高温过滤材料技术与工程应用
1、水泥工业大气污染物排放标准全面实面实施
随着人们环保意识的增强，国家在环保法规方面对工业生产提出了越来越高的要求。就水泥工业而言，GB4915-2004对水泥制造过程中的最高允许排放浓度做出了规定，并且于2010年1月1日起全面实施，详见表1。同时还规定，对生产系统禁止非正常排放;除尘装置对于水泥窑通风机的年同步运转率不得小于99%;对现有的所有水泥生产线主要排尘点实行在线监测。
表1 水泥工业大气污染物排放标准GB4915-2004
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2、袋式除尘技术代表除尘技术的发展方向
2.1 电、袋除尘技术效果比较
表2 电、袋除尘技术效果比较表
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表2是一个电、袋除尘技术效果的比较表。从出口排放看，袋除尘器只需选用高性能滤料和适宜的过滤风速，可实现“趋零排放”，而电除尘器要达标排放需提高单位电晕功率或增加电场，很难实现“趋零排放”。粉尘比电阻对袋除尘器没有影响，而对电除尘器来说，高比电阻粉尘难以扑集，且易产生反电晕现象。烟气温度对袋除尘器来说，取决于滤袋的耐温性能，使用玻璃纤维覆膜滤料可以在260℃长期使用，而对电除尘器来说温度上升，粉尘层击穿电压下降，烟气运动黏度上升，除尘效率下降。袋除尘器可与工艺设备同步运行，而电除尘器窑点火时不同步，而新标准规定年同步运转率不得小于99%。袋除尘器可在线检修，无事故排放，而电除尘器不可在线检修，在CO超标或绝缘子结露爬电等情况下会产生事故排放。所以比较的结果是：袋除尘器出口排放更优，可与工艺设备同步运行，可在线检修，无事故排放，优势明显。
2.2 投资、维护费用比较
投资和维护费用是业主非常关心的，这主要取决于过滤材料的价格(初投资)与寿命(维护费)。按过去50mg/Nm3的标准，采用进口滤袋，电除尘器和袋除尘器的一次性投资相当，若采用国产滤袋将节省约200万元投资。若按严格的30mg/Nm3甚至更严格标准，采用国产滤袋，完全可以达到，袋式除尘器在一次性投资方面的优势非常明显。电除尘器和袋除尘器的用电比较见表3。
表3 2500t/d水泥窑尾除尘器综合功率比较表 单位kw
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综上所述，无论从除尘效果、一次性投资和运行费用等方面比较，都表明，袋式除尘技术代表除尘技术的发展方向。目前我国水泥企业除尘的现状是，窑头主要用电除尘器，约占68～70%，窑尾主要用袋除尘器，约占63～68%。与前几年相比，袋除尘的比例有了显著的提高就是明显的例证。
3、高温过滤材料生产技术
3.1 玻璃纤维过滤材料的发展历程
玻璃纤维过滤材料的发展，经历了连续玻璃纤维平幅过滤布、玻璃纤维膨体纱过滤布、玻璃纤维针刺毡/复合毡和玻璃纤维覆膜滤料等发展阶段，其过滤机理已从“深层过滤”发展到了“表面过滤” ，适用的过滤风速和可达到的除尘效率也不断提高，详见表4。
表4 玻璃纤维过滤材料的发展历程
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3.2 高温过滤材料生产核心技术
玻璃纤维覆膜滤料的生产工艺流程见图1。其核心技术是覆膜、处理、制膜和制毡。具体介绍如下。
 图1 玻璃纤维覆膜滤料的生产工艺流程图 |
3.2.1表面处理与高温热融覆膜技术
高温热融覆膜技术是先对玻纤进行表面化学处理，再进行高温热融覆膜，图2是覆膜原理图。
 图2 高温热融覆膜原理图 |
表面处理技术的核心是处理剂配方技术。是以聚四氟乙烯为主，再引入其他组份形成配合料，对玻璃纤维浸渍，在其表面成膜，达到保护纤维的作用。先在玻纤的表面通过化学处理形成了一层富含聚四氟乙烯的表面层，再与聚四氟乙烯滤膜通过高温高压融合成一体，形成覆膜滤料，详见图3，黑色部份就是膜和布的交织点通过覆膜融成了一体，而其白色部份就是起过滤作用的膜。
 图3 热融覆膜效果图 |
目前市场上还有一种覆膜技术是粘结剂覆膜，这种覆膜产品，布和膜结合强度低，膜浮在布的表面，使用效果没保障，详见图4。
 图4 粘结剂覆膜效果图 |
目前滤料市场上有所谓的PTFE渗膜、PTFE镀膜，实质上就是前面所说的表面化学处理，是在纤维表面成膜，其作用是保护纤维，延长滤袋的使用寿命，对过滤本身没有直接作用，与真正的覆膜有本质的区别。
3.2.2 膨化微孔聚四氟乙烯滤膜制备技术
膨化微孔聚四氟乙烯滤膜是由微丝节点组织成的立体网状结构，其制备技术的核心是小孔径、高强度。小孔径是确保过滤精度，高强度是确保材料的使用寿命。
