高温烟气除尘用纤维滤料专题资料.doc
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1、高温烟气除尘用纤维滤料专题资料 作者:袋式除尘设备网发布日期:2010-7-11 23:12:43访问次数:61高温滤料产生的原因由于燃煤供应紧张,我国不少燃煤电厂煤种混杂,燃煤的热值、灰分等波动较大,一些电厂甚至燃用低热值、高灰分的劣质煤,从而对锅炉、除尘器(特别是电除尘器)及除灰系统的运行带来许多不利的影响。我国燃煤电厂的烟气情况归结起来呈现如下特性:(1)由于煤种及发电负荷经常波动,烟气量波动较大;(2)烟气中粉尘浓度普遍较高,一般为30 50 g/Nm3 ,甚至更高,且波动较大;(3)烟温普遍较高,一般为120170,由于设备维护及管理水平等原因,有时会出现空预器卡涩、省煤器爆管等现象
2、,从而导致烟气呈现异常高温或低温;(4)对于在役老机组,烟气中的二氧化硫、氮氧化物等成分含量较高,由于空预器漏风等原因,烟气中的含氧量普遍较高;(5)对于采用干法脱硫的新建机组,存在着粉尘浓度特别高(一般为每标准立方米几百克,甚至上千克) ,烟气温度特别低(一般仅为70左右) ,烟气中的含湿量较高等问题。由于上述燃煤烟气的腐蚀性, 一般温度在100以上,并含有湿气,易对纤维产生腐蚀等影响,所以要用特殊的纤维应用于烟气过滤领域。高温滤料所需的性能滤料是袋式除尘器的关键材料,其性能的优劣直接关系到除尘器性能的好坏。仅仅从温度方面去考虑滤料的性能是远远不够的,因为不同的烟气和粉尘往往含有SOx、NO
3、x、HCl及二噁英等各种复杂的腐蚀性化学物质,因此在选择滤料时应考虑以下要求:化学稳定性好,耐酸耐碱,能耐较高温度;结构合理,过滤性能好,在某些高浓度烟尘场合收尘效率可达99. 99%;剥离性好,易清灰,透气性好,阻力低;质地应均匀,尺寸稳定,机械强度高,使用寿命长;原料来源广泛,性能稳定可靠;价格低,寿命长。高温滤料的种类滤料的性能除了取决于纤维的性能外,还取决于滤料的结构及制作工艺,而且不同的使用场合对滤料有不同的性能要求,滤料的性能直接影响袋式除尘器的除尘效果。早期的滤料品种局限于聚酯纤维(使用温度 130)与GF (使用温度130 280)两大类。随着耐温要求的提高,国内外的专家们研制
4、开发了以间位芳纶(Nomex、Conex) 、聚酰亚胺( P84) 、聚苯硫醚( PPS) 、聚四氟乙烯、芳砜纶等为原料的耐高温滤料,以适应各种不同烟气的处理需要。表1列出了几种耐高温滤料的主要性能。Nomex易被SOx 侵蚀,因此在烧煤的电厂中往往不能应用。PPS抗硫酸效果很好,在燃煤锅炉上是最适合的滤料,但其缺点是抗氧化性差,且长期工作温度应控制在190以下,在工况温度高于200场合的应用受到影响。P84纤维由于不规则的多叶形截面使得其比表面积增大,过滤效果好,可在260长期使用,但是目前纤维产量少且价格相当高。GF作为滤料最杰出的优点是耐高温、尺寸稳定性好、拉伸断裂强度高,除了氟化氢、高
5、温高碱外,对其他介质都很稳定,但其缺点是耐折性差,清灰时易产生落纤。按结构分类:1织造滤料织造滤料具有如下特点:强度和耐磨性好,能承受较大压力和过滤磨啄性粉尘;适于制成大直径、长滤袋;易形成平整和较光滑表面或薄型柔软的织物,有利于滤袋的清灰。但是,织造滤料生产工艺流程长,与非织造滤料(如针刺毡)相比,在同样滤速情况下,滤料本身的阻力大;织造滤料只有在形成粉尘层后,才能阻挡较小颗粒物,滤尘清灰后,捕尘率会明显下降。2非织造滤料目前使用较多的是针刺毡滤料。针刺毡滤料中的纤维呈立体交错排列,这种结构既有利于形成粉尘层,清灰后也不存在直通的孔隙,捕尘效果稳定,因而捕尘率高于一般织造滤料;自身的透气性好
6、,阻力低;生产流程简单,产品成本低。目前几乎全部使用线密度为2 dtex的短纤维。3复合滤料为了发挥材料所长,避其所短,可用两种或两种以上各具特色的材料加工成复合滤料,聚四氟乙烯( PTFE)覆膜滤料即属此种滤料。这种覆膜滤料是由美国戈尔公司最先开发出来的新型复合滤料。覆膜滤料表面所覆的是膨体聚四氟乙烯( ePTFE)微孔薄膜,孔径小到1 2 m 以下,基底可以是PTFE纤维、玻璃纤维(GF)等制成的针刺毡或机织布。滤料覆膜后当量孔径变小,因而不需要形成粉尘层,只依靠自身的捕尘功能即可有良好的捕尘效果,同时可控制粉尘进入滤料深处,防止滤料被堵塞。另外,覆膜滤料表面动摩擦系数减小,提高了清灰性能
