張靜云

（廈門中創(chuàng)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰靖＝ㄊ〈鼮V材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361100）

近年來，隨著超低排放在火電行業(yè)的推行，鋼鐵、水泥、石化等其他行業(yè)的特別排放和超低排放也勢(shì)在必行。袋式除塵技術(shù)具有可高效凈化細(xì)顆粒物、處理風(fēng)量范圍廣、粉塵性質(zhì)影響小等特點(diǎn)。當(dāng)參數(shù)合理設(shè)計(jì)并采用高精度濾料時(shí)，出口顆粒物排放濃度可控制在10mg/m3或5mg/m3以下，已成為當(dāng)前國內(nèi)外公認(rèn)的實(shí)現(xiàn)超低排放和提標(biāo)改造的主流除塵技術(shù)[1,2]。濾料是袋式除塵技術(shù)的關(guān)鍵和核心，同時(shí)也是易耗品，占袋式除塵器制造成本的15%～40%，更換濾袋的費(fèi)用占除塵器運(yùn)行費(fèi)用的20%～85%[3,4]，因此濾料性能的優(yōu)劣及使用壽命的長(zhǎng)短直接決定袋式除塵器的整體使用效果和運(yùn)行成本。雖然目前市場(chǎng)上高溫濾料種類繁多，但價(jià)格、質(zhì)量參差不齊，假冒偽劣產(chǎn)品依然存在，這不僅在一定程度上制約了我國高溫濾料行業(yè)的健康發(fā)展，同時(shí)也給袋式除塵器終端用戶帶來了極大的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境隱患[2]。本文介紹了常見的偽劣高溫濾料及其性能缺陷，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例對(duì)偽劣高溫濾料進(jìn)行失效探討，為袋式除塵器濾袋材質(zhì)選型提供參考。

1 偽劣高溫濾料概述

在袋式除塵器的應(yīng)用中，經(jīng)常遇到處理高溫?zé)煔獾膱?chǎng)合，如水泥工業(yè)窯頭窯尾煙氣、鋼鐵工業(yè)高爐煤氣、火電廠燃煤鍋爐煙氣、其他工業(yè)爐窯煙氣等，這些場(chǎng)合的煙塵治理都需要使用高溫濾料。隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格及袋式除塵器大型化的發(fā)展，對(duì)高溫濾料的可靠性、高效性、安全性提出了更高的要求。近年來，高溫濾料發(fā)展很快，市場(chǎng)上出現(xiàn)了許多復(fù)合型高溫濾料，品種繁多，性能質(zhì)量良莠不齊。高溫復(fù)合濾料是指采用聚苯硫醚（PPS）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚酰亞胺（PI）、芳綸（MX）、芳砜綸（PSA）、玻纖（GL）等高性能高溫纖維中的兩種或多種，通過不同配比復(fù)合，充分發(fā)揮各纖維的性能特點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以達(dá)到優(yōu)勢(shì)最大化，應(yīng)對(duì)不同高溫工況和排放要求。

筆者對(duì)市場(chǎng)上的高溫濾料進(jìn)行了調(diào)研，并利用傅立葉紅外光譜儀分析了20 余個(gè)偽劣高溫濾料樣品的材質(zhì)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，偽劣高溫濾料多為復(fù)合濾料，有化纖復(fù)合、化纖和玻纖復(fù)合兩大類，纖維成分復(fù)雜、魚龍混雜。某些濾料生產(chǎn)企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，在PPS、玻纖混紡等高溫濾料中摻雜了滌綸（PE）、尼龍等耐溫性較差的纖維，有的甚至以滌綸染色冒充P84 纖維，以次充好。這種假冒偽劣的高溫濾料產(chǎn)品存在明顯的性能缺陷，用于過濾高溫?zé)煔鈺r(shí)破袋風(fēng)險(xiǎn)很大，使用壽命較短，換袋成本極高。

