t，全年焚燒量占全年處理垃圾總量的21.0%?！笆濉蹦?，焚燒消耗的垃圾量占全國生活垃圾總量40%左右，與發達國家相比(70%)，還有較大差距[39]。

在國家政策的激勵下[40]，2010—2014年，垃圾焚燒電廠數量由70座增加至180座；至2015年底，投產和在建的垃圾焚燒電廠超過300座，年增長率超過20%，因此，“十三五”期間，城市生活垃圾焚燒產業將獲得快速發展。

數據顯示，2015年和2020年我國城市生活垃圾產量達1.79億t和2.1億t[41]?；诶贌姀S實際處理規模[42]，本文以垃圾日均焚燒量800 t(濾料過濾面積的需求量為4 200 m2)作為計算標準，預測2020年我國生活垃圾焚燒電廠煙塵過濾系統對PTFE耐腐蝕濾料的需求量。

2015年，我國城市生活垃圾總量約1.79億t，其中垃圾焚燒的消耗量約為0.716億t，在其煙塵凈化系統中，100%PTFE濾料的使用量約750 t。根據濾料中組分的比例，PTFE纖維、基布、縫合線和微孔膜的使用量分別為600、150、21 t和1.25×106m2，如表1所示。資料顯示，2020年全國垃圾焚燒廠的數量可達600～700座[39]，年均增加約70座，因此，“十三五”，若城市生活垃圾全部采用焚燒處理， 我國垃圾焚燒煙塵過濾領域對100%PTFE纖維濾料的需求量為176 t，如表2所示。根據濾料復合結構可知，我國垃圾焚燒行業對PTFE短纖維、基布、縫合線和微孔膜的年均需求量分別為141、35、5 t和2.94×105m2，因此，“十三五”期間，垃圾焚燒煙塵過濾領域對100%PTFE濾料的累計需求量為880 t；對PTFE纖維、基布、縫合線和微孔膜的累計需求量分別為705、175、25 t和1.47×106m2，如表3所示。

表1 2015年PTFE濾料及產品在工業除塵領域的占有量

表2 “十三五”期間PTFE濾料及產品在工業除塵領域的年均需求量

表3 “十三五”期間PTFE濾料及產品在工業除塵領域的累計需求量

3.2 煤電行業

燃煤電廠煙塵主要含二氧化硅和微細塵粒[43]，同時帶有少量的微量元素[44]。煙塵中的微細塵粒與二氧化硅、微量元素等氣溶膠結合而形成腐蝕性更強的煙塵。在政策和社會關注的驅動下[45]，燃煤電廠對排放未達標的電除塵系統提效技改工程將會提速發展[46]。在燃煤電廠電除塵系統的提效技改工程中，電場裝置與過濾效率高且經濟的濾料復合的電-袋除塵系統成為電除塵系統的理想替代物。100%PTFE濾料過濾效率高且耐腐蝕性好，其在煤電除塵領域已具有較廣泛的應用[32,47-48]。

2013年末，燃煤電廠除塵系統包含3個部分：電除塵系統、袋除塵系統和電-袋復合除塵系統，其占全國機組容量的比例分別為79.9%、8.8%和11.3%[47]。然而，至2015年底時，電除塵系統的比例由79.9%降至60%[32]。由此可知，袋除塵系統和電-袋復合除塵系統在煤電煙塵過濾領域增長速度快且仍具有較大的增長空間。資料顯示[49]，2015年我國燃煤電廠機組容量約9×105MW。根據除塵系統改造實際工程，215、320和600 MW機組配置的電-袋除塵系統的正常處理風量分別約為1.5×106、2×106和4×106m3/h[50-52]。近幾年，火電行業雖有800、1000 MW等大機組投產發電，但我國煤電機組主要集中在300 MW左右。本文以320 MW 機組容量(相應濾料使用量為37 063 m2)為基數，預測2020年燃煤電廠行業對PTFE濾料的需求量。

