陶辉 我国袋式除尘器滤料的技术进步121021

1、我国袋式除尘器滤料的技术进步中国环保产业协会袋式除尘委员会陶 晖摘要 文本回顾了我国袋式除尘器滤料的发展历史。重点总结进入新世纪以来我国袋式除尘器滤料的深化研发和技术进步，改变了我国袋式除尘器高端滤料必须依赖国外厂商的被动局面，并指出了目前存在的不足和继续努力的方向。关键词 袋式除尘器、高端滤料、梯度结构、水刺毡1. 我国大气污染概况1.1 大气污染模式我国是产煤、燃煤大国，在一次能源消耗中，煤炭约占70%。我国的大气污染模式是以煤烟型污染为主的复合型污染，其中90%来自工业污染，电站锅炉、冶金炉窑、水泥生产线是三大集中污染源，主要污染物为悬浮颗粒物和二氧化硫。1.2 烟尘及粉尘排放我国近十五

2、年工业烟尘排放量趋势见图1.1图1.1我国近十五年工业烟尘排放量趋势图从上图可见，在最近十年中，尽管我国煤炭、钢铁、水泥等产量以年均1020%的高速递增，照例污染物发生量也按同比高速增加，但烟尘实际排放量基本稳定并略有下降。这得益于除尘技术的进步和环保工作者的不懈努力。2008年工业烟尘及工业粉尘的发生量及排放量见表1.1 。表1.1工业烟尘及工业粉尘的发生量及排放量污染物发生量（万吨）去除量（万吨）排放量（万吨）去除率（%）SO241252286183955.4工业烟尘311463054260498工业粉尘9005847153494工业烟尘排放分配比例：电力工业、非金属矿物制品（水泥等）业、

3、冶金钢铁等是主要烟尘排放大户，约占烟尘排放量的70%。工业粉尘排放分配比例：非金属矿物制品（水泥等）业、冶金钢铁是主要粉尘排放大户，约占粉尘排放量的86%，详见图1.2。图1.2 工业烟尘（粉尘）排放分配比例1.3 工业烟尘粒径分布工业污染源排放的烟尘，其粒径大都在0.1100um之间，见粒径分布图1.3。图1.3工业烟尘粒径分布2. 袋式除尘器2.1 袋式除尘器最适宜处理微细烟尘（粉尘）在大气污染控制领域，静电除尘器、袋式除尘器、湿式（高能）除尘器是应用最多的三类高效除尘设备，其分级除尘效率见图2.1。2.1工业烟尘常用除尘器分级除尘效率可见，袋式除尘器在宽阔的粒级范围内具有稳定高效除尘功能

4、，并对PM2.5微尘也有很高的除尘效率，因而应用最广、发展最快。 我国政府正修订各类污染物综合排放标准，把颗粒物排放浓度提高到50mg/Nm3，重点地区为30mg/Nm3，并正酝酿将PM2.5呼吸性尘的排放限值列入有关标准。 目前我国垃圾焚烧行业100%使用袋式除尘器，冶金行业超过95%，水泥行业已达80%，火电行业原来是电除尘器一统天下，现在也大量使用袋式和电袋复合除尘器。2.2 滤袋（滤料）是袋式除尘器的核心部件滤袋是袋式除尘器的核心部件，滤料的品种、质量和技术水平是袋式除尘器得以成功应用和快速发展的重要条件。2.3 袋式除尘产业发展形势图2.2为中国环保产业协会袋式除尘委员会在本会范围内

5、统计的我国袋式除尘行业产值和滤料产值的历年汇总。图2.2袋式除尘行业历年产值统计上图仅为不完全统计，也反映了我国袋式除尘产业在近五年中蓬勃发展的势头。08年销售总量已达168亿元，从07年起，超过静电除尘器。除尘滤料近5年年均增速约20%，08年销售总额已达39.1亿元，滤料年产量约为9000万平米，其中高温滤料约4000万平米。 3. 我国袋式除尘器滤料的技术进步3.1 滤料研发初级阶段上世纪五十年代我国开始从国外引进袋式除尘器产品，但当时没有国产专用除尘滤料。我国除尘滤料最先使用棉素布、毛呢毡等民用织物。1970年研制成功208工业涤纶绒布我国除尘滤料第一个品牌；1978年为适应高能脉冲清

