袋式除尘技术论文范文
袋式除尘技术以其高效除尘的性能，已在我国钢铁、水泥、电力等行业得到了广泛的应用，从源头上抑制了工业排放气体中微细颗粒物对我国大气环境的污染。下面是小编精心推荐的袋式除尘技术论文范文，希望你能有所感触!
袋式除尘技术论文范文篇一
袋式除尘滤料先进制备技术及应用展望
摘要：本文分析了国内外袋式除尘滤料制备技术的发展现状和趋势，提出了国内袋式除尘滤料技术发展中存在的问题。并主要介绍了袋式除尘滤料成型、加固和功能性整理、废弃滤料处理等先进技术，展望了国内袋式除尘滤料在各行业的应用前景，最后对我国袋式除尘滤料制备技术进步提出了几点建议，以期对行业的发展提供有益的思考。
关键词：袋式除尘滤料;非织造制备技术;应用展望
中图分类号：X511;TS176.5 文献标志码：A
Advance Bag Dust Filter Preparation Technologies and Their Application Prospects
Abstract： The current situation and the developing trend of bag dust filter at home and abroad， as well as the existing problems in the development of bag dust filter in China are analyzed. This is followed by an introduction of some advanced technology such as preparation， reinforcement， functional finishing. Then the application prospects of bag dust filter in various industries in China are anticipated. And at last， suggestions on improving the production of technology of bag dust filter in China are proposed.
Key words： bag dust filter; nonwoven preparation technology; application prospects
长期以来，我国经济和工业化的高速发展带来了严重的环境问题。尤其是钢铁、水泥、煤炭、电力等行业，耗能高、污染高，带来了大量的工业烟尘和废气，导致空气污染加剧，危害我国近十亿人民的健康。全国环境统计公报显示，2014年我国废气中烟(粉)尘排放量高达1 740.8万t，其中83.6%来自工业烟(粉)尘排放。工业烟(粉)尘排放中大量的微细粒子(包括PM 10、PM 2.5 等)是直接导致我国大气环境质量恶化的元凶之一。袋式除尘技术以其高效除尘的性能，已在我国钢铁、水泥、电力等行业得到了广泛的应用，从源头上抑制了工业排放气体中微细颗粒物对我国大气环境的污染。
目前，我国新制订的滤料相关标准已达到了较高的水平。与GB/T 6719 ― 2009《袋式除尘器技术要求》和HJ/T 324 ― 2006《环境保护产品技术要求 袋式除尘器用滤料》相比，FZ/T 64055 ― 2015《袋式除尘用针刺非织造过滤材料》的过滤性能指标有大幅提高，其规定滤料的动态除尘效率必须≥99.99%。而燃煤电厂除尘器的入口含尘量通常为40 000 mg/m3左右，这样，除尘器出口排放浓度可控制在 4 mg/m3左右，完全符合GB 13223 ―2011《火电厂大气污染物排放标准》规定的电厂烟尘允许排放浓度限值。
严格的大气污染物排放标准，以及与大气环境保护相配套的法律、法规、政策的出台和实施，将进一步推动我国袋式除尘技术的发展，高性能、功能性滤料作为袋式除尘的核心部件，势必得到进一步的发展。
1 国内外袋式除尘滤料技术发展现状及趋势