图5是中材科技股份有限公司公司生产的滤膜的扫描电镜照片。从图中可以看出，滤膜的孔径非常小，在1微米以下，这样就确保了过滤精度。而目前市场上的覆膜滤料，膜的孔径都比较大，达几个微米，甚至更大。
 图5 滤膜SEM照片 |
复合针刺毡生产技术的核心是超细玻纤技术和纤维配方技术。复合针刺毡是超细玻纤和耐高温化纤混杂，梳理成单纤维，再针刺到玻纤网布上制成的，玻纤越细，强度越高，越柔软。
纤维配方技术主要是指耐高温化学纤维品种选择和配比多少。我们采用的是P84纤维，详见图6，这种纤维具有异型截面，比表面积大，过滤性能好，同时耐温达260度，与玻纤耐温匹配性好。
 图6 P84纤维断面图 |
目前市场上复合毡品种很多很乱，采用的化学纤维耐温性差，但从外观看不出来。我们是否有过这样的经验，在换袋的时候，发现滤袋紧紧的包裹在笼骨上，笼骨都抽不出来，这就是用了耐温低的纤维，滤料收缩导致滤袋紧紧的裹在笼骨上了，只能用剪刀剪下来。
4、产品性能特点
水泥行业应用的高温过滤材料产品有四大系列，分别是FT-WM系列玻纤布覆膜滤料、FT-MM系列复合毡覆膜滤料、FT-M系列复合毡滤料和FT-W系列膨体玻纤布滤料。主流过滤材料是覆膜滤料。
覆膜滤料有其独特的优点， 1、过滤效率高，2、过滤阻力低，3、处理风量大，4、使用寿命长。这些优点都是来源于膜的结构。
覆膜滤料表面的这层膜，替代了传统深层滤料的滤饼，过滤过程中，使粉尘不会渗入滤料内部或透过滤料，从而保证了滤料的洁净性，这就是表面过滤。由于膜的微孔非常小，所以覆膜滤料具有过滤效率高的特性;由于粉尘不会渗入滤料内部，使滤料不会堵塞而增加阻力甚至失效，所以能保持滤袋运行阻力平稳，长期保持在低阻状态下运行，具有过滤阻力低的特性;由于膜的存在，即便过滤风速提高，也能达到好的过滤效率，所以具有处理风量大的特性;由于表面膜非常光滑，使滤袋清灰容易，所以覆膜滤袋所需的清灰压力低、清灰频次少、间隔时间长，这样对滤袋的损伤小，从而具有使用寿命长的特性。
4.1 玻纤布覆膜系列
玻纤布覆膜系列是经典成熟的玻璃纤维覆膜滤料品种，使用效果有保障，使用寿命可达5到6年。但对除尘器及运行维护要求极高。适合于水泥窑尾除尘。其性能指标见表5。
表5 玻纤布覆膜系列特性
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4.2复合毡滤袋系列
综合了玻璃纤维的耐高温和化学纤维抱合能力强的优点，经双面针刺，毡层密实。对收尘器及笼骨的精度要求相对较低，可降低除尘器成本。但使用后期阻力较大，使用寿命只能保证2年。适用于水泥窑尾和窑头袋收尘器。其性能指标见表6。
表6 复合毡滤袋系列特性
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4.3复合毡覆膜系列
克服了复合毡后期阻力大的缺点，具有“表面过滤”特性，且对收尘器及笼骨的精度要求相对较低，与我国目前除尘器水平适应性强。适用于水泥窑尾袋收尘器。其性能指标见表7。
表7 复合毡覆膜系列特性
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5、应用情况
5.1覆膜滤料应用情况
中材科技股份有限公司覆膜滤料已广泛应用于水泥、钢铁、炭黑、铁合金等行业，其中新型干法水泥生产线68条。应用数量达412万平方米。
推广地区包括东北、西北、西南在内的全国24个省、自治区、自辖市，并出口巴西、伊拉克、哈萨克斯坦、越南等地。
5.2 项目产品使用效果
在某水泥有限公司日产2500吨水泥生产线应用，于2003年11月28日点火投产，出口排放浓度18mg/ Nm3，滤袋阻力在1200 Pa左右，目前使用状况良好，使用寿命已近6年。
在某化学工业有限公司年产15000吨炭黑生产线应用，于2007年7月1日开始运行，系统通风量由原来的13200 Nm3/h提高到14200 Nm3/h，除尘室压差也由原来的3400 Pa降低到840Pa(原压差的1/4)，起到了很好的示范作用。
项目产品使用效果已达国外同类产品先进水平，产品售价只有进口产品的60%，产品性价比高。在水泥行业应用，节能减排、节省投资效果明显，详见表8。
表8 水泥窑尾应用能效
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6、结语
袋式除尘及高温过滤材料生产技术为我国节能减排、实现趋零排放提供了技术支撑;产品替代进口，对促进我国过滤材料行业和相关行业的技术进步具有重要意义。
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