陶辉 我国袋式除尘器滤料的技术进步121021.doc
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5、气污染概况1.1 大气污染模式我国是产煤、燃煤大国,在一次能源消耗中,煤炭约占70%。我国的大气污染模式是以煤烟型污染为主的复合型污染,其中90%来自工业污染,电站锅炉、冶金炉窑、水泥生产线是三大集中污染源,主要污染物为悬浮颗粒物和二氧化硫。1.2 烟尘及粉尘排放我国近十五年工业烟尘排放量趋势见图1.1图1.1我国近十五年工业烟尘排放量趋势图从上图可见,在最近十年中,尽管我国煤炭、钢铁、水泥等产量以年均1020%的高速递增,照例污染物发生量也按同比高速增加,但烟尘实际排放量基本稳定并略有下降。这得益于除尘技术的进步和环保工作者的不懈努力。2008年工业烟尘及工业粉尘的发生量及排放量见表1.1
6、。表1.1工业烟尘及工业粉尘的发生量及排放量污染物发生量(万吨)去除量(万吨)排放量(万吨)去除率(%)SO241252286183955.4工业烟尘311463054260498工业粉尘9005847153494工业烟尘排放分配比例:电力工业、非金属矿物制品(水泥等)业、冶金钢铁等是主要烟尘排放大户,约占烟尘排放量的70%。工业粉尘排放分配比例:非金属矿物制品(水泥等)业、冶金钢铁是主要粉尘排放大户,约占粉尘排放量的86%,详见图1.2。图1.2 工业烟尘(粉尘)排放分配比例1.3 工业烟尘粒径分布工业污染源排放的烟尘,其粒径大都在0.1100um之间,见粒径分布图1.3。图1.3工业烟尘粒
7、径分布2. 袋式除尘器2.1 袋式除尘器最适宜处理微细烟尘(粉尘)在大气污染控制领域,静电除尘器、袋式除尘器、湿式(高能)除尘器是应用最多的三类高效除尘设备,其分级除尘效率见图2.1。2.1工业烟尘常用除尘器分级除尘效率可见,袋式除尘器在宽阔的粒级范围内具有稳定高效除尘功能,并对PM2.5微尘也有很高的除尘效率,因而应用最广、发展最快。 我国政府正修订各类污染物综合排放标准,把颗粒物排放浓度提高到50mg/Nm3,重点地区为30mg/Nm3,并正酝酿将PM2.5呼吸性尘的排放限值列入有关标准。 目前我国垃圾焚烧行业100%使用袋式除尘器,冶金行业超过95%,水泥行业已达80%,火电行业原来是电
8、除尘器一统天下,现在也大量使用袋式和电袋复合除尘器。2.2 滤袋(滤料)是袋式除尘器的核心部件滤袋是袋式除尘器的核心部件,滤料的品种、质量和技术水平是袋式除尘器得以成功应用和快速发展的重要条件。2.3 袋式除尘产业发展形势图2.2为中国环保产业协会袋式除尘委员会在本会范围内统计的我国袋式除尘行业产值和滤料产值的历年汇总。图2.2袋式除尘行业历年产值统计上图仅为不完全统计,也反映了我国袋式除尘产业在近五年中蓬勃发展的势头。08年销售总量已达168亿元,从07年起,超过静电除尘器。除尘滤料近5年年均增速约20%,08年销售总额已达39.1亿元,滤料年产量约为9000万平米,其中高温滤料约4000万
9、平米。 3. 我国袋式除尘器滤料的技术进步3.1 滤料研发初级阶段上世纪五十年代我国开始从国外引进袋式除尘器产品,但当时没有国产专用除尘滤料。我国除尘滤料最先使用棉素布、毛呢毡等民用织物。1970年研制成功208工业涤纶绒布我国除尘滤料第一个品牌;1978年为适应高能脉冲清灰袋式除尘器的发展需求,研制成功三维针刺毡滤料,其过滤清灰性能比208绒布提升一个档次,90年代研制成功高密面层针刺毡;1985年为适应反吹风袋式除尘器的发展需求,研制成功圆筒形缎纹机织滤料729滤料,进而开发MP922高强抗静电滤料;1994年研制成功PTFE覆膜滤料,使除尘滤料的过滤机理更多地接近面过滤,突显高效低阻功能
