高溫煙氣治理用P84濾料性能研究

摘 要：P84纖維因其良好的耐高溫、阻燃等性能，在高溫行業得到青睞，但一直未得到大力推廣，除價格居高不下以外，還與P84纖維異形結構有關。鑒于此，從濾料孔徑、過濾效率、粉塵剝離率、殘余阻力、清灰周期等方面出發，對P84濾料、PPS濾料、混紡濾料、覆膜濾料及梯度濾料進行試驗對比分析，從理論及試驗維度分析了P84濾料過濾性能差于PPS濾料的原因。

關鍵詞：高溫煙氣；P84濾料；異形結構；性能；試驗

中圖分類號：TQ34" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）16-0022-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.16.007

0" " 引言

近年來，中國經濟高速發展，鋼鐵行業、火力發電、垃圾焚燒、水泥行業等發展迅猛，帶來經濟效益的同時導致了嚴重的污染問題，這些工業領域排放的煙塵氣體中含有大量高溫有害氣體，如硫氧化物、氮氧化物及粉塵顆粒物等，直接排放到大氣環境中，將造成嚴重的大氣污染。電袋復合除塵器作為一種重要的除塵設備，在這些領域的煙塵治理方面得到廣泛應用。濾袋是電袋復合除塵器的重要組成部分，其中高溫煙氣治理用的濾料，一般需要耐酸、耐堿、耐水解等，濾料通常會選用PPS、PI（P84）、PTFE、GL等纖維或纖維混紡，并需經過針刺、熱定型、后置處理等工序[1]。聚酰亞胺聚合物屬于高性能聚合物，具有優良的耐熱性和阻燃性，最早由Inspec Fibres公司（奧地利）于20世紀80年代后半期生產出來，進口PI行業內一般稱為P84，以與國產PI區分[2]。聚酰亞胺纖維的優異性能決定了它是目前袋式高溫除塵材料的最佳選擇，凡芳等人[3-4]基于P84在水泥窯尾中的實際應用認為，P84濾料能滿足水泥窯尾袋式除塵器粉塵排放濃度≤20 mg/m3甚至10 mg/m3以下的排放要求。聚酰亞胺纖維最顯著的特點是纖維橫截面為三葉瓣狀，縱向可見脊狀突出，該結構極大地增加了纖維的比表面積，使聚酰亞胺纖維濾料具有良好的捕集粉塵的性能[2]。2.2 dtex纖度的P84纖維表面積比同樣纖度圓形截面的PPS纖維約大65%[4]。P84（聚酰亞胺）纖維濾料長期耐溫230 ℃，瞬間耐溫260 ℃，是非熱塑性纖維，耐受脈沖清灰的磨損能力好，不規則橫截面提高了纖維之間的纏結力，使氈層結構更加牢固，P84纖維與玻璃纖維制成的復合針刺氈，在燃煤電廠得到了廣泛應用[5-6]。

基于此，本文主要研究P84特殊的三葉狀纖維形態對濾料纖維孔徑分布及過濾性能方面的影響。

1" " P84濾料的孔徑分布情況

P84的三葉狀異形結構（圖1）決定了其有較大的比表面積。對P84濾料、PPS濾料、混紡濾料、覆膜濾料及梯度濾料進行孔徑分布測試，濾料具體信息如表1所示。

從表2中的孔徑分布數據來看，P84的孔徑主要集中在2.16 μm左右，孔徑明顯小于PPS濾料、混紡濾料及梯度濾料，略大于覆膜濾料水平。這主要是因為其不規則的纖維，與圓形棒狀纖維相比，內應力大小不同，分布不均勻，從而使纖維自然卷曲，所以纖維之間具有較強的抱合纏結力，多維纏繞造成孔徑較小。

2" " P84濾料的過濾性能研究

P84纖維的三葉狀異形結構造成纖維比表面積較大，且從孔徑測試數據可知，P84濾料除小部分大孔徑外，其他孔徑較為集中，接近覆膜水平，其遠遠小于PPS濾料等孔徑。濾料孔徑越小，攔截粉塵能力越強。以下通過對P84濾料、PPS濾料、PPS+PTFE混紡濾料、覆膜濾料、梯度濾料過濾性能進行研究，探討P84三葉狀對過濾性能的影響。

過濾性能試驗研究按GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術要求》[7]進行，設備采用德國FilT Eq公司研發的粉塵過濾性能測試設備（行業俗稱“VDI設備”），粉塵采用德國進口氧化鋁粉塵，進口濃度為5 g/m3，過濾風速為2 m/min，噴吹壓力500 kPa（5 bar）。

