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袋式鍋爐除塵器過濾材料用各(gè)種纖維的(de)特性及其(qí)應用
一、前言
在工業生產中,工業爐窯和燃(rán)煤鍋爐產生大量的工業粉塵和煙塵(chén)。當(dāng)前,治理(lǐ)工業粉塵
和煙塵最有效的辦(bàn)法就是(shì)使用鍋爐除塵器,而其核心是過濾材料。
目前,過濾材料的品種不斷增多,單從材質而言,就有(yǒu)天然纖維、各種合成纖(xiān)維、各種
無機纖維和金屬纖維等。近年,我國濾料(liào)生產工藝技術得到了飛速發展,產品質量有了大(dà)幅
度的提高,為我國的環境保護事業做出了較大的貢獻。可(kě)是在實際應用中,卻總會出現這樣
那樣的問題,這(zhè)與我們對過濾材料的認識不足是密不可分的。本文對製造濾料的部份纖維的
特(tè)性及其濾料在實際應(yīng)用中應注意的事項做一(yī)簡單的(de)分(fèn)析,希望對濾料的(de)正確應用有所幫
助。
⒉部份化纖的特性(xìng)及其
部份化纖的特性及其部份化纖的特性及其
部份化纖的特性及其濾料
濾料濾料
濾料的應用
的應用的應用
的應(yīng)用
目前我國化纖濾料主要(yào)是滌淪機織布和滌淪針刺氈。由於對耐溫提出(chū)了更高的要求,近
年又通過引進耐高溫(wēn)的化學纖維,研製生產出(chū)了(le)很多耐高溫的化纖濾(lǜ)料(liào),如 Nomex、
Procon、Torcon、Basfil、P84等。以下結合筆者對這些纖維及其濾料的淺薄認識,分(fèn)別對
其做一簡單的分析,以取到拋磚引玉的(de)作用。部份濾(lǜ)料的最高使用溫度和需關注的工況見表
1。
⑴ 滌淪纖維及其濾料
滌淪:學名聚(jù)酯(Polyester PE)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯Polyethylene terephthalate,
PET
特性:比重1.38g/cm3,熔點256℃,斷裂強度5.5g/d,極(jí)限氧指數22。熱塑性纖維,
遇火會燃燒並滴落,能壓光、燒毛。
過(guò)濾性能:可在幹燥條件下經受(shòu)135℃的操作溫度;連續在135℃以(yǐ)上工作會變硬、褪
色、發脆,短時高溫亦會使其強度變弱。抗(kàng)水解性差,不適於高堿、高濕氣的工(gōng)況條(tiáo)件下(5%
以(yǐ)上水汽,100℃以(yǐ)上高溫)使用;
解決辦法:
⒈溫度超過135℃則選用Nomex等耐高溫纖維(wéi);
⒉水汽超過5%則將溫度降到100℃以(yǐ)下;
⒊高堿、高濕汽情(qíng)況下,選用耐水解的丙烯腈(jīng)纖維。 ⑵ Nomex纖維及(jí)其濾料
Nomex:學名芳香族聚酰胺 Aryl polyamide
特性:比重1.38g/cm3,斷裂強度4.9g/d,極限氧指數29。是(shì)非熱塑(sù)性纖維,不自燃也
不助燃,它在(zài)高溫狀(zhuàng)態下如371℃隻會碳化或分解成(chéng)小分子,不會象一般熱塑性纖維會突然
軟化,所以不能壓光,但可燒毛。
過濾性能(néng):可(kě)在幹燥條件下經受200℃的操作(zuò)溫度;是水解性(xìng)纖維,當高溫和有化學成
份及水份時會很快水解而損壞;在水份濃度為10%及弱酸性及中性環境下可適用於 190℃
的操作溫度,而使用壽命也可達兩年;若(ruò)水份濃度增加為20%,使用壽(shòu)命需達到兩(liǎng)年則需
降溫到165℃以下,若還在190℃使用其壽命隻有半年多。