10、。这些作为我国除尘滤料发展的初级阶段,在上世纪末期统领我国除尘滤料市场。我国合纤滤料与玻纤滤料的研发进程详见表3.1、表3.2。表3.1我国合纤滤料研发进程表3.2我国玻纤滤料研发进程在这一阶段1978年研发成功针刺毡滤料、1994年研发成功覆膜滤料是两大突出成就。针刺毡滤料实现除尘滤料的结构从二维转向三维的突破,适用于脉冲喷吹类高气布比袋式除尘器,具有过滤效率高,运行阻力低的优越性,见图3.1。图3.1针刺毡滤料与机织滤料性能对比覆膜滤料实现除尘滤料的过滤机理从体过滤向面过滤的转化,尤其适用于粘性超细粉尘,过滤效率高一个数量级,运行阻力低而平稳,见图3.2。图3.2 覆膜滤料与常规滤料性能对
11、比3.2 滤料研发高级阶段进入新世纪,随着我国经济的高速发展以及排放标准的日趋严格,在“节能减排”政令驱使下,袋式除尘器从例行的冶金、建材、机械、轻工等工业部门进入电站锅炉、垃圾焚烧炉等新领域。尘气条件具有高温、高浓度、高湿、强腐蚀及多变的特点,过滤功能从单纯除尘扩展到颗粒物除尘、有害气体净化一体化处理。对除尘滤料的功能、品种、质量提出更高的要求。这十多年正是我国除尘滤料大发展的时期,在滤料纤维、滤料结构、后处理和生产装备各方面得到全面提升与进步,见表3.3。表3.3 袋式除尘滤料的深度研发序号研发内 容1自行研制并批量生产间位芳纶、PTFE、PPS、超细玻纤、超高温玄武岩纤维、轶纶等耐高温特
12、种纤维。2在94年自行试制覆膜滤料基础上,深入研发高温滤料热熔覆膜工艺和生产线,提高覆膜滤料质量,增加覆膜滤料品种。3在90年代研制高密面层针刺毡滤料的基础上,深入开发HBT-RM、麦特斯等多个系列梯度结构滤料,提升针刺毡滤料的表面过滤功能。4利用不同纤维的特性,生产莱氟ZMS-、PUNATECPD、FMS、TFM等多个系列混合纤维针刺毡滤料。5深入开展滤料浸渍及涂层等后处理工艺和药制配方的试验研究,改善滤料的物理、化学性能和表观质感,延长使用寿命。6开发纳米催化剂气流成网技术,制成载负催化剂的复合针刺毡滤料,兼具过滤和催化裂解功能,用以分解二噁英等有机废气。7通过深入研究考察,引进关键技术和
13、设备,建成世界一流水刺毡生产线,实现三维毡滤料制造工艺的一次革命。3.2.1特种功能纤维的研发特种功能纤维历来一直由外商独霸市场,近十多年来我国自主研发取得很大进步,详见表3.4。表3.4 我国特种功能纤维的研发纤维名称厂 商特 性产 能(t)间位芳纶(芳纶1313)烟台氨纶纽士达吴江圣欧超美斯新会彩艳粉芳斯建有正规的自动化生产线,质量稳定600020001000芳砜纶上海合纤特安纶(TANLON)25%间位+75%对位耐热抗氧和稳定性较优2000聚苯硫醚PPS四川德阳科技江苏瑞泰建有PPS树脂及纤维生产线,生产常规短纤及长纤50003000聚酰亚胺PI(P84)长春高琦轶纶(YILUN)全程
14、研发,拥有自主产权3000聚四氟乙烯PTFE上海凌桥浙江格尔泰斯常州中澳纤维、线、膜制品5000超细玻纤山东新力南京中材营口美龙B级E玻纤-3.5um,提高柔软性、耐磨性玄武岩纤维CBF洪源玻纤池窑拉丝工艺、6um、耐酸碱、耐水解(1) 纽士达间位芳纶纤维。规模及产品质量已达到国外同类产品水平,见表3.5、表3.6。表3.5 纽士达间位芳纶纤维规格及性能特 性单 位产品规格细度denier1D5D13D断裂强度g/D3.9-4.34.0-4.44.0-4.3伸长%25-2825-3025-30卷曲数N/25mm81481481430015min干热收缩%151515回潮率%68.568.568
15、.5表3.6 纽士达间位芳纶纤维与其它高温纤维比较比较对象NEWSTAR间位芳纶优点缺点PPS耐温高、极限氧指数高、抗氧化性好耐酸性差PTFE可纺性好、过滤精度高、高温下无蠕变、成本更低抗酸碱腐蚀性差、耐温低、易水解P84成本更低捕尘效果弱玻纤耐磨性好、使用寿命长、废袋处理不会形成二次污染耐温低、成本高(2) 聚苯硫醚纤维(PPS)。已有多家企业生产,并形成批量供货能力,纤维性能见表3.7、表3.8。表3.7 聚苯硫醚短纤维性能项目PPS短纤线密度(dtex)2.27.8dtex2.23.05.5断裂强度(CN/dt)4.34.13.7断裂伸长(%)546283极限氧指数(%)404040使用