1.1 国外袋式除尘滤料技术的发展现状及趋势
在纤维原料方面，国外袋式除尘滤料采用高性能合成纤维，如聚苯硫醚(PPS)纤维、聚酰亚胺纤维(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)纤维等，提高了滤料的耐热、耐腐蚀等性能;在滤料成型和加固方面，采用自调匀整、针刺固结等技术，大大提高了滤料物理和机械性能的均匀性;通过浸渍、涂层、覆膜等后整理加工方法，进一步提高了滤料的除尘效率和使用寿命。20世纪80年代，国外研制了一些高性能滤料，如美国Gore公司的PTFE膜覆合滤料能够高效地捕集亚微米粒子;GE公司推出的新型PPS双组分纤维滤料，具有更高的强度和更高的过滤效率;杜邦公司推出了Nomex KD创新纤维技术，该纤维在非织造加工时，易原纤化而形成微纤维，从而使滤料具有更高的粉尘捕捉力和更好的过滤性能;美国Donaldson(唐纳森)公司研发的褶皱滤料(图 1)过滤面积比普通滤料大数倍。发展至今，纤维滤料不仅可以近100%地过滤超细粒子，对于高温甚至粘性较高或湿度较大的烟尘也能达到同样的过滤效果。
1.2 国内袋式除尘滤料技术的发展现状及问题
在高温烟气过滤领域，我国的研究起步较晚，上世纪70年代开发了玻璃纤维机织滤料、涤纶绒布等滤料产品;80年代成功研制了合成纤维针刺毡等低温、中温滤料。90年代以后，我国在高温滤料产品的开发方面取得了一系列重要的发展成果，开发了耐高温合成纤维针刺滤料，如芳纶1313针刺滤料等;并研究开发了高温滤料热熔覆膜工艺和生产线，提高了覆膜滤料的质量，增加了覆膜滤料的品种;通过系列梯度结构滤料的研制，提升了针刺毡滤料的表面过滤功能。
进入21世纪后，随着我国高性能纤维制备技术的发展，已经可以自行研制并批量生产间位芳纶(芳纶1313)、PTFE、PPS、超细玻纤、超高温玄武岩纤维等耐高温特种纤维，为高性能滤料的发展创造了有利条件。加之高温滤料生产技术水平的不断提升，我国耐高温烟气过滤材料进入高速发展期，高温烟气除尘技术得到迅速发展提升，滤料产品规格品种不断拓宽，耐高温、耐腐蚀等多种功能复合的高性能过滤材料技术，如聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维、芳砜纶、玻璃纤维、聚四氟乙烯微孔覆膜滤料和多种纤维组合的复合纤维过滤材料等制备技术逐步发展成熟。另外，我国滤料行业还开展了滤料浸渍及涂层等后处理工艺和助剂配方的研制，改善了滤料的物理、化学性能和表观质感，延长了滤料的使用寿命。如佛山斯乐普特种材料有限公司的新型PPS滤料，采用纺粘成网，经针刺与水刺结合加固，具有低阻高效的过滤特性，且使用过程中强力衰减慢;南京际华三五二一环保科技有限公司开发了纳米催化剂气流成网技术，制成负载催化剂的复合针刺毡滤料，兼具过滤和催化裂解功能，用以分解二�f英等有机废气，进一步提高了我国垃圾焚烧烟气净化处理水平。 目前，我国发展高性能袋式除尘滤料面临的主要技术问题是专用原料水平不高，各类高性能纤维的质量不稳定，性能尚不能完全满足要求等。如国产PPS纤维与国外相比线密度偏差较大，耐热强度保持率较低;国产滤料制造装备，在产能、产品克重、强力和透气性能的均匀性等方面与国外相比仍有不小的差距;滤料的后处理、后整理也存在薄弱环节，使低成本、低价位、产品质量不高、未经任何处理的“生滤料”进入滤料市场，缺乏约束机制。
2 袋式除尘滤料先进技术
2.1 袋式除尘滤料成形技术
目前，袋式除尘滤料成形主要采用非织造干法成网技术，包括梳理-交叉铺网和开松-气流成网技术，近期也有采用纺丝直接成网的方式。制备高性能的袋式除尘滤料，主流成形技术依然是梳理-交叉铺网技术，其要点是采用非织造干法成网自调匀整技术。目前国际上先进的非织造成网自调匀整技术主要为德国Dilo(迪罗)公司的Profi-Line CV1控制系统和法国ANDRITZ Asselin-Thibeau S.A.S集团的ProDyn系统。