它特怕SOx的侵蝕,因此在燒含硫煤的電廠中往往不能應用。在水份濃度為(wéi)10%時,
若溫度為120℃、SO2含量50~400ppm,強度保留(liú)率為58%,若溫度升到180℃,SO2
含量50ppm時,強度(dù)保留率為(wéi)30%,SO2含量400ppm時,強度保留率僅5%。所以在有
水汽和SOx存在時不(bú)宜使用。
解決辦法:⒈水(shuǐ)解可(kě)用普抗替代,普抗能耐水解和硫氧化(huà)物的侵蝕。
⑶ 普抗(托康)纖維及(jí)其濾(lǜ)料
普(pǔ)抗:學名(míng)聚苯硫(liú)醚 Polyphenylene sulfide PPS
特性(xìng):比重1.38g/cm3,熔點285℃,斷裂強度5.0g/d,極限氧指數34。是結晶性高性
能(néng)熱塑性工程塑料,具有耐熱、耐化學性、阻燃性(xìng)等諸多特性。
過濾性能:可在190℃的溫度下連(lián)續使用,瞬時200℃(每年累計400小時以下);在(zài)
160℃的熱壓釜中能(néng)保持90%以上的(de)強度。耐化學性非常好(hǎo),抗硫,抗酸效果很好(hǎo),所以在
燃煤鍋爐上是最合適的濾料,現有約80%的PPS濾料使用在燃煤鍋爐上,它隻要(yào)求煤的硫
含量在3.5%以(yǐ)下,煙氣中SO2含量在(zài) 2700mg/Nm3以下。
其缺點(diǎn)是(shì)抗氧化性較差,要求O2含量小於(yú)14%(Vol)、NOx小於(yú)600mg/Nm3,若(ruò)
O2含量達12%建議溫度降到140℃,總之氧(yǎng)含量越高,所(suǒ)使用(yòng)的溫度(dù)就要(yào)越低,因每增加
10℃,化學反應成(chéng)雙(shuāng)倍的增加。也就是說本來(lái)壽命(mìng)3年的情況下,若溫度(dù)增加10℃,其壽
命會隻有1.5年。
⑷ P84纖維及其濾料
P84:學(xué)名聚酰亞胺 Polyimide PI
特(tè)性:比重1.4g/cm3,是不規則(zé)的葉片狀截麵,因此比一般園形截麵增加了80%的表
麵積。耐高溫性很好。 過濾(lǜ)性(xìng)能:可(kě)在260℃以下連續使用,瞬時溫度可達280℃(每年累計少於200小時(shí))。
有一定(dìng)的水解性,建議使用在水(shuǐ)汽含量小於35%Vol的氣氛中。有一定的抗氧化性,希望煙
氣中O2含量小於16%Vol,NOX小於600mg/Nm3,若沒有O2補(bǔ)充NOX含量(liàng)可放寬到(dào)
1500mg/Nm3。
SOX會使濾料壽命降低(dī),建(jiàn)議SOX含量小於700mg/Nm3,在垃(lā)圾焚燒爐中應(yīng)用必須
有脫硫裝置。
⒊玻(bō)璃纖維(wéi)及其濾(lǜ)料的特性的特性
玻(bō)璃纖維是一種無機纖維,其主要(yào)成分是(shì)SiO2。它是將玻(bō)璃料(liào)在1300~1600℃的溫度
熔化以後,從熔(róng)融態抽絲並迅速淬冷而製得的。比重(chóng) 2.54g/cm3,原絲抗張強度在160~
275kg/mm2。按(àn)成(chéng)分不同又分為A玻璃、C玻璃、E玻璃和S玻璃等,用於過濾材料一般
采用C玻璃(即中堿玻璃或稱鈉鈣矽(guī)酸鹽玻璃)和(hé)E玻璃(即無堿玻璃或稱鋁硼矽酸鹽(yán)玻
璃)兩種。目前我國生產過濾布用的玻璃(lí)纖維主要采用無堿80支(zhī)、中堿45支和無堿40 支,
其單纖維直徑分別為6μ、7.5μ和8μ。
玻璃纖維(wéi)最實出的優點(diǎn)就(jiù)是耐高溫,尺寸穩定性好,拉伸(shēn)斷裂強度高。玻璃纖維在耐化
