燃煤鍋爐除塵專用濾料的開發(fā)

聶換換汪黎明(青島大學紡織學院，青島，260071)

摘要：介紹機械制造廠燃煤鍋爐的煙塵特點，分析濾料失效的原因，提出一套針對該工況的濾料解決方案。介紹針對復雜工況條件所選用的纖維種類以及復合面層原料成分配比的確定，最終選用針刺工藝加工并對該新產(chǎn)品的基本性能進行了測試分析。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐，除塵，濾料，PPS纖維，P84纖維，軼綸

中圖分類號：TS176文獻標志碼：A

收稿日期：2014-09-12

作者簡介：聶換換，女，1987年生，在讀碩士研究生。研究方向為過濾材料。

當前，我國的能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主，工業(yè)燃煤鍋爐每年要消耗大量的煤炭，同時也是我國主要的煤煙型污染源。全行業(yè)所耗用的能源量巨大，煙塵以及二氧化硫、二氧化碳等氧化物排放量占總排放量比例居高不下的現(xiàn)狀，不僅說明我國工業(yè)燃煤鍋爐行業(yè)的節(jié)能、環(huán)保指標與建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的目標有較大差距，而且充分說明行業(yè)的節(jié)能潛力巨大。

1燃煤鍋爐的煙塵問題

1.1　煙塵特點

本文主要以陜西西安(閻良)飛機制造廠的3臺130 t自備供熱燃煤鍋爐為主要案例，進行了實地考察，對其工況環(huán)境、煙塵成分等進行了詳細的分析。

鍋爐燃料以煤炭為主，煤中含硫量較高，SO2煙氣入口濃度最高為4 000 mg/m3(標準條件下，下同)。由于鍋爐的除塵器沒有旁路，初始煙氣成分非常復雜，從鍋爐運行初期煙氣直接通過煙道進入除塵器，煙氣的含硫、含水量高，凝聚力、黏著力隨之增加，附著在濾袋表面從而產(chǎn)生糊袋的概率大大提高；除塵器前段進口煙道無旋風除塵，粉塵粒徑大小不一，粉塵直接進入除塵器后很難附著在濾袋表面形成粉塵層，對濾袋表面的磨啄增強。該燃煤鍋爐排放的煙氣特點見表1。

表1　煙氣特點

1.2　濾料失效分析

陜西西安(閻良)飛機制造廠有3臺130 t自備供熱燃煤鍋爐，它們排放的煙塵除具有一般燃煤鍋爐的煙塵特點外，由于其除塵器沒有旁路，煙氣直接通過煙道進入除塵器，初始煙氣成分非常復雜。該鍋爐使用的常規(guī)550 g/m2PPS(聚苯硫醚)濾袋的斷裂強度嚴重下降，導致袋身腐蝕脫落，甚至出現(xiàn)破洞。國家排放標準要求達到20 mg/m3以下，由于該鍋爐風速較高，純PPS濾袋難以達到排放要求。

該廠鍋爐以煤為燃料，煙氣含硫量高，煙氣燃燒產(chǎn)生的SO2對濾袋的腐蝕性很強，使袋身嚴重破損，如圖1所示。

由于初始煙氣成分特別復雜，再加上除塵器沒有旁路，煙氣直接進入除塵器過濾，煙氣中的粉塵直徑大小不一，對濾袋表面造成嚴重的磨啄，使濾袋出現(xiàn)破洞，見圖2。

圖1　濾袋腐蝕破洞

圖2　濾袋磨啄破洞

2專用濾料的開發(fā)

根據(jù)該廠燃煤鍋爐的煙塵特點及濾料失效分析，同時針對復雜的工況條件，我們最終確定采用針刺復合非織造過濾材料，其原料為PPS纖維、P84(聚酰亞胺)纖維、軼綸，生產(chǎn)出全新的濾材產(chǎn)品，以滿足該廠的鍋爐煙塵過濾需求。

2.1　確定纖維種類

正確選擇纖維不僅可以制備出合乎物化性能的過濾氈，還能簡化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本。從生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性、產(chǎn)量、質(zhì)量、成本等各方面綜合考慮，我們選用P84纖維、軼綸與PPS纖維混合，產(chǎn)品質(zhì)量相對穩(wěn)定。三種纖維的性能特點如下：

(1)PPS纖維的長期耐溫為190 ℃，瞬時耐溫為240 ℃，是一種耐高溫、耐酸堿、抗水解性能極好的纖維，特別適合在高濕的煙氣中使用。

(2)P84纖維具有較高的耐溫性能，使用溫度可達260 ℃，瞬間可達280 ℃。由于P84纖維是異形(葉子形)斷面結(jié)構(gòu)，具有很大的過濾表面積，有優(yōu)異的過濾性能，所以P84纖維也經(jīng)常被植入濾料表層(迎塵面?zhèn)?以改善濾料的過濾性能，過濾效率比其他纖維可提高15%～20%；而且粉塵不會滲進濾布，可減小壓力降，同時濾袋的剝離性能也非常好。