Profi-Line CV1控制系统是一个闭环系统(图 2)，主要包括Spinnbau公司的Super-Servo梳理机，Dilo公司的CV1工作站，Autefa(奥特发)公司的Top-Liner交叉铺网机CL4004，以及检测固结后纤网克重变化的装置。已加
固的纤网未卷绕前，通过β或γ射线检测装置采集纤网各处的面密度数据，通过中央控制系统分析采集的数据，然后调整设备的运行参数，最终保证纤网均匀度。据称，通过使用该系统，固结后纤网的CV值可控制在0.5%～ 1.5%之间(图 3)。
ProDyn系统包括Servo X梳理机、铺网机、固结后自动检测系统及计算机自动控制系统等，是一个双闭环系统(图 4)。该系统的优势，一是梳理机的喂入系统带有自调匀整装置，采用X射线检测喂入梳理机的纤维层厚度，然后调整喂给罗拉速度形成闭环系统;二是纤网层固结后，在未卷绕前采用X射线检测每一段纤网的质量，经控制系统分析后改变梳理机和铺网机的工艺参数形成闭环系统。经过两部分的综合调节，纤网纵向和横向均趋于均匀，总的CV值据称在0.5% ～ 0.9%之间。
ANDRITZ Asselin-Thibeau公司进一步推出了专利Iso-ProDyn系统，该系统不但能够控制成网克重的均匀性，而且可以改善和优化产品的MD/CD(纵横向强力比)均匀性。据ANDRITZ Asselin-Thibeau公司介绍，其采用 5 dtex×75 mm的聚丙烯纤维原料，做克重为160 g/ m2的针刺非织造材料的对比实验，实验采用的交叉铺网机喂入速度>100 m/min，交叉铺网机至卷绕机总牵伸为250%，加固过程中横向收缩为30%。结果表明，不采用自调匀整装置时，试样面密度CV值为6.21%，纵横向强力比CV值为12.34%;采用ProDyn系统后，试样克重CV值降为1.52%，纵横向强力比CV值为8.86%;采用IsoProDyn系统，试样克重CV值为1.50%，纵横向强力比CV值为2.95%，纵横向强力比得到了显著的改善。
对于玻纤和聚四氟乙烯之类难以梳理成网的纤维，可以考虑采用开松-气流成网技术成形。其要点是减少开松和梳理点，从而减少玻纤损伤，避免聚四氟乙烯纤维产生纤维结点。聚四氟乙烯纤维梳理-交叉铺网成形时，AUTEFA Solutions(奥特发)公司建议采用配置3 个梳理单元的“mini”梳理机，减少纤维结点产生;减小输送帘倾斜角度，防止断网。ANDRITZ AsselinThibeau公司针对玻纤的梳理机，同样减少了梳理单元，防止玻纤损伤，同时增设提升罗拉机构，防止纤维沉积针布。
2.2 袋式除尘滤料加固技术
目前，袋式除尘滤料加固的主流工艺仍然是针刺非织造技术。已有研究表明，制备有基布的针刺滤料，须考虑刺针对基布的损伤，且不同截面的刺针，均会造成基布经纬纱不同程度的损伤。东华大学、江苏东方滤袋股份有限公司和上海丰威织针制造有限公司对此进行了研究，设计开发了椭圆形截面针叶的刺针，刺针穿刺纤网时，针叶的椭圆柱状基体的长径侧面可将张紧伸直的经纱和纬纱撑开，避免了棱脊上的钩刺钩取经纱和纬纱上的纤维，因此可减轻其强力损失。产业化实验表明，椭圆形截面针叶刺针在针刺过程中对加筋层机织基布的损伤较低，强力保持率约为70%，优于常规刺针的针刺效果。
水刺加固技术作为常用的非织造加固技术之一，由于其独特的柔性固网特点，已被用于制备耐高温纤维过滤材料。采用水刺非织造工艺加工过滤材料，高压水射流穿透纤网和基布后，在转鼓表面形成反弹，在水射流直接冲击和反射水射流的双重作用下，形成纤网与基布紧密缠结复合结构。水刺缠结复合技术有效地解决了普通针刺工艺中带钩的刺针对基布长丝和纤网中纤维不可避免的损伤问题，滤料强度可提高30%左右。另一方面，水射流冲击使得滤料表层纤维产生致密的缠结作用，降低了滤料平均孔径，提高了其除尘效率。
