袋式除尘技术自1886年问世至今,发展迅猛,其应用量占各类除尘技术总量的60%~70%。这主要是由于袋式除尘器的除尘效率高,捕集粒径范围大,能适应高温、高湿、高浓度、微细粉尘、吸湿性粉尘、易燃易爆粉尘等恶劣工况条件,因此,近年来袋式除尘技术在工业领域的应用也越来越广泛。作为袋式除尘器核心配件的滤料,也随着袋式除尘器的发展而不断地创新与进步,并在燃煤发电、垃圾焚烧发电、水泥等工业领域的应用中发挥着重大作用。
1、我国袋式除尘高温滤料在工业领域的应用现状
1.1 在燃煤电厂的应用现状
20世纪90年代前后,由于设计、运行没有掌握引进技术的要点,国内多家火电厂应用的袋式除尘器出现运行阻力过大、滤袋破损严重、除尘效率不能达到设计要求且维护量大等情况,使袋式除尘器成为火电厂的禁区。而在国外,特别是美、加、澳等国的大型布袋除尘器在火电厂应用发展迅速,并且从反吹型向低压脉冲型、长袋外滤型转变,滤袋寿命达到3年以上,粉尘排放浓度在30mg/m3以下。2001年后为适应不同煤种的需要,通过技术引进,袋式除尘器再一次在国内燃煤电厂尝试应用。特别是在内蒙古丰泰电厂、河南焦作电厂、北京第二热电厂、赤峰富龙热电股份公司、富龙热电厂等项目上的成功投运,标志着袋式除尘器在燃煤电厂的应用是可行且可靠的。这些项目在滤料的选型上,大部分采用进口的聚苯硫醚(以下简称PPS)滤料,该滤料是由PPS纤维经无纺针刺、烧毛轧光、化学处理等多种技术集成制作而成,可在160℃的温度下连续运行,瞬间可承受210℃高温,是一种综合性能较好的过滤材料,在燃煤电厂得到了大力推广与应用。
PPS纤维具有优异的耐化学腐蚀性(200℃下无溶剂可溶),理论上在190℃具有长期使用的热稳定性、阻燃(LOI≥35)、耐辐射和良好的机械性能及优良的电绝缘性能等特点。国外将其作为高技术、高性能纤维,美国联邦商业委员会认可PPS为一种新的纤维大类。PPS具有突出的耐化学稳定性,仅次于聚四氟乙烯纤维,在极其恶劣的条件下仍能保持其原有的性能。能抵抗酸、碱、烃、酮、醇、酯、氯烃等化学品的侵蚀,在200℃下不溶于任何化学溶剂;只有强氧化剂(如浓硝酸、浓硫酸和铬酸)才能使纤维发生剧烈的降解。
近年来,PPS在广泛应用与推广的同时,也出现了滤袋失效的案例,特别是在一些煤质变化较大、煤含硫量较高的工况下,PPS滤料投入运行时间不长,就发生了大规模破袋的情况。如山西某热电厂,在一年内连续出现4台炉布袋严重破损失效,失效原因主要为低温酸结露腐蚀滤袋,其纤维的微观分析如图1、图2。
为了应对恶劣的烟气工况,近年来,国内科研院所、滤料厂商研发了抗氧化、耐酸、抗结露的滤料,推出了诸如PPS(PTFE基布)滤料、PPS混纺PTFE复合滤料、PTFE混纺P84复合滤料及100%PTFE滤料等多种新产品,这些产品再经过有效的化学后处理,在一定程度上改善了纯PPS滤料抗氧化性较差的不足,现已在国内部分高硫、高氧、高温的项目上应用,但使用效果尚有待时间的检验。
1.2 在垃圾焚烧发电领域的应用现状
垃圾焚烧是一种对城市垃圾进行高温热化学处理的技术,焚烧处理是实现垃圾无害化、减量化和资源化的最有效的手段之一,是未来垃圾处理的发展方向。为了防止垃圾焚烧产生“二次污染”,尤其是需要解决垃圾焚烧尾气中的二英的问题,必须对焚烧产生的烟气进行严格净化。在我国颁布的《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)中特别规定:生活垃圾焚烧炉除尘装置必须采用袋式除尘器。然而由于采用不同的焚烧技术(目前主流的炉排炉、循环流化床技术烟气成分及性质对比见表1),生活垃圾焚烧烟气净化袋式除尘器滤料的选择具有很大的难度。
垃圾焚烧炉袋式除尘器采用的滤料主要有PPS滤料、P84滤料、玻璃纤维膨体纱及覆膜滤料、玻璃纤维针刺毡、PTFE纤维复合滤料和GORE-TEX等品种,其他的还有PTFE纤维或者PTFE覆膜滤料。其中使用比较广泛的是PPS滤料和P84滤料,尤其在国外的垃圾焚烧炉袋式除尘器中,这两种滤料的使用量较大;玻璃纤维膨体纱覆膜滤料和玻璃纤维针刺毡在我国和日本等国家使用得比较普遍。而在我国,由于垃圾成分及焚烧烟气成分较为复杂,近年来的发展趋势是采用100%PTFE滤料。
国内垃圾焚烧技术采用循环流化床技术的一般选材都是基于PPS滤料及其复合滤料,但应用效果并不理想,一般寿命在1年左右。在机械炉排炉焚烧技术上,由于烟气温度、湿度大,含氧量高,因此在滤料选材上的难度较大,早期选用较多的是玻纤覆膜滤料,但使用效果参差不齐,随着100%PTFE滤料国产化进程的推进,不管是流化床焚烧技术还是机械炉排炉技术,采用100%PTFE滤料已是大势所趋。
PTFE纤维的最大优点是耐化学腐蚀,俗称“塑料王”,在300℃下除熔融的碱金属外,几乎不受任何化学试剂腐蚀,并不溶于所有溶剂,在浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸,甚至王水中煮沸,其质量和性能也都没有任何变化。PTFE纤维不吸潮、不燃烧,对氧和紫外线稳定,耐候性能好,密度为2.28~2.29g/cm3,具有蜡感,产品有天然深棕色和天然漂白色。由PTFE纤维制成的滤料实际工况使用温度可达240℃,可在各种强腐蚀性的工况下使用,但需特别注意的是,100%PTFE滤料由于纤维特殊,制毡难度大,工艺复杂,因而针刺毡成型后需进一步经过表面处理及化学处理,确保针刺毡的纤维间的缠结与抱合,改善表面效果,以保证排放合格和使用寿命。
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