學侵蝕方麵,除了氫氟酸、高溫(wēn)強堿外,對其(qí)他介質都很(hěn)穩定。玻璃纖(xiān)維的缺點是耐折性(xìng)較
差。
⑴ 耐溫性
做為過濾材料,玻璃纖維可於260℃(中堿(jiǎn))/280℃(無堿(jiǎn))的工況條(tiáo)件下長(zhǎng)期(qī)使用,
瞬間高溫(wēn)可達350℃。過濾氣體的溫度控製在收塵設備的設計中具(jù)有重要的意義,過濾材料
的耐高溫性能(néng)對收塵設備的成本和(hé)運行費用都取(qǔ)著決定性的作用。煙氣的高溫過濾會給您帶
來(lái)以下好處。
省去了除塵裝置的冷卻費用,因而降低(dī)了除塵設備的造價;
減少(shǎo)了冷風的摻入量,從而使處理風量的總數得到了有(yǒu)效控製。這一點對降低除塵設備
的造價是不言(yán)而喻的。
減少了結(jié)露的危險。260℃這一(yī)溫(wēn)度界限,對目前所有的工業領域,排除結露(lù)故障是足(zú)
足有餘的,這(zhè)就防止了除塵設備的腐蝕,延長了其使用壽命。同時還防止了濾布(bù)表麵結露而
引起阻塞的故障,使過濾得以順利進行。
節能。如鋼鐵行業(yè)高爐煤氣(qì)淨化,煤氣降溫不僅本身浪費能源,而且減少了煤氣(qì)的燃燒
熱值。
⑵ 尺寸穩定性好 玻璃纖維在280℃下,其收縮率為0,與其他合成纖維濾料要比,尺寸穩定性優越得多。
使用玻璃纖維濾(lǜ)料時不必擔(dān)心透氣性和過濾麵積的變化(huà),以及收縮而加大布麵張力和(hé)濾袋伸
長而使濾袋皺折,加快濾袋破損等影響。
⑶ 拉伸斷裂強度高
拉伸斷裂強度(dù)高、拉伸斷裂伸長率小是玻(bō)璃纖維過濾材料的又一特點。所以在除塵用濾
袋設計時,對濾袋的拉伸斷裂強度要求基本上可不予考(kǎo)慮。玻纖濾料與滌淪(lún)濾料的強(qiáng)力比較
見表2,幾(jǐ)種過濾材(cái)料(liào)斷裂伸長率的比較見表3。
⑷ 耐化學侵蝕:
玻璃纖維本身的耐化學侵蝕與玻璃纖維過濾材料的耐化學侵蝕是兩(liǎng)個不同的慨念。因為
玻璃(lí)纖維過濾(lǜ)材料都必須經過表麵化學處理才(cái)可以投(tóu)入(rù)使用,未經處理的玻(bō)璃纖維做為濾料
使用(yòng)可以說是沒有意義的。但對玻(bō)璃纖維本身的耐(nài)化學侵蝕性我們也要有一個較全麵的認
識,下麵就從酸、堿(jiǎn)和水汽對玻(bō)璃纖維本身的影響和對玻璃纖維(wéi)濾料的影響分別做一(yī)討論(lùn)。
①玻璃纖維濾料具(jù)有高度的耐酸性
中堿玻璃纖維具有高度的耐酸性(HF酸除(chú)外)。因為它含有約12%的堿(jiǎn)金屬氧化物,
在酸性介質下
≡Si-O-Na + H+ -→ ≡Si-OH + Na+
侵蝕過程(chéng)中,生成的≡Si-OH反而在纖(xiān)維表麵起了保護(hù)膜的作用,它阻礙著侵蝕(shí)進程。
無堿玻璃纖維耐酸性則相對較差,因為其堿金(jīn)屬氧化物含量(liàng)少,而含有約3%的B2O2,
在酸性氣氛下
B2O2+3H2O=2H3BO2
遇(yù)水後生(shēng)成的可溶性的硼酸對纖維結構有一定的破壞作用。
為了提高玻(bō)璃纖(xiān)維過濾材料的(de)耐酸性能,各玻璃纖維濾料生產企業都研製了(le)不同的表麵
化學處理耐酸配方(fāng)。如南京菲爾特過濾材料有限公司研究開發了RH、YM、AR等(děng)係列玻璃
纖維(wéi)過濾(lǜ)布耐(nài)酸處理配方,為我國碳黑、燃煤鍋爐、垃圾焚燒爐等行業提供(gòng)了優質濾料。
