燃煤锅炉除尘专用滤料的开发

燃煤锅炉除尘专用滤料的开发

聂换换汪黎明(青岛大学纺织学院，青岛，260071)

摘要：介绍机械制造厂燃煤锅炉的烟尘特点，分析滤料失效的原因，提出一套针对该工况的滤料解决方案。介绍针对复杂工况条件所选用的纤维种类以及复合面层原料成分配比的确定，最终选用针刺工艺加工并对该新产品的基本性能进行了测试分析。

关键词：燃煤锅炉，除尘，滤料，PPS纤维，P84纤维，轶纶

中图分类号：TS176文献标志码：A

收稿日期：2014-09-12

作者简介：聂换换，女，1987年生，在读硕士研究生。研究方向为过滤材料。

当前，我国的能源结构仍以煤炭为主，工业燃煤锅炉每年要消耗大量的煤炭，同时也是我国主要的煤烟型污染源。全行业所耗用的能源量巨大，烟尘以及二氧化硫、二氧化碳等氧化物排放量占总排放量比例居高不下的现状，不仅说明我国工业燃煤锅炉行业的节能、环保指标与建设资源节约型和环境友好型社会的目标有较大差距，而且充分说明行业的节能潜力巨大。

1燃煤锅炉的烟尘问题

1.1　烟尘特点

本文主要以陕西西安(阎良)飞机制造厂的3台130 t自备供热燃煤锅炉为主要案例，进行了实地考察，对其工况环境、烟尘成分等进行了详细的分析。

锅炉燃料以煤炭为主，煤中含硫量较高，SO2烟气入口浓度最高为4 000 mg/m3(标准条件下，下同)。由于锅炉的除尘器没有旁路，初始烟气成分非常复杂，从锅炉运行初期烟气直接通过烟道进入除尘器，烟气的含硫、含水量高，凝聚力、黏着力随之增加，附着在滤袋表面从而产生糊袋的概率大大提高；除尘器前段进口烟道无旋风除尘，粉尘粒径大小不一，粉尘直接进入除尘器后很难附着在滤袋表面形成粉尘层，对滤袋表面的磨啄增强。该燃煤锅炉排放的烟气特点见表1。

表1　烟气特点

1.2　滤料失效分析

陕西西安(阎良)飞机制造厂有3台130 t自备供热燃煤锅炉，它们排放的烟尘除具有一般燃煤锅炉的烟尘特点外，由于其除尘器没有旁路，烟气直接通过烟道进入除尘器，初始烟气成分非常复杂。该锅炉使用的常规550 g/m2PPS(聚苯硫醚)滤袋的断裂强度严重下降，导致袋身腐蚀脱落，甚至出现破洞。国家排放标准要求达到20 mg/m3以下，由于该锅炉风速较高，纯PPS滤袋难以达到排放要求。

该厂锅炉以煤为燃料，烟气含硫量高，烟气燃烧产生的SO2对滤袋的腐蚀性很强，使袋身严重破损，如图1所示。

由于初始烟气成分特别复杂，再加上除尘器没有旁路，烟气直接进入除尘器过滤，烟气中的粉尘直径大小不一，对滤袋表面造成严重的磨啄，使滤袋出现破洞，见图2。

图1　滤袋腐蚀破洞

图2　滤袋磨啄破洞

2专用滤料的开发

根据该厂燃煤锅炉的烟尘特点及滤料失效分析，同时针对复杂的工况条件，我们最终确定采用针刺复合非织造过滤材料，其原料为PPS纤维、P84(聚酰亚胺)纤维、轶纶，生产出全新的滤材产品，以满足该厂的锅炉烟尘过滤需求。

2.1　确定纤维种类

正确选择纤维不仅可以制备出合乎物化性能的过滤毡，还能简化生产工艺，降低生产成本。从生产工艺稳定性、产量、质量、成本等各方面综合考虑，我们选用P84纤维、轶纶与PPS纤维混合，产品质量相对稳定。三种纤维的性能特点如下：