佛山市斯乐普特种材料有限公司采用纺粘技术制备新型聚苯硫醚滤料，在后加固过程中采用了针刺与水刺结合的工艺，通过针刺使纤维形成良好缠结，但该工艺存在对纤维造成一定的损伤的缺点。相比之下，水刺对纤维基本没有损伤，但纤维的缠结度在生产高密度滤料时达不到要求，出现分层现象。通过针刺和水刺的结合，充分发挥了两种工艺的优点，避免了两种工艺各自的弊端，产品力学性能优异，过滤精度高。 2.3 袋式除尘滤料功能性整理技术
袋式除尘滤料在实际工况中所面临的工艺环境苛刻复杂，因此，滤料通常需要进行烧毛、轧光、涂层、浸渍、覆膜及抗静电等后整理工艺处理，以满足不同工况对滤料提出的差别化和功能化的要求。
东华大学金平良采用以PTFE分散乳液为主的后整理剂浸渍处理水刺耐高温滤料，经过后整理，耐高温滤料的拒水等级达到 8 级，拒油等级达到 7 级，淋水等级达到 4 级，水的接触角θ>140°，拒水拒油性能得到了显著的改善，其孔隙率、透气性均满足滤料的使用要求。更进一步，其对聚苯硫醚和聚酰亚胺两种水刺耐高温滤料瞬时超温后的断裂强力和拒水拒油性能进行了研究。研究表明，PTFE分散乳液浸渍整理良好的聚苯硫醚水刺耐高温滤料，其断裂强力在190、230 ℃瞬超温条件下的纵横向断裂强力保持率均≥95%，材料的拒水拒油等级虽有所下降，但仍满足耐高温滤料的实际使用要求。
已有研究表明，在滤料过滤效率方面，PTFE 乳液涂层和浸渍处理的后整理工艺方法对滤料过滤效率的提高有重要作用，且PTFE 乳液涂层后整理工艺方法对滤料过滤效率的提高效果优于PTFE 浸渍处理后整理工艺方法;在滤料轧光整理前，先对滤料进行烧毛整理，可以提高滤料的过滤效率，特别是对于PM2.5过滤效率的提高比较明显。在滤料过滤阻力方面，PTFE乳液浸渍后整理工艺方法使滤料过滤阻力显著增大;PTFE涂层后整理工艺在减小滤料表面微孔直径的同时保持了滤料内部的通透性，滤料过滤阻力要明显小于浸渍后整理工艺;烧毛、轧光后整理工艺方法降低了滤料的透气性，增加了滤料的过滤阻力。
研究表明，用发泡乳剂对滤料制品表面进行涂覆处理，可以改善滤料的表面风格，改进纤维网微孔结构，提高滤料的过滤、清灰和耐磨性能。目前，较先进的发泡涂层工艺，泡沫直径可达到0.5 ～ 2 μm，涂层孔径达到2 ～ 11 μm，孔隙率可达40% ～ 60%，优于热轧轧光处理工艺。该工艺处理后滤料的过滤效率虽比覆膜滤料较差，但透气性更好、寿命更长，且成本较低。江南大学李素勤等采用聚四氟乙烯分散液为涂层剂主要原料，并添加一定比例的发泡剂、助剂等，对聚苯硫醚滤料进行发泡涂层处理，研究了涂层对滤料结构和性能的影响。研究表明，滤料表面形成了均匀致密的PTFE多孔发泡层，涂层后滤料的孔径呈现正态分布，滤料孔径主要集中在20 ～ 25 μm之间，孔径分布均匀;耐磨性有明显改善，在转速70 r/min条件下，耐磨次数从616次增加到27 941次，延长了滤料的使用寿命。
2.4 袋式除尘滤料覆膜技术
玻纤基布覆合PTFE薄膜制成的耐高温滤料，集中了玻纤耐高温、耐腐蚀、强度高、伸长低和PTFE薄膜表面光滑、憎水、透气、容易清灰、化学稳定性好等优良特性。覆膜工艺主要包括两种，一种是采用粘合剂将微孔膜粘附在基布上，其缺点是当温度过高时，粘合剂容易熔化而从微孔中渗出，影响滤料的过滤效果;另一方面，粘合剂碳化脱胶会造成薄膜受损而使滤料失效，因此，粘合法覆膜滤料不适宜在高温环境中使用。另一种覆膜工艺是目前国际上通用的高温热压复合技术，该方法首先对玻纤织物进行表面处理，改善其与PTFE薄膜的结合性能和自身的化学稳定性，然后通过高温热压复合，使织物和PTFE薄膜在高温高压下结合成一体。通过该腹膜技术处理后，PTFE薄膜的微孔不被破坏，复合强度高。但是也存在一定的缺点，如处理工艺对织物结构和表面处理、薄膜的表面处理以及复合加工工艺均有较高的要求。
美国唐纳森公司自1981年就开发和生产出了商品名为Tetratex的覆膜滤料，具备生产玻纤/PTFE高温热压覆膜滤料的先进成熟技术。其薄膜孔径范围为0.07 ～ 7μm，薄膜厚度范围为 5 ～ 250 μm，运行过滤阻力小于1 250 Pa，滤料除尘出口烟气排放浓度为12.5 mg/m3，使用寿命可达 4 年;美国Gore公司生产的Gore-Tex覆膜滤料性能指标在工业电厂锅炉应用领域具有世界先进水平，运行过滤阻力为980 ～ 2 000 Pa，滤料除尘出口烟气排放浓度小于20 mg/m3，覆膜牢度不小于0.03 MPa，使用寿命为16个月到 3 年。