(3)軼綸具有長久的熱穩(wěn)定性，在工作溫度300 ℃下，具有良好的強度、耐疲勞性能。軼綸能長期在各種環(huán)境下使用，它能夠耐受大多數(shù)有機溶劑的作用。多種截面形狀(圓形和三葉形)的軼綸，以及納米高科技纖維，單獨使用或者混合使用增加了過濾表面積，使其具有優(yōu)異的過濾性能。

2.2　確定原料配比

我們開發(fā)的新型濾料復合針刺氈是在純PPS針刺氈的基礎上形成的。它的結(jié)構(gòu)設計采用PTFE(聚四氟乙烯)基布，在面層中含有60% PPS纖維、30%軼綸和10% P84纖維。軼綸的性能接近于P84纖維，由于P84纖維價格較高，從性價比的角度考慮使用30%軼綸，所以開發(fā)的新型濾料是以PPS纖維為主體的復合濾料。

新型濾料保留了原有的耐高溫﹑尺寸穩(wěn)定不變形﹑很好的耐酸堿腐蝕的特點，濾袋與骨架摩擦首先磨到的是面層，軼綸、P84纖維的線密度很小，具有很高的強度，再加上PPS纖維，其耐磨性與純PPS纖維面層相比提高很多。所以使復合濾料的復合面層的耐磨性提高了數(shù)倍，發(fā)揮了各種纖維的長處，起到了取長補短的作用。

2.3　確定針刺工藝

針刺非織造過濾氈是目前在煙氣、粉塵等過濾領域應用最普及的一種過濾材料，刺針反復穿刺構(gòu)成了纖維的相互纏結(jié)，成布呈現(xiàn)一定的厚度和顯著的三維形態(tài)，具有極好的容塵量和較高的強度，而且該工藝可以直接采用聚酰亞胺、芳族聚酰胺、聚苯硫醚以及無機纖維等，加工適應性很廣。實踐證明，采取針刺氈工藝生產(chǎn)的復合過濾材料可以取得最佳效果，這也成為當今過濾材料的發(fā)展重點。

3新的濾料解決方案

針對燃煤鍋爐的煙塵特點，我們組成了專項研發(fā)小組，經(jīng)過大量的試驗研究和質(zhì)量檢測，提出了一套新的濾料解決方案。

研制的濾料名稱為P84+PPS/PTFE針刺氈濾袋，它采用PPS纖維+P84纖維+軼綸/PTFE基布復合而成，面密度為580 g/m2以上，較常用的550 g/m2PPS濾袋增加了30 g/m2。該濾袋于2013年11月11日運行至今，沒有出現(xiàn)破袋、掉袋等質(zhì)量問題，煙塵排放濃度為11 mg/m3左右。該濾袋的研發(fā)和使用得到了陜西西安(閻良)飛機制造廠的認可。復合濾料方案見表2。

表2　復合濾料方案

4結(jié)語

(1)燃煤鍋爐專用濾料是一種以PPS纖維、P84纖維、軼綸以及PTFE基布為原料加工而成的。該產(chǎn)品的成功研制不僅在濾料市場推出了一種優(yōu)良的環(huán)保新材料，而且是燃煤鍋爐的專用濾料，比其他濾料更具有環(huán)保特性，符合國家節(jié)能環(huán)保要求，具有廣闊的發(fā)展空間。

(2)燃煤鍋爐專用濾料的生產(chǎn)以PPS纖維為主要原料，采用軼綸代替部分P84纖維，具有較高的成本優(yōu)勢。該濾料對環(huán)境污染少，符合環(huán)保要求。

(3)該產(chǎn)品過濾風速高，不影響除塵的過濾效率，產(chǎn)品的耐磨、耐折性好，有效地提高了使用壽命，為客戶節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時節(jié)約了資源，是一種非常值得推廣的新型環(huán)保濾料。

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The development of filter material for coal-fired

boiler soot-removing

NieHuanhuan,WangLiming(College of Textile, Qingdao University)

Abstract:The soot characteristics of machinery factory, using coal-fired boilers, were introduced and the reasons of filter failure were analyzed. A new solution was proposed and the determination of fiber type selected and the composite material composition ratio was described in detail. The needling process was chosen and the basic performance of new filter was tested accordingly.

Keywords:coal-fired boiler, soot-removing, filter material, PPS fiber, P84 fiber, Yilun short fiber