7、,滤料滤膜有助于提高自身的疏水性,可防止滤料因结露造成滤袋结垢。聚苯硫醚PPSPPS 是一种耐高温合成纤维,碳氢和碳硫原子形成稳定的共价键,纤维具有稳定的化学性质,较高的熔点(285 )和优异的耐热性,此外其阻燃性、耐化学药品性、稳定性也极其出众, 具备作为高温纤维的各种特点。能连续暴露在190 的温度中,能抵抗多种酸、碱及氧化剂的化学腐蚀,耐水解,吸湿率只有0. 6 % ,可在潮湿、化学(如氧化硫) 条件下替代Nomex 纤维。烟气中氧含量过高能加速PPS 纤维的腐蚀,应用中须防止氧腐蚀。主要用途是市政废物焚烧炉、公用工程锅炉、燃煤锅炉、医院焚烧炉、热电联产锅炉上用的脉冲袋滤器;也可用它来取
8、代经不住高温或存在化学品及不耐潮湿的合成纤维,是目前应用最广的高温滤料。图1PPS纤维PPS也有其不足之处,最大的缺点易氧化,因此使用普抗纤维时应注意以下几点:(1) 含氧量小于14 %(2) 氢氧化物小于600mg/ Nm3(3) 温度不要超过180 (4) 硫含量小于2700mg/ Nm3聚酰亚纤维P84聚酰亚胺即P84。可在260以下连续使用,瞬时温度可达280。P84纤维具有不规则的叶片状截面,比一般圆形截面增加了80%的表面积,叶片状的横截面使P84纤维具有两大优点。一是纤维表面积大,因而具有较强的阻尘与捕尘能力,大大提高了过滤效率。二是不规则的纤维截面因其内应力大小不同,分布不均匀
9、,使纤维自然卷曲,导致纤维之间具有较强的抱合力和缠结力。而圆形截面的纤维(如玻璃纤维)不能自然弯曲,呈棒状,纤维之间的抱合力与缠结力几乎为零。虽然PTFE纤维也和P84纤维有类似的性能,但其价格要比P84纤维高出许多,由于P84纤维有较高的使用温度260。因为其纤维特性,粉尘不会渗进滤布,可减少压力降同时,剥离性能也好,这在水泥厂、热式焚化炉、电石厂等需要处理大量粉尘的场所,非常适合。图2 P84滤袋燃烧烟道废气、煤炉、水泥窑或沥青厂中的过滤用布使用P84纤维最为成功,表面系数大于其他纤维,使其在压力差很小时,过滤效率也很高。但用P84纤维制成的滤袋要注意以下几点:(1)废气进入滤袋前,最好进
10、行脱硫处理。( 2 ) 氮氧化合物含量NOx 3。(3)硫氧化物含量SOx 600mg/Nm3。(4)含氧量O2 22% ,含水H2O 35%。符合上述条件的P84聚硫亚胺制成的滤袋的优点将得到突出的发挥,使用寿命和排放浓度都会达到理想的效果。聚四氟乙烯纤维PTFE聚四氟乙烯英名Poly ( tetrafluoroethylene) ,简称PTFE,是全氟化直链高聚物, 由四氟乙烯单体(TFF)聚合制得。PTFF棕色纤维即用PTFF乳液纺丝法所得, PTFF白色纤维即用乳液聚合成固体树脂,再加工所得 。PTFE熔点327,连续工作温度可达到280。瞬间耐温可达300。优秀的耐高温和耐腐蚀性能使
11、其成为垃圾焚烧高温烟气各领域理想的过滤材料。即使在温度较高、含尘浓度较大的情况下。表面也只粘附少量的灰尘。清灰性能较好。图3 PTFEPTFE覆膜滤料是由美国戈尔公司最先开发出来的新型复合滤料。覆膜滤料表面所覆的是膨体聚四氟乙烯( ePTFE)微孔薄膜,孔径小到12m以下,基底可以是PTFE纤维、玻璃纤维( GF)等制成的针刺毡或机织布。滤料覆膜后当量孔径变小,因而不需要形成粉尘层,只依靠自身的捕尘功能即可有良好的捕尘效果,同时可控制粉尘进入滤料深处,防止滤料被堵塞。另外,覆膜滤料表面动摩擦系数减小,提高了清灰性能,滤料滤膜有助于提高自身的疏水性,可防止滤料因结露造成滤袋结垢。因此, PTFE