6、灰袋式除尘器的发展需求，研制成功三维针刺毡滤料，其过滤清灰性能比208绒布提升一个档次,90年代研制成功高密面层针刺毡；1985年为适应反吹风袋式除尘器的发展需求，研制成功圆筒形缎纹机织滤料729滤料，进而开发MP922高强抗静电滤料；1994年研制成功PTFE覆膜滤料，使除尘滤料的过滤机理更多地接近面过滤，突显高效低阻功能。这些作为我国除尘滤料发展的初级阶段，在上世纪末期统领我国除尘滤料市场。我国合纤滤料与玻纤滤料的研发进程详见表3.1、表3.2。表3.1我国合纤滤料研发进程表3.2我国玻纤滤料研发进程在这一阶段1978年研发成功针刺毡滤料、1994年研发成功覆膜滤料是两大突出成就。针刺毡滤

7、料实现除尘滤料的结构从二维转向三维的突破，适用于脉冲喷吹类高气布比袋式除尘器，具有过滤效率高，运行阻力低的优越性，见图3.1。图3.1针刺毡滤料与机织滤料性能对比覆膜滤料实现除尘滤料的过滤机理从体过滤向面过滤的转化，尤其适用于粘性超细粉尘，过滤效率高一个数量级，运行阻力低而平稳，见图3.2。图3.2 覆膜滤料与常规滤料性能对比3.2 滤料研发高级阶段进入新世纪，随着我国经济的高速发展以及排放标准的日趋严格，在“节能减排”政令驱使下，袋式除尘器从例行的冶金、建材、机械、轻工等工业部门进入电站锅炉、垃圾焚烧炉等新领域。尘气条件具有高温、高浓度、高湿、强腐蚀及多变的特点，过滤功能从单纯除尘扩展到颗粒

8、物除尘、有害气体净化一体化处理。对除尘滤料的功能、品种、质量提出更高的要求。这十多年正是我国除尘滤料大发展的时期，在滤料纤维、滤料结构、后处理和生产装备各方面得到全面提升与进步，见表3.3。表3.3 袋式除尘滤料的深度研发序号研发内 容1自行研制并批量生产间位芳纶、PTFE、PPS、超细玻纤、超高温玄武岩纤维、轶纶等耐高温特种纤维。2在94年自行试制覆膜滤料基础上，深入研发高温滤料热熔覆膜工艺和生产线，提高覆膜滤料质量，增加覆膜滤料品种。3在90年代研制高密面层针刺毡滤料的基础上，深入开发HBT-RM、麦特斯等多个系列梯度结构滤料，提升针刺毡滤料的表面过滤功能。4利用不同纤维的特性，生产莱氟Z

9、MS-、PUNATECPD、FMS、TFM等多个系列混合纤维针刺毡滤料。5深入开展滤料浸渍及涂层等后处理工艺和药制配方的试验研究，改善滤料的物理、化学性能和表观质感，延长使用寿命。6开发纳米催化剂气流成网技术，制成载负催化剂的复合针刺毡滤料，兼具过滤和催化裂解功能，用以分解二噁英等有机废气。7通过深入研究考察，引进关键技术和设备，建成世界一流水刺毡生产线，实现三维毡滤料制造工艺的一次革命。3.2.1特种功能纤维的研发特种功能纤维历来一直由外商独霸市场，近十多年来我国自主研发取得很大进步，详见表3.4。表3.4 我国特种功能纤维的研发纤维名称厂 商特 性产 能(t)间位芳纶（芳纶1313）烟台氨

10、纶纽士达吴江圣欧超美斯新会彩艳粉芳斯建有正规的自动化生产线，质量稳定600020001000芳砜纶上海合纤特安纶(TANLON)25%间位+75%对位耐热抗氧和稳定性较优2000聚苯硫醚PPS四川德阳科技江苏瑞泰建有PPS树脂及纤维生产线，生产常规短纤及长纤50003000聚酰亚胺PI（P84）长春高琦轶纶(YILUN)全程研发，拥有自主产权3000聚四氟乙烯PTFE上海凌桥浙江格尔泰斯常州中澳纤维、线、膜制品5000超细玻纤山东新力南京中材营口美龙B级E玻纤-3.5um，提高柔软性、耐磨性玄武岩纤维CBF洪源玻纤池窑拉丝工艺、6um、耐酸碱、耐水解（1） 纽士达间位芳纶纤维。规模及产品质量已

