高性能PTFE（聚四氟乙烯）覆膜滤袋在面粉工业除尘中应用前景的探讨

杨磊　刘君　李东森

1．郑州华森粮食工程有限公司　郑州　450006　2．河南工业大学小麦和玉米深加工国家工程实验室　郑州　450001

高性能PTFE（聚四氟乙烯）覆膜滤袋在面粉工业除尘中应用前景的探讨

杨磊1，2刘君1李东森2

1．郑州华森粮食工程有限公司郑州4500062．河南工业大学小麦和玉米深加工国家工程实验室郑州450001

介绍面粉工业低压脉冲除尘器在应用方面的不足，以及PTFE（聚四氟乙烯）覆膜滤袋的结构、性能及应用优势。通过在面粉厂应用实例的对比，说明应用PTFE覆膜滤袋具有效率高、压损低、清除粉尘性能好、维护频率低等优点，对于面粉工业的节能降耗、降低维修成本具有实际意义。

PTFE聚四氟乙烯覆膜滤袋面粉工业除尘

袋式除尘技术最近几年在工业应用中取得了飞速发展，尤其是在水泥生产方面，早期的袋式除尘技术主要使用的是普通针刺毡滤料，这些滤料表面并不很光滑，其过滤层孔隙很大且不均匀，因此就形成深层过滤，这对过滤性能和使用寿命产生影响，对于粒径较大的粉尘收集，普通滤料通常是被认可的，但对于粒径较小的亚微粒粉尘并不适用。普通滤料不足之处有，细微粉尘非常容易穿透导致排放高，滤料内部易被粉尘堵塞导致压损高，清灰周期短，造成使用寿命短；每次清灰前后排放波动大，排放波动是由滤料内部粉尘被清灰后，短时间内滤料孔隙较大，粉尘容易穿透引起的。

为消除以上不足，在普通滤料表面增加致密过滤层不失为一种理想的解决办法，由此推出由膨体聚四氟乙烯覆膜的过滤材料，并提出了表面过滤的概念。这种致密过滤层是一种压覆在普通滤料表面的一层连续均匀多微孔极光滑的薄膜。覆膜滤料有多方面的优势：

①提高过滤效率，尤其是对粒径较小的亚微粉尘具有很好的拦截效果；

②其更低更稳定的压损，可提高产品质量和系统可靠性；

③滤袋压损低，粉尘剥离性很好，清灰性能好；

④清灰频率低，可以极大地延长滤袋的寿命。

覆膜滤料替代普通滤料，实现表面过滤的优化，可大大提高过滤性能，滤料的使用寿命更长，过滤效率更高，粉尘排放低，完全可满足欧盟排放标准，同时减少系统停机时间。

实践证明，使用覆膜滤料后，清灰频率可由普通滤料的每天360个循环降至每天50个循环，除尘器系统压损在同等条件下覆膜滤料可比普通滤料低600 pa以上。

1　PTFE覆膜滤料的性能及其过滤原理

1）PTFE简介

聚四氟乙烯（PTFE）俗称“塑料王”，它是由四氟乙烯经聚合而成的具有特殊性能的含氟高聚物材料，氟原子以有规则、紧密堆积的方式覆盖整个高分子链的表面，对骨架碳原子起到屏蔽作用，因此PTFE具有优良的耐高温性、耐腐蚀性、电绝缘性能、密封性等，其制品能在-190℃～250℃的温度下长期工作。除熔融金属钠和液氟外，PTFE能耐其它一切化学药品，甚至在王水中煮沸也不起变化。凭借其突出的性能，PTFE已广泛应用于电信电缆、密封、航空航天以及环保等领域。

2）PTFE覆膜滤袋的技术参数

由于PTFE熔体粘度高达1010～1015Pa·s，是一种典型的非熔流材料，即使达到分解温度后也不能自由流动，所以它不适合常用的高分子纤维的加工方法。在不同温度下，通过不同的拉伸强力制备成不同孔径的聚四氟乙烯微孔膜，然后通过膜裂法生产工艺，生产出的PTFE纤维具有近似规则的六边形断面，有效增大了比表面积（单位质量表面积），这种纤维在保持PTFE原有的耐高温、耐腐蚀性能外，还具有非常高的强度，其长短纤维的性能指标分别见表1和表2所示。由长纤维织成的基布作为滤料的“骨架”，提供了针刺毡约70%～80%的强力，大大提高了滤袋的使用寿命，由短纤维通过针刺工艺制备的针刺毡作为滤料的“过滤层”，对粉尘的捕集效率有了很大的提高。