12、覆膜滤料可以解决许多过滤材料无法克服的问题,具有相应优势:过滤效率高,其滤袋更换时间久、使用寿命长,清灰容易,运行费用低,特别是应用在处理含油含水等特殊烟气的工艺上。但PTFE纤维售价在52万元/吨。适用范围的经济成本太高。所有对PTFE纤维的国产化是一个趋势,把成本降下来。芳砜纶PSA芳砜纶(商品名Tanlon,简称PSA)是上海纺织科学研究院和上海合成纤维研究所共同开发的具有自主知识产权的一种芳香族有机耐高温合成纤维,现已投产,它的问世填补了我国耐250高温等级合成纤维的空白。目前,类似的纤维只有少数几个发达国家才能生产,耐高温合成纤维的开发和应用是国家科技水平和实力的象征。芳砜纶具有优良
13、的耐热性、热稳定性、高温尺寸稳定性、阻燃性、电绝缘性能、良好的物理机械性能及化学稳定性。芳砜纶的加工性能良好,可用普通设备加工成纱线、机织布、针织布和非织造布等,尤其适用于耐高温滤料,具有良好的发展潜力和市场前景。图4 芳砜纶芳砜纶的性能及其滤料的过滤特性芳砜纶的主要性能列于表2。从表2 中可看到,芳砜纶是制作袋式除尘器配套滤袋的优良材料,不仅耐热性良好,而且还具有优良的抗热氧老化的稳定性,热收缩小,能保持良好的尺寸稳定性以及良好的抗酸性能等,可在高温下长期使用,非常适用于耐高温滤料,价格相对P84、PPS、Nomex也较便宜。另外,芳砜纶的纤维摩擦系数小,用其制成的滤袋清灰容易;由于芳砜纶耐
14、温较高,因此可与PTFE (固化温度260)热压粘合制成过滤效果好且稳定的覆膜滤料。表3是采用2 dtex 51 mm芳砜纶短纤维制成的针刺毡滤料在袋式除尘器中配套使用时过滤效果的检测结果。该针刺毡的制造过程是:先将纤维混合开松,经梳理成网后预刺,再将纤维网平铺在事先织好的底布上下两面,用针刺机反复穿刺,针上的钩刺带着纤维上下运动,使上下两面纤维网中的纤维与底布互相缠结成为毡,最后再经热定型、热压、化学表面处理。从检测结果可见,芳砜纶滤料使用情况良好。此外,芳砜纶可与其他纤维(如聚酯纤维、GF、预氧丝等)混纺或交织制备一系列不同工作温度的耐高温滤料,以降低成本。在使用芳砜纶滤料制品时需注意:该
15、纤维易受到冶金与矿石生产工序中存在于烟道气体中的氟化物影响,应尽量避免接触之;暴露在紫外线中纤维表面会降解,产生一种深古铜色的有效的紫外线防御层以减少强力损失;对于湿度太高、酸度太高同时温度超过250以上的高温烟气不宜采用芳砜纶制作的滤料。另外,芳砜纶除了不耐几种强极性溶剂(如DMAc、DMF、DMSO、六磷胺、N2甲基砒咯烷酮和浓硫酸)以外,一般在常温下对各种化学物品均能保持良好的稳定性,因此可以制成各种过滤织物,在化工生产中用以过滤各种液体。钢铁、水泥、电力、化工、医药、燃煤锅炉及垃圾焚烧等工业对耐高温纤维滤料的需求进入高速增长期。芳砜纶的优良性能使得其非常适宜用于耐高温滤料,不仅可以单独
16、使用,还能与其他纤维混合制作耐高温滤料,弥补其他纤维的缺陷,是制作袋式除尘器配套滤袋的优良材料。因此,应尽快加速芳砜纶的产业化,这不仅具有良好的经济效益,同时还能为我国的环保事业作出贡献。玄武岩纤维BF玄武岩纤维( Basalt Fibre简称BF)。连续玄武岩纤维的主要成分为SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、FeO、Na2O、K2O等氧化物,属于硅铝酸盐系纤维。SiO2 是连续玄武岩纤维最主要的成分,称为网络形成物,保证纤维的化学稳定性和优异的力学性能;较高含量Al2O3 可以提高纤维的耐久性、化学稳定性、热稳定性和力学性能。与玻璃纤维相比,连续玄武岩纤维中含有特殊的MgO、
17、Na2O、K2O、TiO2 等成分,这正是连续玄武岩纤维相比玻璃纤维具有较好的耐水和耐腐蚀特性的原因。图5 玄武岩纤维玄武岩纤维的制备方法简单,简单的说,玄武岩纤维通过玄武岩熔融过程形成。生产成本相对较低,在加工过程中,主要采用火焰/离子喷吹法。由于该方法几乎不用水,也几乎无空气污染,本身无化学挥发物,因此它一种环境友好协调的纤维制备方法。由于在制备的可完全降解的玄武岩纤维过滤材料中,不仅保护了环境,降低了污染物的排放,充分利用了分布广泛的矿物岩石,大大地降低了生产成本,因此应用前景十分广泛。表1归纳了高温烟气过滤纤维材料的主要物化性能对比情况。目前来说,玄武岩纤维是最理想的高温烟气过滤材料。
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