超低排放下過濾材料選型探討

邱薰藝，林鴻劍，張靜云，陳建文

(1.廈門中創環保科技股份有限公司，福建 廈門 361101；2.福建省袋濾材料與技術重點實驗室，福建 廈門 361101；3.廈門市袋濾材料與技術重點實驗室，福建 廈門 361101)

袋式除塵器是治理大氣粉塵污染的高效除塵設備，最大優點是除塵效率高，過濾效率與氣體溫度、粉塵成分、粉塵性能幾乎無關，受入口粉塵濃度變化影響小，出口排放濃度基本穩定。

袋式除塵器的核心組件是濾袋，濾袋的過濾凈化機理包括篩濾、碰撞、攔截、靜電等效應。為進一步提高濾袋的過濾效率，濾袋生產商通過覆膜、添加超細纖維、增加克重、水刺加工、增加濾袋過濾面積等工藝技術，從多個方面來實現超低排放。

1 覆膜對過濾效率的影響

覆膜是將聚四氟乙烯（PTFE）微孔膜通過熱覆或膠覆的方式覆合在濾料表面。PTFE 微孔膜孔徑為0.2—2μm，遠遠小于無紡布平均孔徑，可以有效將粉塵攔截在濾料表層，實現表面過濾，增加過濾效率。同時，PTFE 微孔膜黏附性小、易清灰，可以降低清灰阻力和清灰周期。

覆膜濾料的缺點是膜本身不耐磨，超高濃度的煙塵工況（如粉塵含量在500g/Nm3以上）或高磨琢性工況可能磨損PTFE 微孔膜。在膜破損情況下，對于面密度不足的無紡布濾料或機織布，如直接過濾粉塵，可能會導致排放濃度超標[1]。覆膜濾料PTFE 微孔膜破損后，煙氣粉塵排放濃度可能達不到超低排放要求。如圖1、圖2 所示，覆膜濾料在安裝過程中出現膜破損，露出基材，該破損位置已不具備膜的表面過濾效果。因此，覆膜濾料在安裝過程中要注意保護膜表面，避免直接與硬物發生摩擦，導致膜破損。

圖1 覆膜濾料破膜視頻顯微鏡圖

圖2 覆膜濾料破膜掃描電鏡圖

相對于常規濾料，覆膜濾料是實現超低排放控制的有效途徑之一，其所具備的表面過濾性能，在初始階段就能起到很好的粉塵過濾效果。

按《袋式除塵器技術要求》（GB/T 6719—2009）測試面密度均為550 g/m2的聚苯硫醚（PPS）覆膜濾料和非覆膜濾料的動態過濾性能，10 000 次老化后覆膜濾料的殘余壓差很快趨于穩定，30 周期后覆膜濾料具有更低的殘余阻力和更高的過濾效率。覆膜濾料和未覆膜濾料30 周期壓差和過濾效率、老化過程圖、30周期殘余阻力見表1、圖3、圖4。

圖3 覆膜濾料和未覆膜濾料老化過程圖

圖4 覆膜濾料和未覆膜濾料30 周期殘余阻力圖

表1 覆膜濾料和未覆膜濾料30 周期壓差和過濾效率

2 超細旦纖維對過濾效率的影響

纖維的比表面積決定了對粉塵的攔截效果，同樣的克重下，線密度越小的纖維提供的比表面積越大。細旦纖維、超細旦纖維的纖維直徑小，目前常規的無紡布濾料纖維線密度多為2D，纖維直徑為14—18μm，細纖維線密度為0.8—1.5D，纖維直徑為6—14μm，海島纖維直徑低至1.5μm[2]。相同面密度、相同材質的濾料，纖維線密度越大，纖維數量越少，交錯形成的孔徑越大。因此，加入細旦纖維、超細旦纖維，可大幅度減小濾料孔徑，提高濾料過濾效率，從而實現超低排放。添加超細旦纖維的2D 水刺濾料電鏡圖見圖5。

圖5 添加超細旦纖維的2D 水刺濾料電鏡圖

3 增加過濾面積對過濾效率的影響

濾袋的過濾效率除了與濾料本身的材料特性、結構有關外，濾料表面過濾風速也是影響濾袋過濾效率的一個核心因素。濾料表面過濾風速越大，氣流通過濾料纖維間的速度越快，同時迎塵面與凈氣面的壓差越大，越容易將粉塵從迎塵面粉餅層帶入濾料內部，再從濾料內部帶出，導致最終排放濃度超標。因此，降低濾料表面過濾風速，是降低排放濃度的有效方法。

如圖6 所示，在同一濾料上取相近的兩個樣品：取直徑15cm 的圓形樣品并用硅膠覆蓋封堵住其20%面積作為高風速樣品A，另取鄰近同面積的樣品不做覆蓋處理作為低風速樣品B。按《袋式除塵器技術要求》（GB/T 6719—2009）進行測試，低風速濾料和高風速濾料的30 周期壓差和過濾效率見表2，從結果可以看出，低風速濾料B 具有更高的過濾效率。

表2 低風速和高風速濾料30 周期壓差和過濾效率

圖6 測試樣品說明

除塵器風量根據工藝需求進行設計，通常是固定的，降低表面過濾風速的主要辦法是降低氣布比，即增加濾袋的過濾面積。目前常用的方法有增加濾袋長度及增加濾袋數量，這兩個方法的缺點是都需要改變除塵器結構，改造成本高，甚至部分除塵器設計時并沒有保留過多冗余，無法以這兩種方法進行改造。

為了達到增加過濾面積的效果，可直接將濾袋替換為濾筒。濾筒外徑與濾袋相同，無需對除塵器花板進行任何改動，只需在裝完袋頭后，將濾筒直接從花板孔放入即可，操作便捷。濾筒將濾料打褶加工成多褶狀“峰谷”袋身（見圖7），因此具有更高的過濾面積。根據工況設計合適的褶高、褶密，濾袋與濾筒在相同高度下，濾筒的過濾面積是濾袋的2—8 倍。

圖7 濾袋與濾筒的結構外觀圖

濾筒濾料經過耐高溫硬挺處理，濾料的“峰谷”結構在過濾時，由外向內的風壓及反吹脈沖清灰的往復作用不會使濾筒發生坍塌、鼓脹、變形，仍可保持多褶形態，保證了濾筒在過濾時面積穩定。在實際選型中，可根據氣布比設定濾筒過濾面積及過濾風速，以最終實現超低排放效果。

4 結語

濾料廠商可以通過覆膜、在濾料中添加超細旦纖維、將濾袋替換為濾筒等方法，或者選用多種技術組合的方法，有效提高除塵器的過濾效率，以達到粉塵超低排放的要求。