鄭智宏，陳建文，張靜云，程璇

（1.廈門大學材料學院，福建 廈門 361005；2.廈門中創(chuàng)環(huán)保科技股份有限公司，福建 廈門 361101；3.福建省袋濾材料與技術重點實驗室，福建 廈門 361101；4.廈門市袋濾材料與技術重點實驗室，福建 廈門 361101）

近幾年隨著國家對煙塵排放要求不斷趨嚴，整體上煙塵污染問題已有明顯改善，在這期間，袋式除塵器在水泥、電力、鋼鐵、垃圾焚燒等高污染行業(yè)的煙塵治理中發(fā)揮了舉足輕重的作用，實際應用過程中，多個項目均能實現(xiàn)超低排放，其煙囪監(jiān)測點煙塵排放濃度可以達到10mg/m3以下，有些甚至可以達到5mg/m3以下[1-4]。

袋式除塵器能夠很好控制粉塵達標排放，而濾料是袋式除塵器的“心臟”。以聚苯硫醚（PPS）、聚四氟乙烯（PTFE）和芳香族聚酰胺（MX）等纖維為原料制成的濾袋，具有優(yōu)良的耐溫性、耐腐蝕性、耐氧化性及極佳的過濾性能，但在實際應用過程中，袋籠摩擦、粉塵氣流沖刷、過濾失效、超溫運行等情況也屢見不鮮[5-7]。針對超溫運行問題，當前行業(yè)內的研究重點是根據設計運行溫度選擇濾袋材質，或者通過余熱回收、噴水降溫等措施降低進入袋區(qū)的煙氣溫度，這些措施目前在一定程度上可以減少濾袋破損失效情況的發(fā)生，但在鍋爐、回轉窯等設備發(fā)生異常時，煙氣運行溫度遠超設計值，濾袋極易在高溫環(huán)境下受熱損傷甚至破損失效。如圖1 所示，化纖濾袋在超溫和含有火星環(huán)境時被燙傷、穿燒，纖維熔融，造成濾袋破損失效，造成除塵器粉塵排放超標，從而導致停機停產的不良后果。

圖1 化纖濾袋在超溫環(huán)境中被燙傷破損的外觀

常規(guī)化纖濾料使用溫度一般低于260℃，而目前工業(yè)除塵領域適用于300℃以上的高溫材料主要有金屬濾料和陶瓷濾筒，金屬濾料是金屬纖維或者金屬粉末經特殊工藝制作成的具有微孔結構的過濾氈。作為一種新型功能型材料，相對PPS、PTFE 和MX 等高溫過濾材料，金屬濾料具有孔徑均勻、過濾精度高、無脫落、耐有機溶劑、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)異特性，使用溫度可達400℃以上，采用鐵鉻鋁材質的金屬濾料使用溫度更是可以達到1000℃[8-10]。可以說，金屬濾料的出現(xiàn)極大地拓寬了工業(yè)除塵用濾料在高溫除塵領域的使用范圍，對于運行溫度超過260℃的工況，金屬濾料可以很好地替代普通化纖濾料，在沒有采用降溫措施的情況下即可直接進行除塵。

金屬濾料使用過后依然具有較好的回收利用價值，而行業(yè)內對于金屬濾料的實際應用情況研究較少，本文通過對金屬濾料全方位性能的實驗研究，分析其在高溫工業(yè)除塵領域使用的優(yōu)勢，以期為金屬濾料的應用提供技術參考[11]。

1 實驗研究

1.1 實驗儀器

YG026C 電子織物強力機、BSM402.3 電子天平、YG461E-III 全自動透氣量儀、PSDA-20 孔徑分析儀、1-AT 型VDI 濾料模擬測試裝置。

1.2 常規(guī)性能

如圖2—圖4 所示，金屬濾料有金屬纖維氈、帶護網金屬纖維氈和金屬膜氈等多種結構。可根據實際工況粉塵理化特性、處理煙氣量、煙溫等信息進行篩選，選取合適的金屬濾料進行過濾除塵。

圖2 金屬纖維氈圖

圖3 帶護網金屬纖維氈圖

圖4 金屬膜氈圖

下表為三種結構金屬濾料的常規(guī)性能。由下表可知，不同結構金屬濾料的常規(guī)性能差異較大，但是隨著濾料本身單位面積質量的增加，其厚度和斷裂強力也呈現(xiàn)上升的趨勢，平均孔徑則呈現(xiàn)減小的趨勢，推測這是由于單位面積質量增加，導致濾料本身纖維量增加，其纖維間的纏結呈現(xiàn)更致密的發(fā)展趨勢，過濾孔徑也更小，這也是金屬纖維氈、帶護網金屬纖維氈、金屬膜氈透氣量下降的原因。同時，由下表中數據可知，金屬濾料的單位面積質量、厚度、透氣量及斷裂強力的變異系數（CV）值保持在相對較低的水平，這也說明了金屬濾料具有均勻性好的特點。

