钢铁厂袋式除尘器滤袋失效的测试与分析

王振华 沈恒根 梁 珍

东华大学环境科学与工程学院

钢铁厂袋式除尘器滤袋失效的测试与分析

王振华 沈恒根 梁 珍

东华大学环境科学与工程学院

针对钢铁厂失效滤袋的特性，测试了滤袋不同部位的力学性能、透气性能的变化，并通过扫描电镜方式观察失效滤料的微观特性。结果发现：滤袋不同位置的断裂强力和断裂伸长率存在差异，纬向的下降幅度大于径向；滤袋透气率沿袋底向袋顶方向逐渐下降，这表明粉尘在滤袋表面的分布不均匀；滤袋表面的微观变化初步反映了失效的原因，纤维表面受到明显的化学侵蚀，覆膜滤料中表面膜的损坏会直接导致粉尘穿透滤料。

滤袋失效力学性能透气性能微观结构

0 引言

袋式除尘器作为高效控制烟尘污染的设备之一，所采用滤料的使用寿命受到广泛关注[1][2]。我国工业炉窑烟气中含有酸、碱、氧化剂、有机溶剂等腐蚀性气体及多种化学成分，滤料材质的耐化学性往往受温度、湿度等多种因素的交叉影响，一旦结露会在滤料表面的纤维层发生化学反应，侵蚀纤维，从而导致纤维性能失效[3,4,5]。本文针对某钢铁厂应用的失效滤袋进行了测试与分析，对滤袋的不同部位（袋底、袋中、袋顶）进行了力学性能、透气性能的测试，并通过扫描电镜进行了表面形态的观察，颗粒物在不同滤料表面的沉积情况，初步探索了滤料失效的原因。

1 材料与方法

1.1 测试材料

测试原材料为钢铁厂袋式除尘器内不同位置失效的滤袋三条，每条滤袋长6m，由南京某钢铁厂提供，为便于进行描述，分别将其编号为1#、2#、3#滤袋。

1.2 主要测试仪器

试验主要测试仪器及其技术指标见表1～4。

表1 主要测试仪器

表2 YG065CT型电子式织物强力仪主要技术指标

表3 YG461D型数字式织物透气量仪主要技术指标

表4 扫描电镜主要技术指标

表5 三条滤袋不同位置处的拉伸性能对比

1.3 试验方法

1.3.1 力学性能

将6m长的滤袋剪去袋头和袋底后，剩余滤袋均分成三段：袋顶、袋中和袋底。在每一段分别剪取滤料样品径、纬向20cm×5cm各5条，将试样置于试验机的夹钳中，设定速率为100mm/min，隔距为200mm，按照标准分别测试各滤料径、纬向的断裂强力和断裂伸长率。测试标准详见《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》（GB/T 3923.1-1997）。

另剪取同一条滤袋的圆形试样5块，将试样夹持在固定基座的圆环试样夹内，圆球形顶杆以恒定的移动速度垂直地顶向试样，使试样变形直至破裂，测得顶破强力。设定试验机速度为300mm/m in，顶破强力的测试按照《纺织品顶破强力的测定-钢球法》（GB/T19976-2005）。

1.3.2 透气度

试样置于相对湿度65%、20℃的环境中24小时后，在200Pa压差下测试其透气率。测试标准详见《纺织品织物透气性的测定》（GB/T 5453-1997）。

1.3.3 微观观察

扫描电镜是利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的。由聚光镜和物镜构成的电子光学系统，把电子枪发射出来的电子聚集成一束极细的电子束，并聚焦于样品的表面，同时按顺序对样品表面进行逐行扫描。

2 结果与分析

2.1 滤袋不同位置的力学性能变化

2.1.1 拉伸性能

表5显示了滤袋1#～3#在径纬向断裂强力和断裂伸长率的变化。

断裂强度方面，1#滤袋径纬向的断裂强度最高点出现在袋底位置，分别为1042N和1522N；最低点均出现在袋中位置，分别为962N和1414N，相较袋底下降了7.7%和7.1%。断裂伸长率方面，径向上断裂伸长率沿袋底向袋顶方向降低，从袋底的15.6%逐渐下降到袋顶的15.2%，在纬向上的变化趋势与断裂强力相反，在袋顶出现断裂伸长率的最大值19.7%，袋中处最小为18.0%。

滤袋2#在断裂强度方面，与滤袋1#不同，径纬向的断裂强度最高点出现在袋顶位置，分别为960N和1320N；径向最低点出现在袋中位置，为932N，纬向最低点出现在袋底，为1149N，相较最大值下降了2.9%和13.0%。断裂伸长率方面，径向上断裂伸长率的最大值出现在袋底，为16.0%，最小值为袋中的15.8%，在纬向上的变化趋势与断裂强力一致，沿袋底向袋顶上升，袋顶处最大，为17.1%，最小在袋底，为15.6%。

滤袋3#在断裂强度方面，径向的断裂强度最高点出现在袋中位置，为990N；最低值为袋顶的969N，下降幅度为2.1%。纬向最高值出现在袋顶，为528N，最低点出现在袋中位置，为483N，下降8.5%。断裂伸长率方面，径纬向变化趋势相同，断裂伸长率的最大值出现在袋中，分别为16.2%和26.1%，最小值出现在袋顶，分别为15.6%和23.5%，分别较最大值下降了0.6%和2.6%。