11、达到国外同类产品水平，见表3.5、表3.6。表3.5 纽士达间位芳纶纤维规格及性能特 性单 位产品规格细度denier1D5D13D断裂强度g/D3.9-4.34.0-4.44.0-4.3伸长%25-2825-3025-30卷曲数N/25mm81481481430015min干热收缩%151515回潮率%68.568.568.5表3.6 纽士达间位芳纶纤维与其它高温纤维比较比较对象NEWSTAR间位芳纶优点缺点PPS耐温高、极限氧指数高、抗氧化性好耐酸性差PTFE可纺性好、过滤精度高、高温下无蠕变、成本更低抗酸碱腐蚀性差、耐温低、易水解P84成本更低捕尘效果弱玻纤耐磨性好、使用寿命长、废袋处理

12、不会形成二次污染耐温低、成本高（2） 聚苯硫醚纤维（PPS）。已有多家企业生产，并形成批量供货能力，纤维性能见表3.7、表3.8。表3.7 聚苯硫醚短纤维性能项目PPS短纤线密度（dtex）2.27.8dtex2.23.05.5断裂强度（CN/dt）断裂伸长（%）546283极限氧指数（%）404040使用温度（）190190190化学稳定性除热的浓硫酸和浓硝酸外，其耐酸碱性很强，200以下无溶剂可溶。表3.8 聚苯硫醚长纤维性能项目PPS长纤线密度（dtex）220440dtex/50100f断裂强度（CN/dt）4.1断裂伸长（%）22极限氧指数（%）40使用温度（）19

13、0化学稳定性除热的浓硫酸和浓硝酸外，其耐酸碱性很强，200以下无溶剂可溶。（3） 全流程自主研发聚酰亚胺纤维（PI-轶纶），已批量生产并投入生产性应用。纤维性能见图3.3、表3.9。图3.3 轶纶纤维和其他纤维的动态力学性能比较表3.9轶纶纤维性能参数及与同类纤维性能对比性 能YL-100(Yilun)P84（奥地利）PROCON(日本PPS)纤度(dTex)Fineness （measured）2.02.01.7 强度，cN/dTexTenacity 玻璃化温度 Glass Transition Temperature 36031590收缩率(%)280，三十分钟Shrin

14、kage at 280, 30 minutes0.35%（收缩率240十分钟）3%（180，三十 分钟）3634303026.7延伸率 1571066收缩率 2250 30min2250 30min2250 30min4250 15min4260 15min表3.11 PTFE短丝纤维性能及对比金由 JUSF-W国外 X公司国内Z公司国外 Y公司线密度den2.22.51712长度mm48/72(6mm倍数)525252卷曲（个/25mm）810无12（5） 耐高温玄武岩超细纤维深度研发，并推向工程应用。纤维性能及其与玻纤的比较见表3.12、表3.13及图3.4。表3.12玄

15、武岩超细纤维性能指标表3.13玄武岩纤维与玻纤性能对比无碱玻纤 中碱玻纤玄武岩纤维拉伸强度（MPa）310038002700340030004840耐折性（次）15300750022000耐酸强力保留率（%）5696110耐碱强力保留率（%）754991耐水解强力保留率（%）887596使用温度（）-60350-60300-269650耐磨强力保留率（%）342361图3.4 玄武岩纤维和玻纤的耐酸碱性能对比3.2.2 覆膜滤料的持续开发与理性推广1994年我国试制成功PTFE覆膜滤料，首先在冶金除尘工程应用。进入新世纪覆膜工艺日臻成熟，产品门类品种多样，产品质量不断提高。PTFE膜是以分散P

16、TFE树脂为原料，经特殊的双向拉伸工艺制成，立体网状结构。具有不粘性、光滑和多微孔及PTFE的一切特性。微孔数量可达1109/cm2，可以覆合在传统的针刺毡和织制滤料表面，具有以下特点： （1）孔径分布均匀可控制在0.053m内；（2）开孔率：85% 93% ；（3）可捕集粒径0.3m以下的超细粉尘；（4）优异的过滤效率（99.99%以上）；（5）卓越的尘饼剥离性能；（6）光滑表面使糊袋现象大大减少；（7）过滤速度高，能耗低；（8）良好的使用寿命，优异的性价比。PTFE膜是由双相拉伸形成的纵横交错纤维网，制膜和覆膜工艺是决定覆膜滤料产品质量的两大关键。图3.5是PTFE膜的微观结构SEM摄影，