2 偽劣高溫濾料的性能分析

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品的基本性能

選取行業(yè)內(nèi)比較典型的兩種偽劣高溫濾料進(jìn)行分析：PPS 偽劣濾料（簡(jiǎn)稱PPS+PE）、玻纖混紡類偽劣濾料（簡(jiǎn)稱GL+PE）。如圖1、圖2 所示，PPS 偽劣濾料纖維層材質(zhì)為PPS、PE 混紡，基布材質(zhì)為PPS。玻纖混紡類偽劣濾料纖維層材質(zhì)為GL、PE 混紡，基布材質(zhì)為GL。兩種偽劣濾料的纖維層中均摻混了30%～40%的滌綸纖維，滌綸屬于常溫纖維，長(zhǎng)期運(yùn)行溫度僅為130℃，且易水解、耐堿性能較差。PPS 濾料、玻纖混紡類濾料都是主流的高溫濾料，使用溫度均在140℃以上，濾料中摻混滌綸纖維，勢(shì)必會(huì)對(duì)其耐溫性能和耐化學(xué)性能造成不良影響。

圖1 PPS 偽劣濾料的紅外光譜

圖2 玻纖混紡類偽劣濾料的紅外光譜

表1 為PPS 偽劣濾料、玻纖混紡類偽劣濾料的常規(guī)性能參數(shù)。由于滌綸和PPS 都是有機(jī)化纖，且纖維強(qiáng)力相近，因此單純從克重、厚度、透氣量、強(qiáng)力等常規(guī)性能上并不能明顯看出PPS 偽劣濾料與純PPS 的性能差異。玻纖混紡類偽劣濾料含有玻纖，由于玻纖性脆不耐折易受損，對(duì)加工要求較高，因此偽劣的玻纖混紡類濾料普遍具有厚、重等特點(diǎn)，其克重基本都在950g/m2以上、厚度≥3.0mm，密實(shí)度不好，而且在使用過程中自身的褶皺勞損也大大增加，強(qiáng)力易受損。

表1 偽劣高溫濾料的常規(guī)性能參數(shù)

2.2 耐溫性能

PPS 濾料可在160℃下長(zhǎng)期使用，瞬間使用溫度可達(dá)190℃；玻纖混紡類濾料的長(zhǎng)期使用溫度更高，為200℃～250℃。為了探究?jī)煞N偽劣高溫濾料的耐溫性能，將PPS 偽劣濾料和純PPS 濾料分別置于130℃、150℃、210℃的烘箱中恒溫24h，對(duì)比兩者的熱收縮和強(qiáng)力性能。如圖3 所示，受熱后PPS 偽劣濾料熱收縮明顯大于純PPS 濾料，而且隨著溫度升高，縱向熱收縮率顯著上升，經(jīng)210℃處理后縱向熱收縮率高達(dá)4.5%、橫縱向強(qiáng)力衰減35%，而純PPS 濾料在210℃恒溫24h 后強(qiáng)力未受損。

圖3 PPS 偽劣濾料不同溫度下的熱收縮率曲線

玻纖混紡類偽劣濾料經(jīng)260℃恒溫處理24h 后，橫縱向熱收縮率均在1.0%以內(nèi)，但橫縱向強(qiáng)力出現(xiàn)衰減，約下降25%。結(jié)果表明，兩種偽劣高溫濾料由于纖維層中摻混了滌綸，耐高溫性能明顯下降，在高溫環(huán)境中使用存在收縮、強(qiáng)力大幅損失等風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 耐堿性能

將PPS 偽劣濾料、玻纖混紡類偽劣濾料浸泡在5%NaOH 溶液中，經(jīng)過95℃水浴加熱24h 后，進(jìn)行斷裂強(qiáng)力測(cè)試，并計(jì)算其強(qiáng)力保持率。如圖4 所示，兩種偽劣高溫濾料經(jīng)堿處理后強(qiáng)力損失較大，強(qiáng)力保持率低于65%，這表明兩種偽劣高溫濾料的耐堿性能較差。

