王愛兵，朱小云

[1.上海紡織（集團(tuán)）有限公司，上?！?00336；2.上海市紡織科學(xué)研究院，上海　200082]

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紅外光譜法分析袋式除塵器濾袋強(qiáng)力損失

王愛兵1，朱小云2

[1.上海紡織（集團(tuán)）有限公司，上海200336；2.上海市紡織科學(xué)研究院，上海200082]

摘要：袋式除塵器除塵效率高、不會(huì)造成二次污染且便于回收，在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用。本文討論了濾袋破損的主要原因，并基于紅外光譜法對(duì)濾袋強(qiáng)力損失的原因進(jìn)行了分析。結(jié)論顯示，濾袋在酸性條件下的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力保持率分別為80.76%和79.92%，紅外光譜分析顯示PPS+玻纖布濾袋在高溫條件下易發(fā)生氧化和硫酸磺化等反應(yīng)，從而導(dǎo)致強(qiáng)力下降。

關(guān)鍵詞：紅外光譜法；濾袋；強(qiáng)力損失

0　引言

煙塵治理領(lǐng)域，袋式除塵器由于除塵效率高、不會(huì)造成二次污染且便于回收干料等性能，在國內(nèi)外的應(yīng)用越來越廣，占市場上除塵設(shè)備的80%。袋式除塵器具有很多的優(yōu)點(diǎn)，但一旦濾袋失效，將造成設(shè)備的故障排放，粉塵超標(biāo)。本文在重點(diǎn)討論濾袋失效原因的基礎(chǔ)上，基于紅外光譜機(jī)理分析了濾袋強(qiáng)力損失的主要原因。

1　材料、儀器和方法

1.1試驗(yàn)材料

PPS+玻纖布濾袋：厚度2.88 mm，透氣率4.7 m3/m2·min。

1.2試驗(yàn)儀器

3366 INSTRON強(qiáng)力儀，ESPEC LC-233 B1型鼓風(fēng)干燥箱，PE spectrum one/NTS紅外光譜儀

1.3測(cè)試方法

GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能》，GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術(shù)要求》，F(xiàn)Z/T 01057.8—2009《紡織品纖維鑒別試驗(yàn)方法》。

2　濾袋失效的影響因素

濾袋在使用過程中，導(dǎo)致其失效的影響因素主要包括以下幾個(gè)方面：

2.1溫度

濾袋對(duì)溫度有較高的使用要求，濾袋高溫?fù)p傷包括以下三種情況：

(1)濾料出廠前未經(jīng)熱收縮處理，或煙氣溫度超出濾袋使用溫度，濾袋因高溫條件下發(fā)生熱收縮造成無法抽出濾袋或?yàn)V袋被袋籠脹破現(xiàn)象。

(2)煙氣中的高溫顆粒，通常煙氣溫度范圍應(yīng)控制在150～240℃，高溫?zé)煔庖自斐蔀V袋的灼傷。

(3)投油助燃時(shí)未開啟除塵器旁路，火星隨煙氣進(jìn)入除塵器將濾袋表面灼燒成孔，使濾袋破損失效。

2.2濾袋壓差

濾袋透氣性能的好壞會(huì)影響濾袋的壓差，透氣效果差，過濾和清灰阻力大，且容易使濾袋造成堵塞，嚴(yán)重時(shí)易引起濾袋破裂。造成濾袋堵塞的原因包括以下幾個(gè)方面：

(1)濾袋本身厚度太厚，且纖維分布均勻性較差，易影響其透氣性能；

(2)過濾速度大大超出設(shè)計(jì)值時(shí)，根據(jù)阻力和速度的關(guān)系（f=kv2），速度越大，阻力越大，越容易破損；

(3)煙氣量過大，清灰不及時(shí)，導(dǎo)致粉塵易滲入濾袋纖維內(nèi)部，發(fā)生濾袋堵塞；

(4)設(shè)備密封不嚴(yán)、漏風(fēng)、進(jìn)風(fēng)管破損、保溫效果不佳等造成空氣進(jìn)入除塵器，以及除塵器在低于酸露點(diǎn)溫度以下工作，易造成濾袋糊袋、板結(jié)，導(dǎo)致濾袋堵塞。