17、可见A、B、C、D都存在这样和那样的问题，是不合格膜，但用肉眼难以分辨。 A B C D 优质膜图3.5 PTFE膜的SEM摄影覆膜滤料有利于阻止尘粒渗入内层，实现表面过滤，见图3.6。 含尘覆膜滤料 含尘不覆膜滤料图3.6覆膜滤料与不覆膜滤料容尘性能对比覆膜滤料易清灰，具有低而平稳的阻力，尤其适用于超细粘性粉尘，见图3.7。图3.7覆膜滤料用于不同特性粉尘阻力性能对比所谓“理性推广”：一是指粉尘性状及排放标准所必需选用，讲究性价比；二是牢牢把握覆膜滤料质量，不合格的覆膜滤料比不覆膜的滤料更有害。3.2.3 梯度结构滤料的研发针刺毡滤料是由多层纤网与基布叠合针刺而成，纤网层由单一均质结构改为多

18、层梯度结构，是针刺毡制造工艺的一大创新。梯度结构主要体现在纤维细度和纤维层密度沿气流方向的变化。通常面层采用超细致密纤网，见图3.8。图3.8超细面层梯度结构滤料剖视图梯度结构滤料具有清灰性能好、运行阻力低、过滤效率高的特点。国内某电站锅炉烟气的袋式除尘器采用PPS梯度结构滤料，事先设计三种的不同结构滤料试样，统一做VDI发尘试验筛选，试验结果见图3.9图3.11。可见B型梯度结构具有最佳的综合性能。图3.9经不同清灰次数后的阻损对比 图3.10定阻力(1000Pa)清灰周期对比 图3.11 出口粉尘浓度对比最近研发的赛膜高精针刺毡滤料采用0.08旦海岛型超细PE纤维做面层，对1.02.0um

19、的微尘具有98.6%的过滤效率，对PM2.5粉尘的过滤效率可达100%，见表3.14。表3.14 赛膜高精针刺毡滤料集尘率测试结果不同结构针刺毡滤料的分级效率对比见图3.12。可见梯度结构不覆膜滤料具有赛覆膜滤料的过滤性能。图3.12 各种针刺毡滤料的分级效率3.2.4 混合纤维滤料的研发混合纤维滤料指利用多种纤维的特点，杨长避短，按一定比例混合制成特种功能滤料，提高综合过滤性能。我国具有代表性的混合纤维滤料品牌有莱氟ZMS-、普耐特PUMATE-CPD、氟美斯FMS、特氟美TFM等。（1） 高炉煤气专用滤料高炉煤气对除尘滤料的基本要求：在正常工况条件下要求耐温性好（250300）；在非正常工

20、况条件下还要求耐湿性好(在100时不发生糊袋水解）。对滤料材质的选用经历了玻璃纤维、芳族聚酰胺（Nomex）、聚酰亚胺（P84）、聚四氟乙烯（PTFE）及其混合纤维的进化过程。工程应用表明：以聚酰亚胺和超细玻纤为原料采用特殊工艺制成的混合针刺毡是当前高炉煤气袋式干法除尘的首选滤料，国产典型品牌为莱氟。这种混合纤维针刺毡的基布为玻纤，絮棉层为超细玻纤与P84混合料，表面用PTFE渗膜处理。两种材质扬长避短，具有最佳的综合性能。P84 混合针刺毡滤料特点十分显然： 1 利用P84纤维断面异形（叶瓣形），表现面积大的特点与圆形断面的光滑玻纤抱合良好，具有高效低阻过滤性能，出口含尘浓度可达5mg/Nm