表1　PTFE长纤维的性能指标

表2　PTFE短纤维的性能指标

图1　PTFE微孔薄膜的场发射扫描电镀图

我国通过三维立体拉伸技术成功制备出了性能可达到国际先进水平的PTFE微孔薄膜。该薄膜是由PTFE结晶分子聚集的岛状结点和由结晶分子拉伸出的纤维丝构成，微观形貌如图1所示。这些纤维丝立体交叉形成尺寸均匀的微孔，微孔再层层重叠形成立体网状结构，在满足一定透气量的前提下，大大提高了膜的强度和过滤精度。

3）普通滤料和PTFE覆膜滤料材质对比

用于脉冲除尘器的滤袋可以是织物料，也可以是针刺毡料，针刺毡料通常较厚，游离的纤维较多，针刺毡是将短纤纱用针刺的型式刺进较稀松平纹织物中，或者直接将这些短纤纱针刺在一起成为无支撑的毡料，这些纤维错综交汇来实现拦截粉尘的能力，人们习惯于将这种滤料称之为普通滤料，这种滤料由于纤维间的孔隙较大，很难拦截细微粉尘，为了达到更好的过滤效果。将一种连续均匀多微孔极光滑的薄膜压覆于其表面形成覆膜滤料，由图1所示覆膜滤料的结构可见其薄膜表面的微孔极其致密且光滑，因此对粉尘的拦截效果极佳，同时，也解决了普通滤料清灰难的问题。

4）PTFE覆膜滤袋的性能

图2为纯PTFE覆膜滤袋的截面扫描电镜图，从图2可以看到PTFE微孔膜孔径大小均匀，紧密地覆着在由PTFE短纤维制成的针刺毡表面。PTFE基布和短纤维为PTFE微孔薄膜提供了一定的强度和支撑，PTFE微孔薄膜提供了非常高的过滤精度。

图2　纯PTFE薄膜滤袋的截面扫描电镜图

2　PTFE覆膜滤料的表面过滤优势

滤料的过滤方式主要有深层过滤和表面过滤2种方式。

1）普通滤料的深层过滤

传统滤料的深层过滤主要依靠一次粉尘层的作用，为保证滤料持续工作，应定期对滤料进行清灰，清灰时应尽量做到不破坏“一次粉尘层”。在过滤过程中，一次粉尘层只是在一段时间内效率比较高，而且深层过滤对细小颗粒的捕集效率非常低。一次粉尘层处于形成→稳定→清灰破坏→形成的反复状态。

普通滤料的深层过滤是依靠建立在滤料内部和滤料表面的初始粉饼来达到过滤效果的，实际的过滤是依靠这层初始粉饼。在没有初始粉饼状况下，普通非覆膜滤料的过滤效率仅为30%～70%。因此必需建立这层初始粉饼，但也带来高压损问题。为保持系统压损不至于太高，必需对二次粉饼进行连续有规律的清除，这同时会破坏已经建立的初始粉饼，造成过滤效率降低、排放高，这要持续到再次建立初始粉饼。如果系统含尘气体的湿度含量较高，加之普通滤料表面不够光滑，建立在普通滤料上的粉饼将无法清除。一段时间后，无法清除的粉饼变得越来越厚，会直接导致滤料的透气率降低，流量产量降低。系统维护和停机时间增加。

2）覆膜滤料的表面过滤

PTFE薄膜结构的微孔极其致密，即使是亚微颗粒的粉尘也很难穿透这种薄膜层，因此几乎所有的粉尘都被拦截在薄膜的表面，实现表面过滤。它完全优于普通滤料表面的初始粉饼，其孔隙致密均匀、透气率好，加之这种薄膜的特殊物理性能，表面极其光滑，极易清灰。薄膜特有的憎水性能，即便是含尘气体湿度含量较高，粉尘也很难板结，为滤袋的清灰创造了良好的条件。

覆膜滤料属于表面过滤，覆膜滤料利用其微孔结构改变了普通滤料的过滤机理，由普通滤料的深层过滤机理转变成为表面过滤机理。在覆膜滤料的过滤过程中，基布和针刺毡只起到支撑的作用，不像传统滤料那样需要依靠滤料表面形成的粉尘初层进行过滤，PTFE膜层本身就能够起到一次粉尘层的作用。这样一来覆膜滤料从一开始效率就很高，不需要一次粉尘层来提高效率。覆膜滤料除尘主要利用微孔薄膜的微滤作用，这是新型覆膜滤料与传统滤料除尘机理的区别所在。