2.3清灰方式

清灰方式和清灰頻率對(duì)袋式使用壽命也有一定的影響，清灰不足或頻率過低會(huì)增大除塵器運(yùn)行阻力，導(dǎo)致堵塞失效；清灰過度或頻率過高會(huì)縮短濾袋的使用壽命。

2.4煙氣二氧化硫含量

濾袋化學(xué)腐蝕包括被氧化性氣體氧化、酸結(jié)露腐蝕等情況。煙氣中的氧化性氣體包括NOX、SO2、SO3、O3等，在高溫下會(huì)對(duì)高分子纖維濾料造成氧化腐蝕。在高溫、強(qiáng)氧化性氣體的作用下，聚苯硫醚(PPS)濾料的硫醚鍵極易被氧化，生成亞砜、砜化合物或發(fā)生交聯(lián)，使濾袋顏色變黃，強(qiáng)度下降。

另外，若煙氣中含氧量增加，會(huì)使SO2轉(zhuǎn)化為SO3的轉(zhuǎn)化率提高，造成酸露點(diǎn)溫度上升，并且大量NO2容易結(jié)露生成濃硝酸。在高溫作用下，生成的H2SO4、HNO3混酸不僅會(huì)使濾袋發(fā)生氧化反應(yīng)，也會(huì)發(fā)生磺化和硝化反應(yīng)，使得濾袋在氧化和酸化的共同作用下發(fā)生腐蝕。

2.5機(jī)械損傷

濾袋機(jī)械損傷可分為袋籠對(duì)濾袋的磨損和濾袋的迎塵面磨損。

袋籠對(duì)濾袋的磨損包括以下幾個(gè)方面：

(1)袋籠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，如邊緣鋒利或接口連接不當(dāng)以及任何毛刺、飛濺、開焊、斷筋等都將直接影響濾袋的使用壽命；

(2)袋籠與濾袋之間的尺寸配合、濾袋和袋籠的配合過松，玻纖濾袋基布采用玻璃纖維，濾袋使用中不能固定在袋籠上，易折斷，同時(shí)，纖維容易疲勞斷裂，造成濾袋的破損；

(3)袋籠防腐處理不良。

濾袋的迎塵面磨損包括以下幾個(gè)方面：

(1)孔板間距設(shè)計(jì)過于密集，易造成濾袋間直接相互接觸而磨損；

(2)花板變形及袋籠未正確垂直安裝，造成濾袋底部搭橋、擠碰、摩擦或與箱體間摩擦；

(3)卸灰或清灰不及時(shí)，粉塵堆積過高，揚(yáng)塵形成渦流氣旋磨損；

(4)煙氣中表面鋒利或腐蝕性強(qiáng)的粉塵加劇了粉塵對(duì)濾袋的磨損；

(5)氣流分布不均勻?qū)е虏糠譃V袋被高速煙氣過度沖刷。

2.6氣流磨損

脈沖閥工作壓力過大、灰斗進(jìn)風(fēng)除塵器的袋底以及噴吹管問題都會(huì)引起濾袋不同部位的磨損。

3　紅外光譜法分析濾袋強(qiáng)力損失

3.1強(qiáng)力性能

將濾袋在溫度85℃、60%硫酸的介質(zhì)中放置24 h，干燥后參考GB/T 3923.1標(biāo)準(zhǔn)，使用3366 IN?STRON強(qiáng)力儀在100 mm/min、跨距200 mm的條件下測(cè)試濾袋的強(qiáng)力和斷裂伸長率，測(cè)試結(jié)果見表1。

