燃煤锅炉尾气除尘用滤袋的应用分析

郑智宏，林蓝婷，陈建文，程璇

（1.厦门大学材料学院，福建 厦门 361005；2.厦门中创环保科技股份有限公司，福建 厦门 361101；3.福建省袋滤材料与技术重点实验室，福建 厦门 361101；4.厦门市袋滤材料与技术重点实验室，福建 厦门 361101）

2014 年7 月1 日起实施的《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271—2014）规定：重点地区燃煤锅炉颗粒物排放限值需低于30mg/m3，燃气锅炉颗粒物排放限值需低于20mg/m3[1]。袋式除尘器凭借其过滤精度高、不受粉尘比电阻值影响、操作简便等优点，在燃煤锅炉烟气除尘工艺中脱颖而出[2]，燃煤锅炉烟气温度通常在140℃以上，烟气中含有具有氧化性、腐蚀性的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX），因此燃煤锅炉袋式除尘器用滤袋需具有耐高温、耐氧化及耐腐蚀等优异特性。然而，目前市场上滤袋质量参差不齐，常导致袋式除尘器运行效果不佳，粉尘排放超标，污染大气环境。

本文对山东某项目、山西某项目、河北某项目所用滤袋情况进行了全面分析，以期为燃煤锅炉袋式除尘器用滤袋选型提供技术参考。

1 案例对比分析

1.1 实验仪器

YG026C 电子织物强力机、BSM402.3 电子天平、YG461E-III 全自动透气量仪、GYS-2QDM 视频显微镜、Phenom Pure 电子扫描显微镜。

1.2 项目工况简介

将山东某项目、山西某项目、河北某项目分别编号为A、B、C。为响应国家节能减排政策的实施，三个项目配备了多台燃煤锅炉，烟气脱硝后，经袋式除尘器除尘，然后经湿法脱硫净化后排放到大气中。锅炉连续运行温度为80℃—160℃，瞬间运行温度高达190℃，烟气中SO2含量为30—3000mg/m3，NOX含量为30—200mg/m3，氧气（O2）含量为3.5%—10%，粉尘最终排放浓度≤20mg/m3。为了对滤袋产品使用情况进行跟踪，同时从三个项目中各抽一条完好的滤袋进行检测分析。A 项目、B 项目、C 项目抽检滤袋使用时长分别为53 个月、30 个月和13个月。

1.3 测试结果分析

1.3.1 常规性能分析

下表为三个项目滤袋的常规性能测试结果对比。由下表可知，A、B 两个项目滤袋的机械强力保持较好，清灰后，克重与透气量均恢复良好。C 项目滤袋机械强力显著下降，尤其是横向断裂强力接近使用寿命终点，清灰后可见迎尘面覆膜有少许破损（见图1），透气量超出覆膜滤料正常值范围，而且克重恢复不佳。

图1 滤袋迎尘面图

滤袋常规性能测试结果对比

1.3.2 材质分析

通过材质分析，不但能分析出滤袋中的纤维组成，还能根据红外谱图官能团的变化，判断滤袋在运行过程中是否受到化学侵蚀。图2 为A 项目、B 项目与C 项目的滤袋红外谱图。

如图2 所示，结合分子结构及已知的标准谱图曲线可知[3]，A 项目的迎尘面表面、迎尘面里面和净气面的主要特征吸收峰与聚苯硫醚（PPS）的标准谱图基本吻合。B 项目滤袋迎尘面和净气面的主要特征吸收峰与PPS+聚四氟乙烯（PTFE）标准谱图基本吻合，即1470cm-1处为苯环骨架振动吸收峰，1092cm-1处为C=CH 苯环面内弯曲振动吸收峰，804—805cm-1处为苯环上的碳氢键平面外弯曲振动峰。C 项目滤袋纤维层含有三种纤维，复合纤维1 的主要特征吸收峰与聚酯（PE）+PPS 的标准谱图基本吻合，即1712cm-1、1097cm-1处为酯键的伸缩振动峰，1388cm-1处为磺酰胺基的振动吸收峰，723cm-1处为苯环上的碳氢键平面外弯曲振动峰。A 项目迎尘面表面、基布，B 项目迎尘面、基布和净气面，C 项目迎尘面膜、基布和纤维均检测出1200—1207cm-1、1144—1150cm-1归属于碳氟键的特征吸收峰。红外谱图测试结果表明：A 项目滤袋的纤维层材质为PPS，基布材质为PTFE，而且迎尘面表面经PTFE 乳液处理；B 项目滤袋的纤维层材质为PPS 与PTFE 混纺，基布材质为PTFE；C 项目滤袋的纤维层材质由PE、PPS 与PTFE 三种纤维混纺，基布材质为PTFE，而且迎尘面表面经PTFE 覆膜处理。

图2 滤袋红外谱图

由于C 项目滤袋组分中含有常温纤维PE，故采用化学法对其进行定量分析，结果表明滤袋纤维层中PE、PPS 和PTFE 纤维含量分别为59.2%、20.8%和20.0%。据此可知，在滤袋纤维层中含有大量的PE纤维。

由图2 与定量分析结果可知，C 项目滤袋纤维层由高温纤维PPS、PTFE 及常温纤维PE 混纺制成。PE 纤维连续运行温度要求低于130℃，而该项目工况连续运行温度高达160℃，远超出该滤袋的耐受温度，在高温工况下使用含常温纤维的滤袋，极易造成滤袋因高温损伤而缩短滤袋的使用寿命，甚至会导致滤袋破损失效。

1.3.3 粉尘渗透情况分析

袋式除尘器主要依靠纤维对粉尘的拦截、捕集、筛滤，以及粉尘的自沉降等作用实现对含尘气流的净化。随着过滤的进行，微细粉尘势必会从滤袋迎尘面或净气面纤维层渗透进入滤袋横截面深层。可通过显微镜分析判断滤袋的粉尘渗透情况，及时了解滤袋过滤性能变化情况。图3 为三个项目滤袋的横截面显微镜图片，由上至下分别是滤袋（膜）、迎尘面、基布和净气面。由图3 可知，A 项目、B 项目滤袋粉尘均被拦截在迎尘面表层，横截面未见明显粉尘污染，结合图1 分析，C 项目滤袋迎尘面膜局部可见开裂、破损现象，粉尘由膜层开裂处渗透进入纤维层内部，导致横截面深层可见明显粉尘污染。

图3 滤袋横截面显微镜图

1.3.4 微观结构变化分析

通过放大倍数观察纤维表面微观结构变化情况，分析纤维的损伤情况。如图4 所示，A 项目和B 项目滤袋纤维外观保持完好，C 项目滤袋纤维出现断裂现象，推测是纤维层中PE 纤维在高温、腐蚀性环境下受损所致。

图4 滤袋电镜图

2 结语

综上，依据《火力发电厂袋式除尘器用滤料寿命管理与评价方法》（DL/T 1514—2016）中滤料使寿命预估判定规则[4]，测算A 项目和B 项目除尘用滤袋剩余使用寿命分别为18 个月（或以上）和25 个月（或以上），C 项目用滤袋剩余使用寿命接近终点，若继续运行则存在除尘器排放超标的风险，这主要与滤袋纤维层中含有大量的PE 纤维有关，PE 纤维不适合长期在高温、腐蚀性环境中使用。针对燃煤锅炉的工况条件，一般情况下PPS 滤袋、PPS 与PTFE 混纺滤袋都能满足达标排放和使用寿命要求，具体选择哪种材质，还需要考虑实际运行工况。