3　PTFE覆膜滤料的应用优势

1）清灰频率低滤袋寿命长

光滑的表面、只需要很低的脉冲压力就可达到清灰的目的，大大减少了清灰时压缩空气对滤袋的机械损伤。同时，由于滤料表面光滑，粉尘很容易掉落，每次清灰后剩余压损很低，且系统阻力上升很慢，因此清灰频率可大大降低，这都极大地延长了滤袋的使用寿命。

2）处理风量大可增加产能

对产能不足或清灰系统效果不佳的过滤系统，安装覆膜滤袋后，除尘器系统不做任何大改动情况下，原有的清灰效果就可以大大改善，每次清灰都会清得更干净，滤袋表面残留的灰尘会大幅度减少。由滤袋产生的压损减少，风机就可以在其曲线的最佳工作点运转，导致系统流量增加，可使除尘器处理风量达到甚至超过设计水平，有效地发挥了除尘器的通风除尘功能，确保整个系统运行稳定、可行、安全，提高产量、增加效益。

3）系统阻力低能耗低

由于覆膜滤袋的高质量和清灰效果，不但使过滤压损大幅度下降，还可以使滤袋在整个服役期间压损始终稳定在较低的水平，风量始终稳定在较高水平，这将大大节省用户除尘器喷吹所用压缩空气的消耗，也大大节省系统风机以及其它相关设备的单位产量运行能耗。

4）薄膜憎水可恢复性好

覆膜滤袋表面薄膜具有憎水性，湿气不能渗入滤袋深层，使滤袋可以适应高湿度条件，如系统喷水过量时，同样能获得高的除尘效果。因为薄膜将粉尘拦截在表面，凝结时湿的粉饼就不会粘附于毡料的纤维上，当温度再次升高，相对于针刺毡的粗糙表面，干粉饼更容易从光滑的薄膜上清除。

5）优化系统性能脉冲长袋除尘效果更凸出

良好的清灰性能，使得除尘器系统各方面运行性能得到大大的优化。尤其是对于脉冲长袋，由于设计施工等因素导致清灰系统往往不甚理想，清灰效果很难达到预期效果，即便是当前应用趋于成熟的2．0 m滤袋，也常常出现即使频繁的清灰系统阻力也很难降下来。覆膜滤料是一种方便可行的选择，对有些尝试使用2．4～3 m甚至更长滤袋的除尘器，清灰效果更好的覆膜滤料是保证系统良好运行的必然选择。粉尘过滤效率高也是覆膜滤料的主要优势，对于0．3 μm的微粒，薄膜可以达到99．99%拦截率，用这样的薄膜滤袋来拦截生产中的粉尘，可以达到超低排放确保符合当前，甚至将来的环保排放标准，达到世界最先进水平，大大改善工厂的外部环境，也节省了环保费用。

4　PTFE覆膜滤料在面粉工业的应用实例

某新建1 000t制粉工程于2012年4月完成，制粉车间脉冲除尘器全部使用覆膜滤袋，虽然更换覆膜滤袋比传统使用的毛毡滤袋成本（按照使用寿命1年）要高出18．7万元，但使用寿命由传统毛毡滤料的1年提高到1．5年，并且电费年均降低18万元。迄今已经稳定运行近2年，取得了令人满意的效果。使用不同的滤袋后，前后两者的经济效益分析对比见表3。

表3　经济效益分析

5　结语

对于面粉工业脉冲清灰的袋式除尘器，滤料的选择对于优化系统的运行至关重要。许多生产线在不作太大改造的前提下都可一定程度地提高产量，由此就会产生更高的过滤风速，清灰频率也大大增加，同时又可以期望滤袋使用的寿命更长，于是推动滤料市场去研发更优质的滤料，用以优化生产的要求，降低排放和能耗。对于面粉企业中运行的喷吹系统不够理想，产量提高后系统负荷较重，使得除尘器运行欠佳的系统，在除尘器不作太大改造的前提下，选择一种优质的滤料也是解决问题的理想选择。优质的滤料对于提高产量，优化系统性能，促进节能减排起着关键的作用；而对于那些尝试更长滤袋的系统，优质的覆膜滤袋更是保证设备良好运行的必然选择。

TS 210．3，X 513

A

1674-5280（2015）02-0019-04

2015-03-19

杨磊（1984—），男，本科，工程师，从事工程设计工作，工业工程研究。