高溫煙氣除塵過濾材料技術研究與應用近況
1 背景
獲取新風是改善建筑環境空氣質量的重要手段，控制住大氣環境空氣質量的污染源，才能保證我們獲得滿足環境空氣質量標準的氣體。
但是，近年來我國以資源、能源消耗性為主的重化工（電力、建材、冶金、化工等）工業迅速發展，我國已成為世界第一大鋼鐵、水泥、煤炭、化纖生產國，第二大電力、有色金屬、化肥生產國。伴之帶來了嚴重的環境污染問題，由于空氣、水以及工業等環境污染帶來的經濟損失每年達1000億RMB以上，我國十五期間用于環境保護的投資達到GDP的2.2%（2004年GDP為13.65萬億RMB）。
重化工工業大氣污染物以高溫煙氣為主要特征，煙塵類顆粒物為主要控制對象之一。作為控制總量法規，國家對工業領域的各類鍋爐、爐窯制定的排放值陸續進行修訂，嚴格要求降低排放量。作為高溫煙氣排放顆粒物（煙塵）控制技術的將快速轉變到以袋式除塵技術為主。但作為袋式除塵技術應用的關鍵———高溫除塵過濾材料，大多還處于信賴國外產品，國內產品處于模仿使用缺乏技術支撐，急需改變該狀況。
以電力為例，我國能源以燃煤為主，按照國家新頒標準電廠燃煤鍋爐煙塵排放值要達到50mg/Nm3以下，需改變靜電除塵技術為袋式除塵技術。目前機組容量約4.4萬萬KW（2004年底），2010年達到6萬萬KW，2020年達到9萬萬KW。能源結構來講，75%以上需采用燃煤火力發電。按目前工程概算投資，100——120萬元/萬KW，濾料占1/4，每4年更換1次，即：濾料投資6——8萬元/萬KW/年運行費用。完成目前機組除塵改造投資達到300——320億，后續工程達到380——450億，即：市場容量達到700億左右，濾料在200億左右，年運行更換費用達到 50億左右。采用袋式除塵技術可以達到20 mg/Nm3以下，實現機組總容量增加1.25倍，煙塵排放總量下降50%（按目前平均排放值100 mg/Nm3計算）—75%（按目前平均排放值200 mg/Nm3計算）。通過控制大氣環境空氣中微粒污染問題，減輕用于改善建筑環境空氣質量所需新風凈化壓力。
2 目前狀況
電廠燃煤鍋爐袋式除塵器濾袋材質大多選用PPS針刺氈濾料（針刺氈濾料后簡稱濾料）。也有選用PPS+P84復合濾料，P84纖維含量20%左右。主要針對燃用低硫煤的鍋爐。
PPS 學名聚苯硫醚，英文名Poly Phenylene Snlfide（簡稱PPS），PPS纖維全球范圍內只有少數幾家大型化學公司生產，日本公司的產品占據著主導市場。日本東洋紡（TOYOBO）公司的注冊商標為PROCON／普抗、日本東麗（TORAY）公司產品的注冊商標為TORCON／特利通、美國飛利浦（PHILIP）公司的注冊商標為 RYTON／萊頓。
P84學名聚酰亞胺，P84纖維截面與PPS纖維棒狀相比呈多葉狀，它的不規則的纖維斷面使纖維表面積增大，增加濾料的透氣性，具有降阻增效的效果。P84纖維系奧地利LENZING公司獨家生產。
PPS 濾料的應用條件主要取決于PPS纖維性能，燃煤煙氣除塵比較適宜使用的條件為：煙氣溫度120—160℃，煙氣中SO2含量<1000mg/m3、 NOx含量<800mg/m3，含氧量<10%。鍋爐運行啟動前，需進行預涂灰；噴油點爐、鍋爐爆管、煙氣超溫時不宜直接進入袋式除塵器，需設旁路煙道；袋式除塵器設計過濾風速1.0m/min左右，除塵器設計阻力1500Pa。正常運轉的袋式除塵器濾袋保障使用壽命30000h。為了降低濾料阻力，增加耐溫能力，采用PPS+P84復合纖維針刺氈。
PPS及PPS+P84濾料使用之初主要靠國外進口，現在國內采用進口纖維進行生產。
3 應用條件分析
電廠鍋爐除塵使用的袋式除塵器要求與鍋爐設備大修期同步，30000小時成為火電廠要求的基本使用期。但是，同為燃煤電站鍋爐煙氣除塵，國內的應用條件與國外存在差異，主要表現在：
（1）煤種：國外使用精煤與國內使用原煤，在熱值、灰份、含S量等存在差異；
（2）技術水平：國外發達國家設備自動化程度較高，國內設備手工與自動化結合；
（3）鍋爐設備：國外發達國家的鍋爐設備相對要比較先進，國內還存在大量的中小設備（尤其是早期鍋爐）；
（4）能源綜合利用：燃用高爐煤氣，造成煙氣量和含塵濃度波動、氣體成分變化、煙氣溫度升高等。
因此，造成濾料國內應用環境表現為四高一大一低（排放煙氣溫度高，煙氣中SO2、NOx含量高；煙氣中含氧量高；含塵濃度大；要求濾袋阻力低）。由于燃煤鍋爐排放的煙氣條件相對比較惡劣，將影響濾料（濾袋）使用壽命。因此在袋式除塵器使用濾料時，借鑒但不盲目照搬國外經驗，應考慮國內鍋爐實際情況，針對性地進行技術改進。
4 已進行技術研發工作