2015年底，若袋除塵系統和電-袋復合除塵系統在燃煤電廠除塵領域所占的比例分別為10%和30%，濾料在煤電行業的使用量約為25 018 t，PTFE微孔膜的使用量約4.19×107m2、PTFE縫合線的用量為712 t；其中，含PTFE纖維的濾料的使用量約5 028 t(約20%)，且其在袋除塵系統和電-袋復合除塵系統中的使用量分別為1 251和3 753 t?；跒V料復合結構特征，“十二五”末，煤電煙塵凈化系統中，袋除塵系統消耗PTFE纖維和基布分別為629和251 t；電-袋復合除塵系統消耗PTFE纖維和基布分別為3 017和754 t?！笆濉逼陂g，若袋除塵系統和電-袋復合除塵系統在煤電煙塵過濾領域的增長率與目前的增長速度(15%)相同，在煤電除塵領域，袋除塵系統和電-袋復合除塵對含PTFE纖維的濾料的年均需求量分別為943和2 828 t，對PTFE微孔膜的需求量為6.29×106m2、PTFE縫合線的年均需求量為107 t。根據濾料中纖維和基布的質量比關系可知，PTFE短纖維和基布在袋除塵系統與電-袋復合除塵系統中的年均需求量分別為472和189、2 262和566 t(見表2)，因此，“十三五”期間，煤電煙塵過濾領域對常規PTFE濾料和100%PTFE濾料的累計需求量分別為4 715和14 140 t，同理，對PTFE纖維、基布、縫合線和微孔膜的累計需求量分別為13 670、3 775、535 t和3.145×107m2(見表3)。

3.3 鋼鐵行業

鋼鐵行業是工業煙塵主要來源之一，其煙塵量占工業煙塵總量的40%。為滿足新標準粉塵含量排放的要求，過濾效率高的袋除塵系統在鋼鐵煙塵過濾領域得到快速發展，其在整個鋼鐵行業的占有率達95%[53-54]。傳統電除塵系統由于無法滿足國家煙塵排放的新限值，其在鋼鐵除塵領域的占有率大幅度下降，僅占約5%。

資料[55-56]顯示，2015年中國粗鋼和生鐵的總量分別為9.1億t和7.3億t。我國雖已建成3 200、4 500以及大于等于5 000 m3等大容積高爐，但目前鋼鐵高爐容積主要集中于1 000～2 000 m3。結合全國鋼鐵產能，本文選取2 500 m3容積高爐作為計算標準。根據鋼鐵除塵系統實際改造工程可知，2 500 m3鋼鐵熔爐產能為200萬t/a，煙塵凈化需配置14 328 m2濾料。基于中國鋼鐵產量和高爐配置，2015年鋼鐵行業需配置的濾料總面積約1.11×107m2，相應的濾料使用量為6 276 t、PTFE微孔膜的使用量為1.110×107m2、PTFE縫合線的使用量為189 t；其中，常規PTFE濾料的規模約1 332 t。根據濾料結構特點可知，PTFE纖維和基布的使用量為1 066和266 t(見表1)。

在袋除塵系統中，其核心部件(濾料)的使用壽命約1.5～3 a，不同的燃煤品質及工況條件使煙塵的理化性質差異性大、對耐高溫濾料的損毀程度也不同，因此，根據燃煤品質和工況條件，袋除塵系統內的耐高溫濾料需定期更換，PTFE濾料在鋼鐵煙塵凈化領域的需求量將快速增加?！笆濉逼陂g，若采用常規PTFE濾料替換袋除塵系統中配置的耐高溫濾料且更換濾料的比例為17%，鋼鐵除塵系統對常規PTFE濾料的年均需求量為1 132 t、累計需求量為5 660 t。其中，PTFE纖維、基布、縫合線和微孔膜年均需求量分別為566、226、32 t和1.89×106m2，累計需求量分別為2 830、1 130 t、160 t和9.45×106m2(見表2、3)。

3.4 水泥行業

水泥煙塵的特點：溫度高且變化范圍大(60～260 ℃)、濕度高、微細塵粒濃度高、含重金屬等有害元素。早期，水泥粉塵過濾采用電除塵系統、粉塵排放濃度為50 mg/m3。然而，隨著新標準的出臺，水泥行業煙塵的顆粒物濃度排放限值由100 mg/m3降低至30 mg/m3，電除塵系統無法滿足新排放標準，電除塵系統面臨提效技改。利用靜電發生裝置和殼體，電除塵系統與袋除塵系統復合而成的電-袋除塵系統可有效降低顆粒物排放濃度，且長期使用經濟效益顯著，此為水泥行業電-袋復合除塵系統得以迅速發展的原因[29]。至2014年末，電-袋式除塵系統在水泥行業的使用率超過80%[30]。

