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袋除塵技術中耐高溫濾料的選用與發展趨勢

  摘要:長期以來,我國經濟和工業化的高速發展帶來了嚴重的環境問題。尤其是鋼鐵、水泥、煤炭、電力等行業,耗能高、污染高,帶來了大量的工業煙塵和廢氣,導致空氣污染加劇,危害我國近十億人民的健康。全國環境統計公報顯示,2014 年我國廢氣中煙(粉)塵排放量高達1 740.8 萬t,其中83.6% 來自工業煙(粉)塵排放。工業煙(粉)塵排放中大量的微細粒子(包括PM 10、PM 2.5 等)是直接導致我國大氣環境質量惡化的元兇之一。袋式除塵技術是工業除塵的一種,以其高效除塵的性能,已在我國鋼鐵、水泥、電力等行業得到了廣泛的應用,從源頭上抑制了工業排放氣體中微細顆粒物對我國大氣環境的污染。

  1袋除塵技術的進步

  袋除塵技術作為一種主要的除塵手段, 廣泛應用于冶金、鑄造、建材、電力等行業。由于袋除塵器除塵效率高、能夠滿足極其嚴格排放標準的特點, 因而受到發達國家的普遍重視, 因此袋除塵器及相關技術也獲得了極大的發展和應用。德國水泥工業80% 的廢氣是通過袋除塵器凈化的, 這使水泥粉塵的散失量小于其產量的0.05%。一些傳統上使用電除塵器的場所, 如水泥廠回轉窯尾、冷卻機也開始改造為大型袋除塵器。原因是袋除塵器的運行費用雖然比電除塵器高, 但其設備費用往往只有電除塵器的一半, 更需要的是, 電除塵器的排放濃度很難達到50 mg/m3。許多發達國家如美國、加拿大、澳大利亞在電廠的除塵中, 也大量采用袋除塵器替代電除塵器, 如澳大利亞新南威爾士洲20 臺燃煤機組中,18 臺采用了袋除塵器, 總裝機容量超過10 000 MW, 這使電廠粉塵的發散量大大降低。國內由于經濟技術條件的限制以及一部分觀念上的原因, 這些領域的袋除塵技術一直沒有得到較大的發展。袋除塵技術在很大程度上取決于濾料的選材, 長期制約袋除塵技術發展的主要原因是濾料的耐溫問題及過濾風速偏低。20 世紀80 年代中期, 隨著濾料技術、制造技術、控制技術等相關技術的發展, 袋除塵技術在立窯水泥廠烘干及窯頭窯尾、超高功率電弧爐、高爐煤氣凈化、炭黑廠尾氣收集等許多領域都取得了很大的進步。

  2 目前所使用的幾個濾料品種

  目前用于袋除塵器的國產耐高溫濾料品種較少, 使用纖維的品種只集中在玻璃纖維和美塔斯(Metamax) 化學纖維兩種原料上, 濾布的材質主要有小高爐用的機織玻璃纖維布, 為中堿玻璃纖維, 一般為后處理, 也有用素布的;300 m3 左右的中型高爐絕大部分使用的為前處理或后處理的下班纖維布, 中堿、無堿均有; 部分300 m3 中型高爐近年來采用首鋼設計院設計的高爐煤氣凈化技術———長袋低壓脈沖除塵器, 選用的濾料為杜邦———帝人公司的美塔斯針刺過濾氈; 大型煉鐵高爐, 如首鋼、太鋼使用的濾料為從日本進口的美塔斯針刺氈; 上海五鋼公司100 t/h 直流電弧爐使用的濾料為滌綸針刺氈; 立窯水泥廠的玻纖袋除塵器使用的濾料為玻璃纖維, 結構為膨體紗和連續纖維的, 還有Midwesco 公司提供的玻纖濾料。