為了降低濾料阻力，對采用單一細度PPS纖維制作的濾料進一步改進為采用不同細度的PPS纖維制作的具有纖維梯度結構的濾料（簡稱梯度濾料），參見圖1。
 |
主要技術特點為：
⑴ 濾料截面結構上采用纖維細度逐層加大的梯度層次結構，它由表層超細纖維層、細纖維層、基布、粗纖維層4層構成。流體通道由傳統針刺氈的等寬繞形通道改變為梯形（前窄后寬）繞形通道。
由上（迎塵面）而下：
表 層：超細纖維層
基 層：細纖維層
骨 架：基布
后表層：粗纖維層
超細面層使阻擋微細塵粒能力提高，梯形通道前窄后寬使濾料內層不易集塵，保持濾料長期運行而阻力上升變化速度減緩。
⑵ 濾料表層采用超細纖維層，借鑒了覆膜濾料表面過濾技術。把單一細度纖維制作的針刺氈“表層+深層”過濾方式轉變為梯度纖維針刺氈“表層過濾”。
超細面層使針刺氈表面更致密，阻擋微細塵粒能力提高，表面易清灰。不同過濾方式示意圖見圖2。
 |
采用掃描電鏡觀察常規濾料與梯度濾料表面纖維分布圖見圖3。
 |
 圖3 濾料表面纖維分布電鏡觀測圖 |
⑶ 對針刺氈纖維采用PTFE（聚四氟乙烯）浸漬處理，使纖維表面涂有PTFE膜，參見圖4。提高纖維的耐腐蝕耐氧化耐溫能力，增強濾料憎水性。
 圖4纖維表面結構PTFE膜電鏡觀測圖 |
（4）對針刺氈纖維采用有機硅浸漬處理，增強纖維的耐磨能力、濾料憎水性和耐溫能力。
采用通過各項技術改進后，濾料性能得到顯著改善，可以延長濾料使用壽命。改進后濾料的主要使用技術指標為：
煙氣溫度120—180℃，煙氣中SO2含量<2000mg/m3、NOx含量<1200mg/m3，含氧量<10%，除塵器阻力1200Pa。
與國內企業聯合建立產學研基地——東華博格技術研究中心，與國外同行、國內行業協會、科研、設計及工程公司建立了合作關系。通過企業實現技術示范工程有：
⑴ 陜西寶雞熱電有限公司50MW液態排渣燃煤粉鍋爐（200t/h）除塵器改造工程項目。
特點：全燃煤，低硫煤，高溫煙氣150—190℃，系統要求低阻1000Pa；采用“PPS+P84+適量玻纖”纖維復合，梯度結構，濾料整體PTFE浸滲。通過陜西省環保局驗收，已投運1年半，排放濃度12—17mg/Nm3。
⑵ 天津第一熱電廠50MW燃煤粉鍋爐220t/h鍋爐除塵器“電改袋”工程濾袋配套項目。
特點：全燃煤，高硫煤；采用“PPS+PTFE”纖維復合，梯度結構，濾料整體PTFE浸滲。分別通過天津市環保局、國電集團驗收，已投運1年，7—10mg/Nm3。
⑶ 內蒙古豐泰發電有限公司200MW袋式除塵器濾袋整體更換項目
特點：全燃煤，國內首臺200MW以上火電機組袋式除塵器，替換進口濾料整體更換；采用“PPS+P84”纖維復合，梯度結構，濾料整體PTFE浸滲。
⑷ 陜西戶縣熱電有限公司燃煤粉鍋爐（170t/h）除塵器改造工程項目。
特點：全燃煤，高硫煤，系統要求低阻1000Pa；采用“PTFE+PPS+適量玻纖”纖維復合，梯度結構，濾料整體PTFE浸滲。已投運。
5 進一步研究方向
濾料進一步擴大應用范圍的技術研究：
燃用高硫煤的電廠鍋爐（脫硫機組不宜按燃用低硫煤的機組設計）；
頻繁啟停的城市熱電供應鍋爐（出現低溫60—120℃，酸結露腐蝕）；
燃煤與燃氣混燒鍋爐（排煙溫度達到180—220℃，加劇煙氣對濾料化學作用造成強度下降）；
垃圾焚燒鍋爐（垃圾含水量大加劇腐蝕，濾料需耐強腐蝕性，耐水解）。
如果繼續使用PPS、P84纖維，勢必影響濾料的使用壽命。需研發PTFE及其PTFE復合纖維及其系列濾料。PTFE是當今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，學名聚四氟乙烯。它具有高度的化學穩定性和卓越的耐化學腐蝕能力，如耐強酸、強堿、強氧化劑等，有突出的耐熱、耐寒及耐磨性，具有不粘著、不吸水、不燃燒等特點。
我國是以煤為主要能源的國家，燃煤過程排放高溫煙氣的顆粒物（煙塵）控制還需研發耐更高溫度的濾料，用于熱能回收利用的高溫煙氣凈化。
6 其他
針對近年來我國以資源、能源消耗性工業迅速發展的特點，確保在發展過程中環境容量不受破壞，有關國家排放標準相繼修訂，進一步嚴格排放量與排放濃度，全面提高除塵技術要求。已完成的電力、建材水泥行業相關標準已將排放濃度由100—200 mg/Nm3下降到30—50 mg/Nm3以下。現有的我國除塵技術體系，已面臨迎接高溫煙氣除塵領域的二次革命，其重要技術措施之一就是采用過濾除塵技術。
形成具有我國自己知識產權的高溫煙氣除塵濾料技術，通過國產化降低對國外產品的依賴性，提高國內產品的國際競爭能力。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