16、温度()190190190化学稳定性除热的浓硫酸和浓硝酸外,其耐酸碱性很强,200以下无溶剂可溶。表3.8 聚苯硫醚长纤维性能项目PPS长纤线密度(dtex)220440dtex/50100f断裂强度(CN/dt)4.1断裂伸长(%)22极限氧指数(%)40使用温度()190化学稳定性除热的浓硫酸和浓硝酸外,其耐酸碱性很强,200以下无溶剂可溶。(3) 全流程自主研发聚酰亚胺纤维(PI-轶纶),已批量生产并投入生产性应用。纤维性能见图3.3、表3.9。图3.3 轶纶纤维和其他纤维的动态力学性能比较表3.9轶纶纤维性能参数及与同类纤维性能对比性 能YL-100(Yilun)P84(奥地利)PRO
17、CON(日本PPS)纤度(dTex)Fineness (measured)2.02.01.7 强度,cN/dTexTenacity4.23.83.4 玻璃化温度 Glass Transition Temperature 36031590收缩率(%)280,三十分钟Shrinkage at 280, 30 minutes0.35%(收缩率240十分钟)3%(180,三十 分钟)3634303026.7延伸率 1571066收缩率 2250 30min2250 30min2250 30min4250 15min4260 15min表3.11 PTFE短丝纤维性能及对比金由 JUSF-W国外 X公司
18、国内Z公司国外 Y公司线密度den2.53.50.22.22.51712长度mm48/72(6mm倍数)525252卷曲(个/25mm)810无12(5) 耐高温玄武岩超细纤维深度研发,并推向工程应用。纤维性能及其与玻纤的比较见表3.12、表3.13及图3.4。表3.12玄武岩超细纤维性能指标表3.13玄武岩纤维与玻纤性能对比无碱玻纤 中碱玻纤玄武岩纤维拉伸强度(MPa)310038002700340030004840耐折性(次)15300750022000耐酸强力保留率(%)5696110耐碱强力保留率(%)754991耐水解强力保留率(%)887596使用温度()-60350-60300-
19、269650耐磨强力保留率(%)342361图3.4 玄武岩纤维和玻纤的耐酸碱性能对比3.2.2 覆膜滤料的持续开发与理性推广1994年我国试制成功PTFE覆膜滤料,首先在冶金除尘工程应用。进入新世纪覆膜工艺日臻成熟,产品门类品种多样,产品质量不断提高。PTFE膜是以分散PTFE树脂为原料,经特殊的双向拉伸工艺制成,立体网状结构。具有不粘性、光滑和多微孔及PTFE的一切特性。微孔数量可达1109/cm2,可以覆合在传统的针刺毡和织制滤料表面,具有以下特点: (1)孔径分布均匀可控制在0.053m内;(2)开孔率:85% 93% ;(3)可捕集粒径0.3m以下的超细粉尘;(4)优异的过滤效率(9
20、9.99%以上);(5)卓越的尘饼剥离性能;(6)光滑表面使糊袋现象大大减少;(7)过滤速度高,能耗低;(8)良好的使用寿命,优异的性价比。PTFE膜是由双相拉伸形成的纵横交错纤维网,制膜和覆膜工艺是决定覆膜滤料产品质量的两大关键。图3.5是PTFE膜的微观结构SEM摄影,可见A、B、C、D都存在这样和那样的问题,是不合格膜,但用肉眼难以分辨。 A B C D 优质膜图3.5 PTFE膜的SEM摄影覆膜滤料有利于阻止尘粒渗入内层,实现表面过滤,见图3.6。 含尘覆膜滤料 含尘不覆膜滤料图3.6覆膜滤料与不覆膜滤料容尘性能对比覆膜滤料易清灰,具有低而平稳的阻力,尤其适用于超细粘性粉尘,见图3.7
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