简析玻璃炉窑除尘滤袋失效原因

郑智宏，陈建文，张静云，吴菁菁

（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）

据不完全统计，我国的玻璃产品产量约占全球产量的一半。如图1 所示，常见的玻璃炉窑工艺流程主要有两种，两种工艺的区别在于余热锅炉与脱硫位置的不同，但其目的都是为了减少颗粒物、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）等对催化剂的影响，从而延长催化剂的使用寿命，使系统运行更加稳定[1-3]。目前，我国的玻璃生产制作工艺通常采用的燃料是重油、焦粉、天然气等，生产制作过程产生的二氧化硫（SO2）浓度为500—3000mg/Nm3、NOx浓度为1200—3000mg/Nm3、粉尘浓度为300—1200mg/Nm3。2013 年颁布的《电子玻璃工业大气污染物排放标准》（GB 29495—2013）对颗粒物排放限值做出了明确要求，即2013—2015 年颗粒物的排放限值为100mg/m3，2015 年以后颗粒物的排放限值为50mg/m3。袋式除尘器是玻璃行业炉窑粉尘治理的主流设备之一，玻璃炉窑半干法脱硫除尘滤料常用的有聚四氟乙烯（PTFE）滤料、聚苯硫醚（PPS）与聚四氟乙烯混纺滤料等，利用PPS 纤维和PTFE 纤维良好的耐高温、耐腐蚀及耐水解等特性，以其为原料制成的滤袋能够满足袋式除尘器高温、强腐蚀性的工况使用要求，但由于玻璃炉窑烟气温度波动大且烟气成分复杂，导致滤袋常出现未到使用寿命就糊袋、破损等情况，增加了玻璃炉窑生产企业的环保成本[4-8]。因此，本文通过实际案例，对江苏某玻璃炉窑选用的“PPS+PTFE”滤袋使用情况进行分析，以期为玻璃企业在烟气治理时选择适合的滤袋提供参考。

图1 典型玻璃炉窑工艺流程图

1 案例分析

1.1 测试仪器

YG026C 气动电子织物强力机、BSM402.3 电子天平、YG461E-III 全自动透气量仪、WQF-510 型傅立叶变换红外光谱仪。

1.2 项目工况

表1 为江苏某玻璃炉窑脱硫除尘项目的工况信息，该项目烟气温度较高，粉尘浓度高达1000g/m3，而且烟气中含有大量的SO2、NOx等腐蚀性气体，袋式除尘器配套某厂家生产的“PPS+PTFE”混纺滤袋，于2015 年12 月开始投入使用，运行17 个月，出现粉尘排放超标情况，检修除尘器时发现滤袋已破损（见图2—图5），滤袋破损位置主要集中在尾端，送检滤袋外观发硬，粉尘板结糊袋严重，清洗后亦可见明显粉尘板结现象。

图2 滤袋整体外观图

图3 滤袋尾部破损图

图4 滤袋尾部清洗后外观图

图5 滤袋尾部破损位置净气面图

表1 滤袋运行情况表

1.3 滤袋常规性能解析

由表2 可知，送检滤袋的纵向断裂强力保持良好，但横向断裂强力衰减严重；由于滤袋破损，净气面有大量粉尘黏附，滤袋载灰时透气量大幅衰减，接近1L/dm2·min；滤袋克重偏大，清灰后克重恢复，粉尘黏附较多。

表2 滤袋常规性能测试结果

1.4 材质解析

图6 为滤袋的红外谱图，采用WQF-510 傅立叶变换红外光谱仪对该滤袋纤维官能团的变化情况进行表征。滤袋迎尘面、净气面的主要特征吸收峰与“PPS+PTFE”的标准谱图基本符合，分别是1470cm-1（归属于苯环骨架C=C 的吸收峰）、1383cm-1（归属于苯环骨架C=C 的吸收峰），1007cm-1（归属于苯环C-H 弯曲振动峰）。滤袋基布具有归属于碳氟键（C-F）的特征吸收峰（1202cm-1、1151cm-1）和归属于亚砜基（-SO-）的特征吸收峰（1036cm-1）。这说明滤袋材质为PPS 纤维和PTFE 纤维混纺，基布为PTFE 纤维，而且其中的PPS 纤维受到严重的氧化腐蚀。

图6 滤袋红外谱图

1.5 纤维热稳定性能解析

图7 为滤袋的差热分析（DTA）曲线图。由图7可知，滤袋中归属于PPS 纤维的熔点为270.0℃，分解稳定温度为528.6℃，相对于新袋中PPS 组分而言（熔点为285.3℃、分解稳定温度为622.5℃），其熔点和分解稳定温度均显著下降，结合滤袋红外谱图，进一步说明滤袋因受氧化腐蚀，分子链结构发生改变，热稳定性能明显衰减。

图7 滤袋的DTA 曲线图

2 结语

江苏某玻璃炉窑项目含有大量的SO2、NOx等腐蚀性气体，在高温下，“PPS+PTFE”滤袋中的PPS 纤维受到氧化腐蚀，机械性能衰减，加之“PPS+PTFE”滤袋表面粉尘板结严重，致使“PPS+PTFE”滤袋透气性能和柔韧性能大幅下降，同时在喷吹气流、粉尘冲刷及袋笼机械磨损等作用下出现磨损性破口。PPS纤维受氧化腐蚀，变脆易折断，而PTFE 纤维由于具有较优良的耐腐蚀性能未受到明显损伤。因此，建议该玻璃炉窑半干法脱硫除尘选用纯PTFE 滤袋以延长滤袋使用寿命，使烟尘排放浓度能达到国家标准，确保除尘器安全、稳定运行。