偽劣高溫濾料的失效探討

張靜云

（廈門中創(chuàng)環(huán)保科技股份有限公司福建省袋濾材料與技術重點實驗室，福建 廈門 361100）

近年來，隨著超低排放在火電行業(yè)的推行，鋼鐵、水泥、石化等其他行業(yè)的特別排放和超低排放也勢在必行。袋式除塵技術具有可高效凈化細顆粒物、處理風量范圍廣、粉塵性質影響小等特點。當參數(shù)合理設計并采用高精度濾料時，出口顆粒物排放濃度可控制在10mg/m3或5mg/m3以下，已成為當前國內外公認的實現(xiàn)超低排放和提標改造的主流除塵技術[1,2]。濾料是袋式除塵技術的關鍵和核心，同時也是易耗品，占袋式除塵器制造成本的15%～40%，更換濾袋的費用占除塵器運行費用的20%～85%[3,4]，因此濾料性能的優(yōu)劣及使用壽命的長短直接決定袋式除塵器的整體使用效果和運行成本。雖然目前市場上高溫濾料種類繁多，但價格、質量參差不齊，假冒偽劣產(chǎn)品依然存在，這不僅在一定程度上制約了我國高溫濾料行業(yè)的健康發(fā)展，同時也給袋式除塵器終端用戶帶來了極大的經(jīng)濟風險和環(huán)境隱患[2]。本文介紹了常見的偽劣高溫濾料及其性能缺陷，并結合實際應用案例對偽劣高溫濾料進行失效探討，為袋式除塵器濾袋材質選型提供參考。

1 偽劣高溫濾料概述

在袋式除塵器的應用中，經(jīng)常遇到處理高溫煙氣的場合，如水泥工業(yè)窯頭窯尾煙氣、鋼鐵工業(yè)高爐煤氣、火電廠燃煤鍋爐煙氣、其他工業(yè)爐窯煙氣等，這些場合的煙塵治理都需要使用高溫濾料。隨著環(huán)保要求的日趨嚴格及袋式除塵器大型化的發(fā)展，對高溫濾料的可靠性、高效性、安全性提出了更高的要求。近年來，高溫濾料發(fā)展很快，市場上出現(xiàn)了許多復合型高溫濾料，品種繁多，性能質量良莠不齊。高溫復合濾料是指采用聚苯硫醚（PPS）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚酰亞胺（PI）、芳綸（MX）、芳砜綸（PSA）、玻纖（GL）等高性能高溫纖維中的兩種或多種，通過不同配比復合，充分發(fā)揮各纖維的性能特點，取長補短，以達到優(yōu)勢最大化，應對不同高溫工況和排放要求。

筆者對市場上的高溫濾料進行了調研，并利用傅立葉紅外光譜儀分析了20 余個偽劣高溫濾料樣品的材質。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，偽劣高溫濾料多為復合濾料，有化纖復合、化纖和玻纖復合兩大類，纖維成分復雜、魚龍混雜。某些濾料生產(chǎn)企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，在PPS、玻纖混紡等高溫濾料中摻雜了滌綸（PE）、尼龍等耐溫性較差的纖維，有的甚至以滌綸染色冒充P84 纖維，以次充好。這種假冒偽劣的高溫濾料產(chǎn)品存在明顯的性能缺陷，用于過濾高溫煙氣時破袋風險很大，使用壽命較短，換袋成本極高。

2 偽劣高溫濾料的性能分析

2.1 實驗樣品的基本性能

選取行業(yè)內比較典型的兩種偽劣高溫濾料進行分析：PPS 偽劣濾料（簡稱PPS+PE）、玻纖混紡類偽劣濾料（簡稱GL+PE）。如圖1、圖2 所示，PPS 偽劣濾料纖維層材質為PPS、PE 混紡，基布材質為PPS。玻纖混紡類偽劣濾料纖維層材質為GL、PE 混紡，基布材質為GL。兩種偽劣濾料的纖維層中均摻混了30%～40%的滌綸纖維，滌綸屬于常溫纖維，長期運行溫度僅為130℃，且易水解、耐堿性能較差。PPS 濾料、玻纖混紡類濾料都是主流的高溫濾料，使用溫度均在140℃以上，濾料中摻混滌綸纖維，勢必會對其耐溫性能和耐化學性能造成不良影響。

圖1 PPS 偽劣濾料的紅外光譜

圖2 玻纖混紡類偽劣濾料的紅外光譜

表1 為PPS 偽劣濾料、玻纖混紡類偽劣濾料的常規(guī)性能參數(shù)。由于滌綸和PPS 都是有機化纖，且纖維強力相近，因此單純從克重、厚度、透氣量、強力等常規(guī)性能上并不能明顯看出PPS 偽劣濾料與純PPS 的性能差異。玻纖混紡類偽劣濾料含有玻纖，由于玻纖性脆不耐折易受損，對加工要求較高，因此偽劣的玻纖混紡類濾料普遍具有厚、重等特點，其克重基本都在950g/m2以上、厚度≥3.0mm，密實度不好，而且在使用過程中自身的褶皺勞損也大大增加，強力易受損。

表1 偽劣高溫濾料的常規(guī)性能參數(shù)