21、3以下；2 P84和玻纤均有良好的耐热性能，混合针刺毡的连续使用温度可达260，瞬间耐温300； 3 利用玻纤基布高强低伸以及P84纤维耐磨抗折的综合特性，混合针刺毡具有优良的机械力学性能，正常使用寿命可达34年；4 P84纤维是至今仍要进口的高价原料，而超细玻纤可立足国产，价格便宜，两种纤维按适量比例混合可以大幅度降低原料成本，成为性价比优良的特种功能除尘滤料。莱氟与常用高炉煤气滤料性能对比见表3.13。表3.13 莱氟与常用高炉煤气滤料性能对比莱氟ZMS-II型国内的普通滤料强度N/520cm径向强度400020002400维向强度400020002400耐温正常温度8028080240瞬

22、间高温350250300剥离强度（N）3622曲挠性能（万次）1035除尘精度（mg/m3）310（2） 电站锅炉烟气除尘滤料聚苯硫醚（PPS）毡是适宜用于电站锅炉烟气除尘的主打滤料，但是PPS纤维存在耐温、耐酸的局限性，耐氧化性更差，尤其在应用于电袋复合型除尘器并追求高效、低阻、长寿命时仍显不足。为此开发PPS、PI、PTFE等多种纤维混合滤料，弥补纯PPS滤料的不足，按燃煤的含硫量、烟气温度的不同档次，选用适宜的混合纤维滤料，见表3.14。表3.14 燃煤锅炉烟气袋式除尘器滤料选用序号煤含硫量S烟气温度t（）滤料纤维基布克重（g/m2）1S1.0%120t160PPS aPTFE或PPS5

23、5021.0%S1.5%120t16070%PPS+30%PTFE bPTFE60031.5%S2.0%120t16050%PPS+50%PTFEPTFE62041.0%S2.0%170t24015%PI C+85%PTFEPTFE6505S 2.0%120t16030%PPS+70%PTFEPTFE6406S 2.0%170t240PTFEPTFE750a：PPS为聚苯硫醚缩写，以PPS纤维为主的滤料，烟气中含氧量应不大于8%、NO2的含量 应不大于15mg/m3。b：PTFE为聚四氟乙烯缩写。c：PI为聚酰亚胺缩写。（3） 水泥窑烟气除尘滤料新型干法水泥窑烟气除尘通常采用玻纤毡、玻纤织物覆

24、膜、P84毡及其玻纤与P84混合毡(氟美斯）等高温滤料，最近开发的窑之星滤料采用国产高性能芳砜纶纤维添加一定比例的P84纤维，按“三维非对称结构”设计，表面经特殊涂层处理，具有耐高温、耐腐蚀、高效、低阻的优异特性，是适用于水泥窑烟气除尘的高性价比特型滤料。FMS的性能指标及其玻纤毡的比较详见表3.15。表3.15 FMS氟美斯与玻纤针刺毡性能对比 窑之星及其它三种常用滤料的VDI测试性能对比见图3.13、图3.14。 图3.13 水泥窑除尘用窑之星混合滤料 图3.14 老化后四种样品过滤效率对比（4） 垃圾焚烧炉烟气除尘滤料垃圾焚烧炉烟气既是高温、高湿、高含尘浓度，又含有酸性、有机废气及重金属

25、，并且工况波动大，对滤料选用最为苛求。滤料通常采用PTFE、PPS、P84、玻纤或它们的混合制品,较有代表性的品牌是PUNATE-CPD001、PUNATE-CPD007。近期开发的MA501型玄武岩膨体纤维覆膜滤料对垃圾焚烧炉烟气具有良好的适应性，经受了生产运行体验，价格合理，推广应用前景良好。PUNATE滤料的特点： 产品CPD001以PTFE为基布，以PTFE纤维和超细玻璃纤维的混合层为面层，再经PTFE乳液处理，具有很好的耐温以及耐化学性能，完全能适应垃圾焚烧烟气的工况；CPD007掺混适量的P84纤维。 由于超细玻璃纤维的加入，导致滤毡的过滤精度提高、压差降低。 PTFE纤维的表面磨