1.3 耐溫性能

由于環(huán)保排放有要求，燃煤鍋爐、水泥窯等煙氣一般均需要預先進行脫硝處理方能達標排放，如果在脫硝前預先去除大部分粉塵，則能極大減少粉塵雜質對脫硝效率的影響，即可在較高的溫度窗口（360℃—410℃為宜）同步進行脫硝除塵，進而有效提高脫硝效率[12]。為模擬脫硝高溫環(huán)境，將規(guī)格為2cm×10cm 的試驗樣品置于高溫烘箱中，在450℃條件下熱處理24h 后觀察其表觀變化情況。如圖5 所示，樣品經高溫處理后，外觀顏色輕微變?yōu)榈S色，但金屬濾料外觀結構并未出現(xiàn)明顯變化，這說明金屬濾料可以很好適應脫硝過程的高溫環(huán)境。

圖5 經高溫處理前后的樣品圖

金屬濾料常規(guī)性能

1.4 耐腐蝕性能

燃煤鍋爐、鋼鐵、水泥窯、垃圾焚燒等粉塵具有一定的酸堿腐蝕性。實驗室檢測時，參照《袋式除塵器技術要求》（GB/T 6719—2009）濾料耐腐蝕檢測條件模擬實際工況的腐蝕環(huán)境[13]，對規(guī)格為2cm×10cm 的樣品進行試驗。如圖6、圖7 所示，樣品經堿處理后，外觀顏色和結構無明顯變化，而樣品經酸處理后，酸中的氫離子被金屬離子取代，發(fā)生了氫離子去極化腐蝕反應，金屬濾料外觀顏色變黑，而且由于受到強烈腐蝕作用，整塊濾料破損嚴重，表層金屬纖維已幾乎腐蝕脫落。這說明金屬濾料能夠很好適應堿性工況但不能在酸性較強的工況環(huán)境中使用，因為會被酸性環(huán)境腐蝕，造成粉塵排放超標。

圖6 經堿處理后的濾袋樣品圖

圖7 經酸處理后的濾袋樣品圖

1.5 阻燃性能

除塵器在運行過程中，生物質鍋爐煙氣易夾雜火星、明火等進入濾袋區(qū)，造成濾袋被燙傷、穿燒，導致除塵器粉塵排放超標，從而停機、停爐。本試驗對規(guī)格為2cm×10cm 的樣品進行火焰阻燃試驗。如圖8 所示，將金屬濾料置于火焰上灼燒30s，移除火焰后，其外觀被熏黑，但外觀結構依然保持完好。對化纖濾料（如PPS）進行同樣的試驗，在其外觀被熏黑的同時出現(xiàn)了濾料收縮、破損現(xiàn)象。據此可知，金屬濾料具有優(yōu)異的阻燃性能，當煙塵中含有火星或明火時，金屬濾料能夠很好適應該工況，避免濾袋因燙傷、燒穿而出現(xiàn)破損失效的不良后果。

圖8 濾料阻燃實驗

1.6 過濾性能

在噴吹氣流進入濾袋凈氣面瞬間產生強大的反作用力以及濾袋快速膨脹變形的雙重作用下，濾袋表面的粉塵脫落從而實現(xiàn)清灰。圖9、圖10 為金屬濾料和化學覆膜濾料的過濾性能測試結果。在同等試驗條件下，化纖覆膜濾料較金屬濾料更為柔軟，清灰時產生膨脹變形的幅度更大，粉塵更容易剝落，清灰效果更優(yōu)，運行阻力低，也更為平穩(wěn)。對于同樣的金屬濾料而言，透氣量越大，清灰時從凈氣面透到迎塵面的氣流量就更大，粉塵相對容易剝落。金屬纖維氈相較于金屬膜氈，老化階段的阻力上升幅度及最終殘余阻力均較低，這是因為金屬纖維氈表面增加了一層護網，阻礙了清灰時粉塵的脫落。

圖9 壓力損失隨過濾時間變化圖

圖10 不同濾料過濾效率圖

2 結語

（1）金屬濾料耐堿性能優(yōu)異，但是耐酸性稍弱，在實際應用中，應避免金屬濾料在酸性較強的工況環(huán)境中使用。

（2）金屬濾料具有極佳的阻燃性能，對于煙塵中含有火星或明火的惡劣工況具有很好的適應性。

（3）不同結構的金屬濾料的過濾性能有差異，可根據不同的工況、排放要求進行科學選型，以滿足粉塵排放要求。從實驗數據來看，金屬膜氈具有和化學覆膜濾料相當的過濾效率，但是殘余阻力和清灰周期等過濾性能均較差，建議可以從金屬濾料的透氣性、柔韌性等方面進行優(yōu)化，以獲得更優(yōu)的過濾性能。

（4）金屬濾料生產成本及運輸成本高，目前還未進行大規(guī)模推廣應用。從實驗研究結果來看，金屬濾料具有耐高溫、耐堿腐蝕、阻燃性佳等優(yōu)異的特性，具有較好的應用前景?；w濾料的相關標準體系較為完備、成熟，對于化纖濾料的應用可起到很好的指導作用，但是金屬濾料的標準體系還不完備，應加強技術研究并制定相關的國家或者行業(yè)標準，規(guī)定金屬濾料的克重、厚度、透氣性及拉伸強力等關鍵指標，同時進行實際應用效果跟蹤，更好地為金屬濾料工程應用提供技術參考。