  3 濾料的選用原則

  濾料通常是以纖維為原料制成的, 各種纖維具有不同的理化特性, 在滿足溫度、濕度、強度, 以及耐化學穩定性要求方面各有所長。作為濾料用途, 必須充分掌握含塵氣體的特性, 認真對照各種纖維所具性能, 加以合理選擇。含塵氣體的溫度是選用濾料的一個首要因素, 各種纖維材質可供長期連續使用的溫度, 以及考慮到由于設備和管理的原因而允許的間斷瞬時可使用的上限溫度。按連續使用的溫度( 干態), 可把濾料分為三類: 低于130℃為常溫濾料;130℃ ~200℃為中溫濾料; 高于200℃為高溫濾料。對于氣體溫度激烈波動的工況條件, 宜選擇安全系數稍大一些的, 瞬間峰值溫度不得超過濾料的上限溫度。對于高溫煙氣, 可以直接選用高溫濾料, 也可以在采取冷卻措施后選用中溫或常溫濾料, 具體選擇應通過技術經濟分析和比較后確定?赡200℃以上高溫的過濾材料除由美塔斯和玻璃纖維制作外, 還有惡二唑、聚苯硫醚、聚亞酰胺、聚四氟乙烯、不銹鋼纖維等。后幾種纖維的耐溫性、化學穩定性并不比前兩種差, 但也要從制造加工成本和生產難易程度上加以選擇確定。除溫度因素外, 還要綜合考慮含塵氣體的濕度、腐蝕性、可燃性、爆炸性, 粉塵的形狀、粒徑大小、附著力和凝聚性, 以及根據袋除塵器的清灰方式來選擇濾料。清灰方式是選擇濾料結構品種的一個主要因素, 不同清灰方式的袋除塵器因清灰能量、濾袋形變特征的不同, 需選用不同結構品種的濾料。如脈沖除塵器為脈動清灰, 屬于高能清灰, 要求濾料強度高、耐磨、耐折、耐沖擊, 需采用氈類濾料, 玻纖布和機織布不宜應用。針刺氈濾料是相對于紡織濾料的一個進步, 具有更高的除塵效率和透氣率; 通過燒毛或熱軋光等表面整理, 可具有良好的粉塵剝離性能。更主要的是, 采用脈沖噴吹這種強力清灰的方式, 可以保證設備阻力處于較低的限度內。目前有性能更優的濾料, 例如: 薄膜濾料、涂層濾料等, 可以獲得更高的除塵效率和過濾風速、更低的設備阻力、更長的使用壽命, 但價格較貴。薄膜濾料通常只在回收貴重物料或凈化要求特別高的場合, 才值得使用, 即使在發達國家和地區, 其市場占有率也不高。因此氈類濾料在今后很長一段時期內將成為過濾材料的主流產品。

  4 氈類濾料在應用中存在的問題

  長袋低壓脈沖除塵器經過實踐證明, 其具有濾速高、清灰效果好、濾袋壽命長、設備簡單、故障少、操作維護方便等優點,完全可以取代大布袋反吹風除塵系統。但目前所使用的兩種氈類濾料均存在不同缺點, 還不是最理想的濾料。美塔斯針刺氈使用壽命長, 但價格較貴, 耐溫在220℃左右, 對現場操作水平和溫控水平均要求較高; 玻纖氈濾袋雖耐溫波動范圍較大, 價格便宜, 但同美塔斯針刺氈相比, 運行阻力高、耐磨和耐折性差、使用壽命短。二者綜合使用成本相差不太大, 對比之下, 前者性能好, 價格也高; 后者性能差, 價格也低。

  5 新型的耐高溫濾料

  近年來, 遼寧撫順市工業用布廠與營口玻璃纖維有限公司, 在玻纖氈的基礎上研制及開發了氟美斯耐高溫過濾氈的系列產品,部分型號的產品已批量投放市場。其中最適合高爐煤氣凈化使用的耐高溫過濾氈為FMS9806 型, 它是P84 與玻纖的復合產品, 其耐溫為260℃ , 透氣性好于玻纖氈, 價格與玻纖氈差距不大。此濾氈飽合更牢固, 耐磨、耐折, 并可以達到化纖氈的壽命。因P84 纖維的截面為無規則形截面, 因此具有更大的表面積, 其產品過濾效果更佳, 是今后很有發展前景的一種價廉物美的新型濾料。均好;斷裂伸長率僅為6%~9%, 大大低于常規合成纖維濾料; 透氣性好于玻纖氈, 略低于美塔斯氈; 靜態除塵率在325 目標準粉塵狀態下達到99.99%, 過濾效率完全可以達到高爐煤氣凈化的要求。氟美斯過濾氈在韶關治煉廠應用效果很好, 壽命達9 個~10 個月, 比玻纖氈壽命長6 個~7 個月; 在盤錦天然氣化肥廠應用, 在300℃煙氣條件下, 使用壽命達6 個月; 在蒙西水泥有限公司, 氟美斯過濾氈應用于4 m/min 的高過濾風速除塵器中, 有時溫度還超標, 目前使用壽命已超過半年。綜合以上實踐證明, 在高爐煤氣凈化中, 氟美斯過濾氈的使用壽命與玻纖氈相比, 可提高0.5 倍~2 倍。

  6 高爐煤氣凈化用布袋及濾料的發展趨勢

  近年來, 隨著我國工業的飛速發展, 工業粉塵對大氣的污染在加重, 排放標準日益嚴格, 因而對濾料提出了更高的要求。濾料是袋除塵器的心臟, 每一次袋除塵技術的變化與革新無不是從濾料的變革更新開始的。高效、高風速、低阻力、低價格、耐高溫復合型針刺氈是濾料發展的必然趨勢。氟美斯過濾氈濾料將應用于引進的大布袋除塵器, 替代進口產品。

  結束語:

  長袋低壓脈沖除塵器因其過濾風速高、投資節省、操作運行方便, 仍將在一段時間內成為袋除塵器的主力機型; 反吹風布袋除塵器因占地面積大、過濾風速低、投資規模大, 將處于逐步淘汰的局面; 大布袋除塵器過濾風速低, 屬低能清灰, 易于保護布袋,可保證除塵器穩定地運行, 它仍是某些領域的主要凈化設備, 只是使用的濾料在提高過濾精度和濾料的強度、降低運行阻力、防止滲漏及降低布袋伸長率等方面還會不斷地改進。