2.1" " 對過濾效率的影響

從圖2過濾效率來看，老化前30次，P84過濾效率最差。結合孔徑分布數據分析，P84濾料3.75%左右的孔徑較大，甚至遠遠大于PPS濾料、混紡濾料。試驗初期，粉塵從大孔徑穿過，進而穿過濾料的粉塵較多，造成前30次過濾效率低下。經過10 000次老化試驗后，濾袋表面粉餅層進行過濾，這時P84剩余的大部分小孔發揮過濾功能，從后30次過濾效率來看，P84濾料的過濾效率略大于PPS濾料及混紡濾料，但仍未達到覆膜及梯度濾料的效果。因為梯度濾料、覆膜濾料為表層過濾，而P84濾料、PPS濾料、混紡濾料為深層過濾，梯度濾料、覆膜濾料的過濾效率最優。P84纖維濾料過濾效率略高的原因，可能與P84纖維濾料孔徑較小，表面形成的粉餅層較為密實有關。

2.2" " 對粉塵剝離率的影響

從圖3可知，P84濾料老化前粉塵剝離率最優，老化后粉塵剝離率僅次于覆膜濾料水平。P84濾料纖維，因為異形狀的結構，纖維與纖維之間抱合更為緊密，為清灰提供了有利條件。試驗初期，各種濾料粉塵剝離率相差不大，甚至覆膜濾料水平最低。老化試驗后，在粉餅層過濾條件下，單一纖維濾料的粉塵剝離率大于兩種混紡纖維濾料及梯度濾料，其中P84纖維濾料粉塵剝離率略大于PPS濾料。覆膜濾料因其特殊膜層過濾，粉塵剝離率比P84濾料、PPS濾料更優。

2.3" " 對殘余阻力的影響

單一種纖維濾料，纖維與纖維之間纏繞較為均勻，粉塵進入纖維之后較為容易清除，不同種濾料混合濾料，因孔洞分布不均，粉塵進入后，較難清除。從圖4、圖5老化前后殘余阻力對比圖可知：梯度濾料及混紡濾料的殘余阻力均大于PPS濾料、P84濾料；覆膜濾料因薄膜過濾的特殊性，老化前殘余阻力最高，老化后殘余阻力最低；PPS濾料與P84濾料老化前后殘余阻力相差不多，老化后P84濾料略小于PPS濾料。

2.4" " 對清灰周期的影響

從圖6可知，老化前，單一纖維濾料清灰周期長于混紡濾料、梯度濾料，其中PPS濾料清灰周期最長。從圖7可知，老化試驗后，覆膜濾料因膜過濾的特殊性，老化后清灰周期遠遠大于其他濾料。從圖6、圖7可知，PPS濾料整體清灰周期明顯大于P84濾料，可能是因為P84纖維的異形結構原因，纖維與纖維之間纏繞緊密，纖維孔徑較小，粉塵進入纖維后，嵌于纖維之間，不易清除，而PPS纖維為光滑圓柱狀，粉塵就算嵌入纖維之間，在脈沖清灰條件下也較為容易清除。

3" " 結束語

P84纖維因其良好的耐高溫、阻燃等性能，在高溫行業得到青睞，但由于P84纖維目前來源主要還是依靠進口，價格仍居高不下。P84纖維因其特殊的三葉狀結構，其制成的濾料孔徑較小，過濾效率較好，粉塵剝離率優；但三葉狀結構又帶來不易清灰等弊端，造成殘余阻力較大、清灰周期較短。總體來說，P84濾料并未表現出大于PPS濾料的優勢，同時，過濾效率等無法達到覆膜濾料、梯度濾料水平，整體難以到達超低排放要求。另外，P84濾料耐堿及耐水解性能差，一般將其與玻璃纖維或其他纖維進行復合制成濾料，在高溫行業，單一P84纖維濾料目前仍未得到大面積推廣。

[參考文獻]

[1] 鄭奎照.燃煤鍋爐用PPS濾料失效分析[C]//2011全國袋式除塵技術研討會論文集，2011：236-241.

[2] GRIESSER H，陳穎，金智才.P84聚酰亞胺纖維在非織造業中的應用[J].產業用紡織品，2000（3）：40-42.

[3] 商龔平.從霧霾猖獗看我國聚酰亞胺纖維產業發展[J].新材料產業，2014（5）：48-50.

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[5] 嚴爍，梁燕，楊東，等.常用工業窯爐煙氣除塵濾料用纖維性能對比分析[J].化纖與紡織技術，2020，49（9）：39-45.

[6] 朱平.玻璃纖維與P84纖維混雜針刺氈高溫濾材[J].玻璃纖維，2004（6）：22-23.

[7] 袋式除塵器技術要求：GB/T 6719—2009[S].

收稿日期：2024-04-23

作者簡介：戴樹康（1990—），男，福建人，工程師，研究方向：機械工程及自動化。