從表1可以看出，濾袋經(jīng)向斷裂強(qiáng)力平均值為1 164.09 N，緯向斷裂強(qiáng)力平均值為1 194.43 N，在溫度85℃、60%硫酸介質(zhì)中放置24 h后其經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和緯向斷裂強(qiáng)力平均值分別為940.23 N和954.45 N，經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力保持率分別為80.76%和79.92%，濾袋在酸性條件下強(qiáng)力下降明顯。另外，經(jīng)向耐酸前后斷裂強(qiáng)力標(biāo)準(zhǔn)差分別為123.81和91.60，緯向耐酸前后斷裂強(qiáng)力標(biāo)準(zhǔn)差分別為87.96 和46.27，且經(jīng)緯向測(cè)試數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差均相對(duì)較大，說明濾袋纖維分布不均勻，局部強(qiáng)力相對(duì)較低從而濾袋破損失效。

3.2紅外光譜

將使用后的破損濾袋與未經(jīng)使用的濾袋進(jìn)行紅外光譜分析，其紅外光譜圖見圖1和圖2。

表1　濾袋耐酸前后強(qiáng)力性能變化表

圖1　未經(jīng)使用的濾袋紅外光譜圖

從圖1可以看出，高頻區(qū)出現(xiàn)寬峰3 426 cm-1(基布為3 441 cm-1)，表明存在-OH，該峰為H2O的特征吸收峰，可能濾料含水率較高或苯環(huán)上有-OH取代。2 939.75 cm-1處紅外吸收峰為甲基-CH3、-CH2中碳?xì)滏I的伸縮振動(dòng)峰，2 244.73 cm-1處尖銳的強(qiáng)峰為腈基C≡N的伸縮振動(dòng)峰。1 632 cm-1吸收峰為共聚物未端孤立的C=C雙鍵伸縮振動(dòng)，并且有可能發(fā)生了相互遮蓋。峰位在1 383 cm-1、1 456 cm-1、1 572 cm-1處是苯環(huán)骨架上C=C伸縮振動(dòng)，1 070 cm-1為S＝O鍵的對(duì)稱伸縮振動(dòng)和共聚物長鏈中C－C骨架振動(dòng)峰相對(duì)較強(qiáng)。1 000 cm-1以下的峰基本上都是苯環(huán)上的振動(dòng)峰。

從圖1、圖2可以看出，耐酸前后濾袋紅外光譜發(fā)生了明顯的變化，部分特征峰消失，特別以1 000cm-1的苯環(huán)上的振動(dòng)峰，說明與苯環(huán)相連的基團(tuán)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能PPS+聚丙烯腈濾袋在高溫條件下發(fā)生了氧化和硫酸磺化反應(yīng)。

圖2　使用后破損濾袋紅外光譜圖

4　結(jié)論

濾袋失效的原因有很多，本文主要分析了濾袋在酸性條件下的斷裂強(qiáng)力及其強(qiáng)力保持率，經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力保持率分別為80.76%和79.92%，在此基礎(chǔ)上通過紅外光譜分析了PPS+玻纖布濾袋斷裂強(qiáng)力下降的原因，PPS+玻纖布濾袋在高溫條件下易發(fā)生氧化和硫酸磺化等反應(yīng)，使纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致強(qiáng)力下降。

參考文獻(xiàn)：

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檢測(cè)技術(shù)

Analysis of the strength loss of filter bag based on infrared spectroscopy

Wang Ai-bing1,Zhu Xiao-yun2
(1.Shangtex Holding Co.,Ltd,Shanghai 200336,China; 2.Shanghai Textile Research Institute,Shanghai 200082,China)

Abstract:Bag type dust collector has high efficiency at dust removal,not causing secondary pollution,and easy to recycle,so it is widely used at home and abroad.The main reasons for the damage of filter bag were discussed,and the reasons of the strength loss of the filter bag based on infrared spectroscopy were carried out.

Key words:infrared spectroscopy,filter bag,strength loss

通訊作者：朱小云，xyzhu_jyr@163.com

作者簡介：王愛兵（1978—），男，江蘇姜堰人，碩士研究生，高級(jí)工程師。主要從事紡織檢測(cè)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究等工作。

收稿日期：2016-01-18

中圖分類號(hào)：TS107

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-7046（2016）01-0016-03