本中心研製開(kāi)發的耐(nài)酸玻璃纖維濾料采用耐酸配方處理,該配方中的抗酸聚合物包(bāo)覆在
玻璃纖維表麵,生成(chéng)一種保護性屏障,使它免受化學侵蝕。采用(yòng)0.3mm厚中堿玻纖布按(àn)照
美國BGF公(gōng)司濾料耐酸測試方法測得酸腐蝕前後耐折性能見表4。如表所示,經耐酸配方
處(chù)理的玻纖布(bù)耐酸性能大(dà)幅度提高。
所以,在有酸性氣氛的高(gāo)溫煙氣除塵時,宜選用經過耐酸處理的玻璃纖維過濾材料。
②高溫耐堿性不是考(kǎo)慮的重點 由於自然界(jiè)的堿都(dōu)是以堿金屬氧化物的形式存在的,所以(yǐ)在高溫過濾的煙塵(chén)中,盡管有
很多堿性成(chéng)分,但不會真正形成諸如NaOH、Ca(OH)2等形式的堿。所以,盡管普通玻璃
的高溫耐堿性較差,但堿對玻璃纖維濾料的危害並不(bú)是考慮的重點(diǎn)。
③水汽對玻璃纖維濾料有一定(dìng)的影響
水汽對玻璃纖維濾料有一定的影響。在實際應用(yòng)中,高溫(wēn)過濾煙氣含水量較大時,宜選
用經防水處理的玻(bō)璃纖維濾料。
無堿玻璃(lí)纖維對(duì)水、濕空氣(qì)、弱堿有高度的穩(wěn)定性,屬於一級水解級。中堿玻璃纖維對
水、濕空氣較(jiào)穩定,屬於二級水解級。而高堿玻璃纖維一般屬於三級水解級。這是由於(yú)其堿
金屬氧化物含量不同造成的,因為堿金屬(shǔ)氧化物會與水起化(huà)學作用,生成可溶性的矽酸鈉
Na2O+H2O=2NaOH
2NaOH+SiO2= Na2SiO2
Na2SiO2=2Na++SiO2-
為此,出現了很多經防水處理的玻璃纖維過濾材料。如南京(jīng)菲爾特過濾(lǜ)材料有限公司(sī)研
製開發的FCA、FQ、TFB等配方處理(lǐ)的濾料都有優異的防水性能,RH、YM、AR等耐酸
配(pèi)方處理的濾料也具有優異的防水性能。
④玻璃纖維特怕(pà)HF酸,160ppm以上的HF存在時不能使用。
⑸ 耐折性
玻璃纖維耐折性較差,但可以從控製纖維(wéi)的(de)直徑和表(biǎo)麵化學處理兩個方(fāng)麵來大幅度(dù)提高
其耐折性能。玻璃纖維的直徑對玻纖過濾布(bù)的耐(nài)折性能影響較大,這是因為(wéi)玻璃(lí)纖(xiān)維是無機
纖維,比較脆,當(dāng)把單根纖維彎曲到一定的曲率半徑時,纖維即斷裂,這個半徑就稱為該纖
維的斷裂彎曲半徑,玻璃(lí)纖維的直徑d與其斷裂彎曲半徑r的關係如下:
r=Ed/2T
式中E(彈性模量(liàng))和T(抗張強度)皆為常數,因(yīn)此纖(xiān)維的直徑越細,其斷裂彎曲半
徑越(yuè)小,越不(bú)易折斷,耐折性會明顯提高。不同直徑纖維的耐折性能見表5。
玻璃纖維的表麵化學(xué)處理可(kě)改善纖維的耐折性能。南京(jīng)菲(fēi)爾特過濾材料有(yǒu)限公司研製開
發的(de)高耐折表麵(miàn)化學(xué)處理配方與國內傳統配方相比(bǐ),其耐折性能提(tí)高10倍以上,達到美國(guó)
進口同類產品水平,取得了較好(hǎo)的效果。其濾料性能比較見表6。
⒋結語
各種不同纖維製成的過濾材料都有其自身的特(tè)性,我們對其認識的充分程度決定了其(qí)在
實際(jì)應用中的成功率。所以在實際應用中,我們(men)一方麵要把鍋爐除塵器的工況條(tiáo)件吃透(tòu);另一方麵要對各種濾料的適用工況特別(bié)是不適宜的工況吃透。隻有把工作做在前麵,做細、做深才
能使各種濾料用好,更(gèng)好地(dì)為我國環保事業做出應有的貢獻。