2.2 耐溫性能

PPS 濾料可在160℃下長期使用，瞬間使用溫度可達190℃；玻纖混紡類濾料的長期使用溫度更高，為200℃～250℃。為了探究兩種偽劣高溫濾料的耐溫性能，將PPS 偽劣濾料和純PPS 濾料分別置于130℃、150℃、210℃的烘箱中恒溫24h，對比兩者的熱收縮和強力性能。如圖3 所示，受熱后PPS 偽劣濾料熱收縮明顯大于純PPS 濾料，而且隨著溫度升高，縱向熱收縮率顯著上升，經(jīng)210℃處理后縱向熱收縮率高達4.5%、橫縱向強力衰減35%，而純PPS 濾料在210℃恒溫24h 后強力未受損。

圖3 PPS 偽劣濾料不同溫度下的熱收縮率曲線

玻纖混紡類偽劣濾料經(jīng)260℃恒溫處理24h 后，橫縱向熱收縮率均在1.0%以內，但橫縱向強力出現(xiàn)衰減，約下降25%。結果表明，兩種偽劣高溫濾料由于纖維層中摻混了滌綸，耐高溫性能明顯下降，在高溫環(huán)境中使用存在收縮、強力大幅損失等風險。

2.3 耐堿性能

將PPS 偽劣濾料、玻纖混紡類偽劣濾料浸泡在5%NaOH 溶液中，經(jīng)過95℃水浴加熱24h 后，進行斷裂強力測試，并計算其強力保持率。如圖4 所示，兩種偽劣高溫濾料經(jīng)堿處理后強力損失較大，強力保持率低于65%，這表明兩種偽劣高溫濾料的耐堿性能較差。

圖4 堿液浸泡24h 后強力保持率對比

3 偽劣高溫濾料的工程失效形式

3.1 PPS 偽劣濾料（PPS+PE）

某紙業(yè)自備電廠采用袋式除塵器過濾鍋爐煙氣，進口煙溫100℃～160℃、煙氣氧含量8%、水蒸氣含量14%、入口粉塵濃度20g/m3。除塵器投運一年后，濾袋大面積破損，煙塵排放超標，客戶被迫提前更換全部濾袋。

如圖5 所示，濾袋破損形式表現(xiàn)為全身沿著縱向開裂，非機械磨損所致，裂口整齊，且裂口容易用手繼續(xù)撕裂。經(jīng)檢測，濾袋強力損失極大，橫向強力已接近或低于300N，衰減幅度大于80%。經(jīng)紅外光譜分析，濾袋材質與上述PPS 偽劣濾料一樣，纖維層含有PE。由于該電廠進口煙溫波動較大，有時可達160℃，遠高于PE 纖維的耐受溫度，且煙氣水分含量較大，PE 纖維耐高溫性能差且不耐水解，在該工況下使用易發(fā)生高溫降解和水解，導致纖維受損，強力大幅衰減。如圖6 所示，PPS 偽劣濾料使用一年后經(jīng)掃描電鏡觀察，纖維出現(xiàn)分叉、斷裂、剝離等現(xiàn)象。

圖5 PPS 偽劣濾袋失效的外觀

圖6 PPS 偽劣濾袋的電鏡

根據(jù)工程應用經(jīng)驗，該電廠的煙氣工況對純PPS濾料而言，使用四五年完全沒問題。由于選型不當，使用了偽劣摻假的PPS 濾料，導致濾袋壽命大大縮短，濾袋在短時間內大面積失效。

3.2 玻纖混紡類偽劣濾料（GL+PE）

如圖7 所示，玻纖混紡類偽劣濾料在某化工廠使用6 個月后出現(xiàn)破袋現(xiàn)象，導致排放超標，使用溫度為200℃～220℃。濾袋破損形式表現(xiàn)為纖維從基布剝離，與基布基本已無纏結力，且纖維易用手扯成碎屑狀，強力損失較大。如圖8 所示，經(jīng)掃描電鏡觀察濾料纖維層受損嚴重，部分斷裂呈碎末狀。玻纖混紡類偽劣濾料使用半年后的強力見表2。

圖7 玻纖混紡類偽劣濾袋失效的外觀

圖8 玻纖混紡類偽劣濾袋的電鏡

表2 玻纖混紡類偽劣濾料使用半年后的強力

可見，假冒偽劣的玻纖混紡類濾料加工質量差，在針刺過程中玻纖受到的損傷較大，與基布的纏結不良。濾袋耐彎折和噴吹性能較差，在使用過程中反復受到煙塵氣流和脈沖噴吹氣流等外界硬力作用，易導致玻纖嚴重受損，纖維層與基布出現(xiàn)剝離等現(xiàn)象。此外，該工況煙溫較高，濾袋所含的滌綸纖維長期受高溫影響熱穩(wěn)定性能下降，纖維受損斷裂。

4 結語

假冒偽劣的高溫濾料產(chǎn)品雖然價格低廉，但在高溫煙氣中使用風險較高，問題層出不窮，使用壽命普遍較短。隨著國家環(huán)保標準的日趨嚴格，濾袋的正確選型尤為關鍵。用戶應根據(jù)現(xiàn)場工況和排放要求選擇適宜的濾料材質，并選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，進行必要的真?zhèn)尾轵灒源_保袋式除塵器的達標排放和經(jīng)濟運行。