2.1.2 顶破性能

表6给出了三条滤袋顶破强度的对比。由表可见，滤袋1#的顶破强力最大，滤袋2#和滤袋1#的顶破强力相差不大，相差在2.1%以内，滤袋3#的顶破强力最小，比滤袋1#小34.8%。分析原因可能是3#滤袋所处的位置在清灰时喷吹压力较大，导致滤袋的耐力学冲击能力变差。

表6 不同滤袋的顶破强度对比

2.2 透气性能的变化

三条滤袋不同位置的透气率对比见图1。如图1所示，滤袋1#的透气率的变化区间为1.17～1.42m/m in，滤袋2#的透气率的变化区间为2.13～3.67m/m in，滤袋3#的透气率的变化区间为2.18～2.59m/min。并且沿袋底向袋顶方向呈现逐渐降低的趋势，除了滤袋3#在袋中的位置出现6%的上升幅度外，三条滤袋袋顶比袋底的透气率降低幅度分别为17.6%、17.0%和10.3%。不同于清洁滤料，已经使用过的滤袋的透气率的变化实际上反映的是滤袋表面粉尘在滤袋不同位置的分布情况。可见这三条滤袋的粉尘分布并不相同，说明了粉尘沿喷吹气流方向上在滤料内部的嵌入量呈增大趋势，存在袋中位置出现粉尘层最厚的情况。

图1 滤袋透气率随不同位置的变化曲线

2.3 滤袋在失效情况下表面形态的变化

为了进一步观察滤袋在失效后微观形态的变化，对三条滤袋试样分别进行了扫描电镜分析。图2为滤袋失效后滤料表面的扫描电镜图。

由图2（a）和（b）可见，滤料1#在失效后，粉尘已经嵌入到纤维层的内部并附着在纤维表面，并且，纤维表面变得粗糙（1#表面-2），可以观察到明显的化学侵蚀的痕迹。图2（c）和图（d）分别为覆膜滤袋2#和3#表面的扫描电镜图。对覆膜滤料而言，2#滤袋表面的膜基本上完好，粉尘大部分被阻挡在表面的膜上，未渗入滤料内部。而与2#滤袋同为覆膜滤料的3#滤袋，可以看出3#滤袋表面已经被粉尘基本完全附着，膜已经难以辨认，说明膜已经严重损伤，粉尘已经完全嵌入到滤料的深层纤维层中，滤袋3#的失效是由于表面膜的损坏导致的。

3 结论

1）滤袋不同位置的断裂强力和断裂伸长率存在差异，断裂强力在径向的平均下降幅度为4.2%，在纬向的下降幅度大于径向，为9.5%；断裂伸长率下降较小，径向平均下降率0.4%，纬向平均下降率1.9%。

2）滤袋透气率的变化趋势为沿袋底向袋顶方向逐渐下降，这表明粉尘在滤袋表面的分布不均匀，说明了粉尘沿喷吹气流方向上在滤料内部的嵌入量呈增大趋势，存在袋中位置出现粉尘层最厚的情况。

3）通过对滤袋表面的微观变化可以看出，造成滤袋失效的原因是由于纤维表面受到明显的化学侵蚀，覆膜滤料中表面膜的损坏会直接导致粉尘穿透滤料。

因此，在袋式除尘滤料应用时，应对纬向的强力有所加强，并且应对滤料做好防腐处理，对覆膜滤料在安装过程中应加强对膜的保护。

图2 滤袋表面SEM照片

[1]李华,沈恒根,陈强,等.新型复合滤料在燃煤锅炉烟气净化上的应用研究[J].产业用纺织品,2004,22(10):33-37

[2]庄文俊.浅析提高滤料使用寿命之实践[A].见:2007年全国过滤材料和工业呢毡高新技术推广应用交流会[C].2007:25-2.

[3]沈恒根.燃煤锅炉袋式除尘器用新型滤料的研发及其应用[J].建筑热能通风空调,2006,25(5):30-33

[4]肖宝恒.袋式除尘工程技术论坛讲座文集[Z].西安:中国环保产业协会袋式除尘技术委员会,2006

[5]杨新生.电站锅炉袋式除尘器滤料使用寿命初探[J].电力环境保护,2006,22(1):22-24

Te s t an d Ana lys is o f Fa ilu re Filte r Bag s in Stee l Plan t

WANG Zhen-hua,SHEN Heng-gen,LIANG Zhen
Schoolof EnvironmentalScienceand Engineering,Donghua University

In order to reveal the failure characteristics of filter bags in steel plant,changes of themechanical properties and air permeability of different parts of the bags were tested.The m icroscope property was observed by scanning electronm icroscopy.The results showed that:there existed differences in breaking strength and elongation at different positionsof thebag and theweftdeclinedmore than thewarp.Theairpermeability decreased gradually along thebottom of the bag towards the top,which indicates that the distribution of dust in the bag surface was uneven.The surface m icroscopic changes reflected the initial cause of failure,which showed the surface of the fiberswas chemical corroded and the damage of themembranew illbea direct resultof the penetration of dust.

filterbag,failure,mechanicalproperty,air permeability,m icrostructure

1003-0344（2014）02-067-3

2013-4-24

王振华（1985～），女，博士研究生；上海市松江区人民北路2999号环境科学与工程学院3145室（201620）；E-mail:shandongzhenhua@163.com