(1)PPS纤维的长期耐温为190 ℃，瞬时耐温为240 ℃，是一种耐高温、耐酸碱、抗水解性能极好的纤维，特别适合在高湿的烟气中使用。

(2)P84纤维具有较高的耐温性能，使用温度可达260 ℃，瞬间可达280 ℃。由于P84纤维是异形(叶子形)断面结构，具有很大的过滤表面积，有优异的过滤性能，所以P84纤维也经常被植入滤料表层(迎尘面侧)以改善滤料的过滤性能，过滤效率比其他纤维可提高15%～20%；而且粉尘不会渗进滤布，可减小压力降，同时滤袋的剥离性能也非常好。

(3)轶纶具有长久的热稳定性，在工作温度300 ℃下，具有良好的强度、耐疲劳性能。轶纶能长期在各种环境下使用，它能够耐受大多数有机溶剂的作用。多种截面形状(圆形和三叶形)的轶纶，以及纳米高科技纤维，单独使用或者混合使用增加了过滤表面积，使其具有优异的过滤性能。

2.2　确定原料配比

我们开发的新型滤料复合针刺毡是在纯PPS针刺毡的基础上形成的。它的结构设计采用PTFE(聚四氟乙烯)基布，在面层中含有60% PPS纤维、30%轶纶和10% P84纤维。轶纶的性能接近于P84纤维，由于P84纤维价格较高，从性价比的角度考虑使用30%轶纶，所以开发的新型滤料是以PPS纤维为主体的复合滤料。

新型滤料保留了原有的耐高温﹑尺寸稳定不变形﹑很好的耐酸碱腐蚀的特点，滤袋与骨架摩擦首先磨到的是面层，轶纶、P84纤维的线密度很小，具有很高的强度，再加上PPS纤维，其耐磨性与纯PPS纤维面层相比提高很多。所以使复合滤料的复合面层的耐磨性提高了数倍，发挥了各种纤维的长处，起到了取长补短的作用。

2.3　确定针刺工艺

针刺非织造过滤毡是目前在烟气、粉尘等过滤领域应用最普及的一种过滤材料，刺针反复穿刺构成了纤维的相互缠结，成布呈现一定的厚度和显著的三维形态，具有极好的容尘量和较高的强度，而且该工艺可以直接采用聚酰亚胺、芳族聚酰胺、聚苯硫醚以及无机纤维等，加工适应性很广。实践证明，采取针刺毡工艺生产的复合过滤材料可以取得最佳效果，这也成为当今过滤材料的发展重点。

3新的滤料解决方案

针对燃煤锅炉的烟尘特点，我们组成了专项研发小组，经过大量的试验研究和质量检测，提出了一套新的滤料解决方案。

研制的滤料名称为P84+PPS/PTFE针刺毡滤袋，它采用PPS纤维+P84纤维+轶纶/PTFE基布复合而成，面密度为580 g/m2以上，较常用的550 g/m2PPS滤袋增加了30 g/m2。该滤袋于2013年11月11日运行至今，没有出现破袋、掉袋等质量问题，烟尘排放浓度为11 mg/m3左右。该滤袋的研发和使用得到了陕西西安(阎良)飞机制造厂的认可。复合滤料方案见表2。

表2　复合滤料方案

4结语

(1)燃煤锅炉专用滤料是一种以PPS纤维、P84纤维、轶纶以及PTFE基布为原料加工而成的。该产品的成功研制不仅在滤料市场推出了一种优良的环保新材料，而且是燃煤锅炉的专用滤料，比其他滤料更具有环保特性，符合国家节能环保要求，具有广阔的发展空间。

(2)燃煤锅炉专用滤料的生产以PPS纤维为主要原料，采用轶纶代替部分P84纤维，具有较高的成本优势。该滤料对环境污染少，符合环保要求。

(3)该产品过滤风速高，不影响除尘的过滤效率，产品的耐磨、耐折性好，有效地提高了使用寿命，为客户节约了生产成本，同时节约了资源，是一种非常值得推广的新型环保滤料。

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The development of filter material for coal-fired

boiler soot-removing

NieHuanhuan,WangLiming(College of Textile, Qingdao University)

Abstract:The soot characteristics of machinery factory, using coal-fired boilers, were introduced and the reasons of filter failure were analyzed. A new solution was proposed and the determination of fiber type selected and the composite material composition ratio was described in detail. The needling process was chosen and the basic performance of new filter was tested accordingly.

Keywords:coal-fired boiler, soot-removing, filter material, PPS fiber, P84 fiber, Yilun short fiber