26、擦系数很低，粉尘极易从滤袋上剥离，系统压差大大降低。 由于纤维的优异性能，滤袋使用寿命大大延长，可以达到年以上。 价格合理，用户容易接受。玻纤与PTFE纤维混纺机织覆膜滤料的性能指标见表3.16。表3.16 玻纤与聚四氟乙烯纤维混纺机织覆膜滤料性能MA501玄武岩膨体纤维机织覆膜滤料的性能指标见表3.17。表3.17 MA501玄武岩纤维膨体覆膜滤料性能 东北某生活垃圾焚烧企业以前曾经用过国内几家知名滤料企业的滤袋，最长的使用寿命不到8个月，有糊袋、腐蚀等现象。现场工况特点如下： 除尘系统的温度波动巨大，从120到260之间，最高可达300; 含湿量最高可达65%，并且不稳定 烟气中腐蚀性成份

27、多，如SO2含量600mg/m3、O2含量13.8%、氮化物58.98%等等； 粉尘轻细、浓度大；入口浓度27g/Nm3，粒径20um以下的粉尘占75%，清灰不顺畅，糊袋现象特别严重； 系统运行阻力大，压差高达4000Pa； 过滤风速1.17m/min。2009年尝试使用MA501玄武岩纤维膨体覆膜滤料，至今安全运行。3.2.5滤料表面处理技术将滤料制品通过特种配方的溶液（如PTFE乳液）进行浸渍处理，可以使滤料具有某种特殊功能，如疏油、疏水、阻燃等；或改善某些性能，如耐腐、耐磨、抗折等。将滤料制品表面用发泡乳剂进行滚涂处理，可以改善滤料表面风格，改进纤维网微孔结构，提高过滤、清灰、耐磨性能。

28、最新开发的发泡涂层工艺，泡沫径可做到0.52um，涂膜孔径211um，孔隙可达4060%，优于热轧压光处理，当然比不上覆膜滤料，但降低了成本。三种表面处理工艺形成的微孔结构及其参数存在较大差异，详见图3.15。微孔结构工艺孔径（um）孔隙率（%)普通优良普通优良压光255060707080涂层103021130504060覆膜3100.05380858593图3.15 三种不同表面处理方法的微孔结构对比PTFE分散液是滤料后处理工艺中应用最广泛的一种处理剂，可使滤料的耐温性提高2030，增强耐酸碱能力、延长使用寿命。但因为四氟乙烯分子对称、不含氟原子、流动性差，导电性差、并能龟裂。近期开发成功

29、的三氟氯乙烯（CTFE）均聚乳液，可有效弥补这些缺陷，其性能对比见表3.18。表3.18三氟氯乙烯均聚乳液与PTFE性能对比比较项目CTFEPTFE分子结构不对称，含氯、耐温240对称，不含氯稳定性对贮存、稀释、离心、高低温、酸碱的稳定性良好一般流动性液粒微细，均径72nu，流动性良好、易加工极差致密性不易龟裂，形成致密性护膜，3级拒水膜容易出现裂纹、缝隙、不拒水耐磨性优良较好导电性较好较差价格较低较高电镜扫描比较三氟氯乙烯(CTFE)均聚乳液可以作为后处理剂应用到工业滤布上，与传统的聚四氟乙烯分散液处理的产品相比，显现出诸多优点，通过扫描电镜观察（放大5万倍），可以发现经两种乳液处理过的滤布

30、呈现出明显的差别，见图3.16。A图片显示出更好的致密性，B图片显示出明显的裂纹和缝隙。经实验证明发现A产品具有更佳的防水、防腐、传导性能。A图 B图图3.16 涂层表面扫描电镜3.2.6催化功能滤料垃圾焚烧炉烟气含有剧毒的二噁英气体，发达国家对二噁英的排放限值为0.1ngTEO/m3。使袋式除尘器既可除尘又能净化有机废气，这是环保工作者的不懈追求，为此催化功能滤料应运而生。采用多重复合加工技术将纳米TiO2催化剂附着在PTFE针刺毡母体上，制成催化功能滤料，其制造工艺流程见图3.17。图3.17 催化功能滤料制造工艺流程催化功能滤料的分解机理见图3.18。迎尘层 缓冲层 增强层 图3.18催化功能滤料的分解机理3.2.7 水刺毡滤料的开发传统的三维毡除尘滤料都是用针刺工艺络合成型的，俗称针刺毡。但针刺毡工艺存在两大弊端：一是刺伤纤维，二是留有针孔。水刺毡是为克服针刺工艺的不足而开发的。水刺工艺原理见图3.19。 图3.19 水刺工艺原理图水刺工艺流程见图3.20。图3.20