圖4 堿液浸泡24h 后強(qiáng)力保持率對(duì)比

3 偽劣高溫濾料的工程失效形式

3.1 PPS 偽劣濾料（PPS+PE）

某紙業(yè)自備電廠采用袋式除塵器過濾鍋爐煙氣，進(jìn)口煙溫100℃～160℃、煙氣氧含量8%、水蒸氣含量14%、入口粉塵濃度20g/m3。除塵器投運(yùn)一年后，濾袋大面積破損，煙塵排放超標(biāo)，客戶被迫提前更換全部濾袋。

如圖5 所示，濾袋破損形式表現(xiàn)為全身沿著縱向開裂，非機(jī)械磨損所致，裂口整齊，且裂口容易用手繼續(xù)撕裂。經(jīng)檢測(cè)，濾袋強(qiáng)力損失極大，橫向強(qiáng)力已接近或低于300N，衰減幅度大于80%。經(jīng)紅外光譜分析，濾袋材質(zhì)與上述PPS 偽劣濾料一樣，纖維層含有PE。由于該電廠進(jìn)口煙溫波動(dòng)較大，有時(shí)可達(dá)160℃，遠(yuǎn)高于PE 纖維的耐受溫度，且煙氣水分含量較大，PE 纖維耐高溫性能差且不耐水解，在該工況下使用易發(fā)生高溫降解和水解，導(dǎo)致纖維受損，強(qiáng)力大幅衰減。如圖6 所示，PPS 偽劣濾料使用一年后經(jīng)掃描電鏡觀察，纖維出現(xiàn)分叉、斷裂、剝離等現(xiàn)象。

圖5 PPS 偽劣濾袋失效的外觀

圖6 PPS 偽劣濾袋的電鏡

根據(jù)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，該電廠的煙氣工況對(duì)純PPS濾料而言，使用四五年完全沒問題。由于選型不當(dāng)，使用了偽劣摻假的PPS 濾料，導(dǎo)致濾袋壽命大大縮短，濾袋在短時(shí)間內(nèi)大面積失效。

3.2 玻纖混紡類偽劣濾料（GL+PE）

如圖7 所示，玻纖混紡類偽劣濾料在某化工廠使用6 個(gè)月后出現(xiàn)破袋現(xiàn)象，導(dǎo)致排放超標(biāo)，使用溫度為200℃～220℃。濾袋破損形式表現(xiàn)為纖維從基布剝離，與基布基本已無纏結(jié)力，且纖維易用手扯成碎屑狀，強(qiáng)力損失較大。如圖8 所示，經(jīng)掃描電鏡觀察濾料纖維層受損嚴(yán)重，部分?jǐn)嗔殉仕槟?。玻纖混紡類偽劣濾料使用半年后的強(qiáng)力見表2。

圖7 玻纖混紡類偽劣濾袋失效的外觀

圖8 玻纖混紡類偽劣濾袋的電鏡

表2 玻纖混紡類偽劣濾料使用半年后的強(qiáng)力

可見，假冒偽劣的玻纖混紡類濾料加工質(zhì)量差，在針刺過程中玻纖受到的損傷較大，與基布的纏結(jié)不良。濾袋耐彎折和噴吹性能較差，在使用過程中反復(fù)受到煙塵氣流和脈沖噴吹氣流等外界硬力作用，易導(dǎo)致玻纖嚴(yán)重受損，纖維層與基布出現(xiàn)剝離等現(xiàn)象。此外，該工況煙溫較高，濾袋所含的滌綸纖維長(zhǎng)期受高溫影響熱穩(wěn)定性能下降，纖維受損斷裂。

4 結(jié)語

假冒偽劣的高溫濾料產(chǎn)品雖然價(jià)格低廉，但在高溫?zé)煔庵惺褂蔑L(fēng)險(xiǎn)較高，問題層出不窮，使用壽命普遍較短。隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，濾袋的正確選型尤為關(guān)鍵。用戶應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況和排放要求選擇適宜的濾料材質(zhì)，并選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，進(jìn)行必要的真?zhèn)尾轵?yàn)，以確保袋式除塵器的達(dá)標(biāo)排放和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。