国内玻纤/PTFE高温热压覆膜滤料从性能指标上看，与国际先进水平仍有一定的差距，运行过滤阻力一般为(2 000±500)Pa，透气率为30 ～ 50 m3/(m2・min)，使用寿命为 2 年，覆膜牢度≥0.025 MPa，连续工作温度为260 ℃，瞬间工作温度为300 ℃。
2.5 废旧滤袋处置技术
目前国内对于纯芳纶、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等合成纤维废旧滤袋的回收利用技术已日趋成熟。据报道，北京国兴五佳高分子纤维再生科技有限公司发明了废旧滤袋中的聚苯硫醚回收技术，2013年已建成了年产400 t聚苯硫醚回收再利用生产线。用旧滤袋加工成的聚苯硫醚粉料，可广泛应用与电子电气、机械、汽车等行业，具备耐腐蚀、耐高温、绝缘等特点。
纯聚四氟乙烯滤袋通过机械破碎后加工成的PTFE细粉，再经过热压成型后可制成低压密封垫片;经挤压成型后可制成厚壁管材或棒材;通过将PTFE细粉添加到橡胶等其它制品中，还可以改善材料的拉伸、磨损等性能。如果是PTFE与其他纤维混和制成的滤袋，可采用机械粉碎后重力分离技术，从而达到PTFE的提纯。
对废弃滤袋进行高温燃烧，使废弃滤袋变成惰性残留物，并综合利用燃烧余热，是目前废弃滤袋处理中较常见的方法。聚四氟乙烯纤维燃烧时产生HF有毒气体，玻纤焚烧后体积基本不变，因此这两种纤维的废弃滤袋不宜采用焚烧处置，而聚苯硫醚和聚酰亚胺纤维滤袋可以采用焚烧处理。广东工业大学陈海斌等探索了水泥厂化纤布袋焚烧灰和玻纤布袋焚烧灰用作水泥混合材的可行性，研究表明，焚烧灰掺量小于20%范围内，水泥各龄期的抗折和抗压强度均达到甚至超过同龄期S号参照水泥。 将废弃滤袋在合适的场地填埋后进行封固处理是目前废弃滤袋处理最常用的方法，其处理简单、处理费用低、处理量大，但会占用大量土地，处置不当时存在渗透液污染地下水和地表水的风险。
3 高性能滤料应用展望
袋式除尘器及耐高温滤料主要应用于火电行业、黑色金属冶炼和压延加工以及水泥制造等行业。此外，在垃圾焚烧行业及有色金属冶炼加工行业、矿产开采行业、石油和化工行业、食品医药行业等领域也有着广泛的应用。
据预测，到2020年，我国用电量将达到7.45 PW・h，煤电装机容量将达到1.06 TW。新的环保标准的实施，使得电力行业大规模实施除尘器的“电改袋”成为必然，预计到2020年这一比例有望增长到50%以上。按照平均1 kW装机容量需高温滤料0.15 m2、滤料使用寿命为 3 年进行估算，高温滤料的年需求量将达到5 300万m2。按照我国钢铁产能保持目前12亿t/a的水平、1 万t/a钢铁产能滤料需求量0.2万m2/a、滤料使用寿命为 3 年进行估算，则滤料年需求用量约9 200万m2。预计2020年我国水泥总产量将超过25亿t，按照 1 Mt/a水泥产能需滤料2.4万m2、滤料使用寿命为 4 年进行估算，则高温滤料年需求用量约2 700万m2。据不完全统计，目前有色金属冶炼加工、矿产开采、石油和化工、食品医药等行业高性能滤料年需求量约300万m2，2020年将突破600万m2。综上所述，预计2020年国内高温滤料市场需求将达到1.8亿m2。
4 结语
目前，国内高端袋式除尘滤料的制备技术还不完全成熟，部分产品稳定性欠缺。建议国内基础原材料、高性能纤维、滤料和后整理装备、应用设计等整个产业链联合，针对火电、钢铁和水泥三大行业应用进行产品和技术开发，加快推进国内袋式除尘滤料的技术升级，提高产品稳定性，提升产品竞争力，逐步扩大国产袋式除尘滤料的市场占有率。
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