我國雖有最大產能可達12 000 t/d的水泥生產線，但單條生產線的產能均值約4 500 t/d。2015年，我國水泥總產量為23.5億t[43]，全國日均總產能7.83×106t/d。根據除塵系統改造工程實例[29]可知，若將產能4 500 t/d單條水泥生產線的電除塵系統改為電-袋除塵系統，濾料的需求量為9 888 m2?；谠摳脑旃こ讨袨V料的用量規格，2015年底，若水泥煙塵凈化系統的提效技改工程已完成90%，濾料、PTFE微孔膜和PTFE縫合線在水泥除塵領域的使用量分別為10 327 t、1.55×107m2和264 t；其中，100%PTFE濾料的使用量約1 860 t(見表1)。結合濾料結構特點，“十二五”末，PTFE纖維和基布的使用量分別為1 488 t和372 t。“十三五”期間，在水泥粉塵凈化系統中，電-袋除塵系統中配置的濾料每年需更換的比例約17%且全部更換為100%PTFE濾料，因此，水泥除塵領域對100% PTFE濾料的年均需求量約1 581 t、累積需求量為7 905 t；PTFE微孔膜和縫合線的年均需求量約2.11×106m2和50 t，累計需求量約1.055×107m2和180 t。相應地，PTFE纖維和基布的年均需求量為1 265和316 t、累積需求量為6 325和1 580 t。然而，隨著電除塵系統提效技改工程的進一步推進，100%PTFE纖維濾料在水泥粉塵過濾領域的需求量將會進一步增加。

4 結 論

由于極好的耐腐蝕性、優異的熱穩定性和良好的力學性能，PTFE濾料在工業煙塵凈化領域的使用量快速增加，尤其是在垃圾焚燒、煤電、鋼鐵和水泥行業?；诠I煙塵排放濃度的低限值和“十三五”規劃，結合PTFE濾料在“十二五”期間的發展趨勢，本文合理分析垃圾焚燒、煤電、鋼鐵和水泥行業煙塵過濾領域在“十三五”期間對PTFE濾料的需求量。同時，根據PTFE濾料的結構特征，研究進一步分析了PTFE纖維、基布、縫紉線和微孔膜的需求量。研究數據顯示，在2016—2020年，垃圾焚燒、煤電、鋼鐵和水泥除塵系統對PTFE濾料需求量的年復合增長率均超過10%，有的行業甚至超過20%(如垃圾焚燒)。此外，隨著行業發展以及煙塵過濾系統的升級，“十三五”期間，工業煙塵凈化領域對PTFE濾料的需求量將會進一步增加。

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Structure and development of polytetrafluoroethylene anti-corrosion filtration materials

XU Yukang， ZHU Shang， JIN Xiangyu

(EngineeringResearchCenterofTechnicalTextiles,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

In order to study the market industrial demand for polytetrafluoroethylene (PTFE) filter material, the main aspects (application in the field of filtration of industrial flue dust, structure and component of filters, and development in the purifying industry dust field) of polytetrafluoroethy-lene anti-corrosion filtration materials are reviewed. More importantly, the development of PTFE filters applied in the four main industrial fields (namely, waste incineration, coal-fired power plants, steel and cement) in the time period between 2016 and 2020 is analyzed. Additionally, on the basis of the structural characteristics of anti-corrosion filters, demands of PTFE split-film fiber, bearing cloth, sewing and micro-pore membrane are also predicted reasonably. The analysis indicates that the cumulative demands of PTFE filter materials of the purification system in the four main industrial fields will be 880, 18 855.5, 5 660 and 7 905 tons, respectively, implying that the increase ratio is over 10%. Analysis of demands of PTFE filter materials in next five years could provide the industry-purification system with a significant reference.

polytetrafluoroethylene; anti-corrosive; filter material; industrial dust

10.13475/j.fzxb.20160603911

2016-06-15

2017-02-17

上海市經濟和信息化委員會產學研合作項目(滬CXY-2014-025)；國家博士研究生創新基金項目(CUSF-DH-D-2015012)

徐玉康(1989—)，男，博士生。研究方向為高效聚四氟乙烯耐腐蝕過濾材料。靳向煜，通信作者，E-mail：jinxy@ dhu.edu.cn。

TS 151

A