超低排放下过滤材料选型探讨

邱薰艺，林鸿剑，张静云，陈建文

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

袋式除尘器是治理大气粉尘污染的高效除尘设备，最大优点是除尘效率高，过滤效率与气体温度、粉尘成分、粉尘性能几乎无关，受入口粉尘浓度变化影响小，出口排放浓度基本稳定。

袋式除尘器的核心组件是滤袋，滤袋的过滤净化机理包括筛滤、碰撞、拦截、静电等效应。为进一步提高滤袋的过滤效率，滤袋生产商通过覆膜、添加超细纤维、增加克重、水刺加工、增加滤袋过滤面积等工艺技术，从多个方面来实现超低排放。

1 覆膜对过滤效率的影响

覆膜是将聚四氟乙烯（PTFE）微孔膜通过热覆或胶覆的方式覆合在滤料表面。PTFE 微孔膜孔径为0.2—2μm，远远小于无纺布平均孔径，可以有效将粉尘拦截在滤料表层，实现表面过滤，增加过滤效率。同时，PTFE 微孔膜黏附性小、易清灰，可以降低清灰阻力和清灰周期。

覆膜滤料的缺点是膜本身不耐磨，超高浓度的烟尘工况（如粉尘含量在500g/Nm3以上）或高磨琢性工况可能磨损PTFE 微孔膜。在膜破损情况下，对于面密度不足的无纺布滤料或机织布，如直接过滤粉尘，可能会导致排放浓度超标[1]。覆膜滤料PTFE 微孔膜破损后，烟气粉尘排放浓度可能达不到超低排放要求。如图1、图2 所示，覆膜滤料在安装过程中出现膜破损，露出基材，该破损位置已不具备膜的表面过滤效果。因此，覆膜滤料在安装过程中要注意保护膜表面，避免直接与硬物发生摩擦，导致膜破损。

图1 覆膜滤料破膜视频显微镜图

图2 覆膜滤料破膜扫描电镜图

相对于常规滤料，覆膜滤料是实现超低排放控制的有效途径之一，其所具备的表面过滤性能，在初始阶段就能起到很好的粉尘过滤效果。

按《袋式除尘器技术要求》（GB/T 6719—2009）测试面密度均为550 g/m2的聚苯硫醚（PPS）覆膜滤料和非覆膜滤料的动态过滤性能，10 000 次老化后覆膜滤料的残余压差很快趋于稳定，30 周期后覆膜滤料具有更低的残余阻力和更高的过滤效率。覆膜滤料和未覆膜滤料30 周期压差和过滤效率、老化过程图、30周期残余阻力见表1、图3、图4。

图3 覆膜滤料和未覆膜滤料老化过程图

图4 覆膜滤料和未覆膜滤料30 周期残余阻力图

表1 覆膜滤料和未覆膜滤料30 周期压差和过滤效率

2 超细旦纤维对过滤效率的影响

纤维的比表面积决定了对粉尘的拦截效果，同样的克重下，线密度越小的纤维提供的比表面积越大。细旦纤维、超细旦纤维的纤维直径小，目前常规的无纺布滤料纤维线密度多为2D，纤维直径为14—18μm，细纤维线密度为0.8—1.5D，纤维直径为6—14μm，海岛纤维直径低至1.5μm[2]。相同面密度、相同材质的滤料，纤维线密度越大，纤维数量越少，交错形成的孔径越大。因此，加入细旦纤维、超细旦纤维，可大幅度减小滤料孔径，提高滤料过滤效率，从而实现超低排放。添加超细旦纤维的2D 水刺滤料电镜图见图5。

图5 添加超细旦纤维的2D 水刺滤料电镜图

3 增加过滤面积对过滤效率的影响

滤袋的过滤效率除了与滤料本身的材料特性、结构有关外，滤料表面过滤风速也是影响滤袋过滤效率的一个核心因素。滤料表面过滤风速越大，气流通过滤料纤维间的速度越快，同时迎尘面与净气面的压差越大，越容易将粉尘从迎尘面粉饼层带入滤料内部，再从滤料内部带出，导致最终排放浓度超标。因此，降低滤料表面过滤风速，是降低排放浓度的有效方法。

如图6 所示，在同一滤料上取相近的两个样品：取直径15cm 的圆形样品并用硅胶覆盖封堵住其20%面积作为高风速样品A，另取邻近同面积的样品不做覆盖处理作为低风速样品B。按《袋式除尘器技术要求》（GB/T 6719—2009）进行测试，低风速滤料和高风速滤料的30 周期压差和过滤效率见表2，从结果可以看出，低风速滤料B 具有更高的过滤效率。

表2 低风速和高风速滤料30 周期压差和过滤效率

图6 测试样品说明

除尘器风量根据工艺需求进行设计，通常是固定的，降低表面过滤风速的主要办法是降低气布比，即增加滤袋的过滤面积。目前常用的方法有增加滤袋长度及增加滤袋数量，这两个方法的缺点是都需要改变除尘器结构，改造成本高，甚至部分除尘器设计时并没有保留过多冗余，无法以这两种方法进行改造。

为了达到增加过滤面积的效果，可直接将滤袋替换为滤筒。滤筒外径与滤袋相同，无需对除尘器花板进行任何改动，只需在装完袋头后，将滤筒直接从花板孔放入即可，操作便捷。滤筒将滤料打褶加工成多褶状“峰谷”袋身（见图7），因此具有更高的过滤面积。根据工况设计合适的褶高、褶密，滤袋与滤筒在相同高度下，滤筒的过滤面积是滤袋的2—8 倍。

图7 滤袋与滤筒的结构外观图

滤筒滤料经过耐高温硬挺处理，滤料的“峰谷”结构在过滤时，由外向内的风压及反吹脉冲清灰的往复作用不会使滤筒发生坍塌、鼓胀、变形，仍可保持多褶形态，保证了滤筒在过滤时面积稳定。在实际选型中，可根据气布比设定滤筒过滤面积及过滤风速，以最终实现超低排放效果。

4 结语

滤料厂商可以通过覆膜、在滤料中添加超细旦纤维、将滤袋替换为滤筒等方法，或者选用多种技术组合的方法，有效提高除尘器的过滤效率，以达到粉尘超低排放的要求。