不同滤料性能比较研究及应用

发布日期:2018-06-28  浏览次数:134
杨东 徐辉 刘江峰 周冠辰 
(安徽元琛环保科技股份有限公司  安徽省合肥市  230000)

摘 要:大气污染物排放浓度标准的日益严格,市场上不同品种滤料的应用技术越发成熟,本文通过对比高硅氧覆膜滤料、纯PTFE覆膜滤料,PTFE复合滤料的各项性能指标,简要阐述三种滤料在技术上的优劣势以及适用的场所限制。


关键字:高硅氧滤料、覆膜滤料、纤维、性能


Comparative Study of Different Filter Media and Its Application
Yang Dong  Xu Hui  Liu Jiangfeng   Zhou Guanchen
(Anhui Yuan Chen Environmental Protection Technology Co., Ltd.,
Hefei, Anhui 230000)
Abstract:The concentration of air pollutants emission standards increasingly stringent, the technology to market of different varieties of filter media become more and more mature , this article ,which comparing the high silicon membrane filter, pure PTFE membrane filter, PTFE composite filter of the performance indicators, briefly describe the technical advantages and disadvantages of the three kinds of filter media as well as the applicable site restrictions.

Keywords: h igh silica filter, membrane filter, fiber, performance


1前言

随着中国经济不断地发展,电力、钢铁、水泥、垃圾焚烧、有色冶炼以及化工等重工业行业,在为社会经济不断增长的同时也造成了严重的环境污染问题;近几年发生的大面积“雾霾”事件进一步激发了过大人民群众对于大气污染治理的关注。袋式除尘由于其高效的过滤精度以及优良的性价比逐步赢得人心,作为袋式除尘器的核心部件——滤袋,为了满足在不同行业领域的实际工况的使用要求,需要其更加具有耐高温、耐腐蚀、更高过滤精度,更低设备运行阻力,滤袋的种类随着发展也越来越多。


目前烟尘治理领域中,滤袋使用的纤维主要分为无机纤维、有机合成纤维等,无机纤维

主要使用玻璃纤维、不锈钢导电纤维等,有机合成纤维主要有PTFE、PPS、芳纶、P84等。本文主要对比烟尘治理高温领域中,无机纤维机织滤料与有机合成纤维混纺滤料的性能对比分析,同时以无机高硅氧机织覆膜滤料与有机混纺滤料作性能对比分析,在不同的工况条件下,应该选择使用寿命至少能够达到3年以上,满足排放要求以及设备阻力运行稳定的产品。


2不同混料性能简介

2.1高硅氧覆膜滤料


高硅氧覆膜滤料是以高硅氧玻璃纤维短切丝为原材料,通过梳理成棉并经过机器编织,最后后处理采用覆膜处理从而制成高硅氧覆膜滤料;其中,膜使用材质的是聚四氟乙烯,具有良好的耐温性、耐酸碱腐蚀性、表面光滑易清灰。


使用的高硅氧玻璃纤维属于耐高温无机纤维,采用钠硅酸盐两元系统玻璃、钠硼硅酸盐玻璃、无碱玻璃等原材料经过热酸萃取(沥滤),除却硅以外的其它杂质,从而提高硅含量,后经热烧结工艺处理制备而成,具有耐高温、耐烧蚀、低导热率和低导电率等特点,优异的化学稳定性和电绝缘性能,已在国防、宇航、黑色及有色金属熔体净化过滤等方面获得广泛应用[1]。


相比较常规玻璃纤维,其二氧化硅的含量为95%~99%,由于二氧化硅的含量决定着滤料的耐温性能,其含量越高耐温性能越好[2],长期使用温度可以达到900℃,短时间可耐1200℃的高温,;但是此种纤维在性能方面的主要缺陷是脆性大,不耐弯曲,在高过滤风速以及喷吹清灰过程中,纤维容易折断,使得滤料的强力衰减较快。


2.2有机混纺滤料

在电力、水泥、钢铁、垃圾焚烧等领域,使用较多的滤料主要是PTFE复合滤料、芳纶滤料、P84复合滤料以及纯PTFE覆膜滤料等材质。


本文主要以PTFE复合滤料以及纯PTFE覆膜滤料为例;两种滤料的主要纤维组分为PTFE纤维,此种纤维由于其具有“C-F”键,该键的键能高、稳定性强,同时氟原子的直径大,在碳原子外形成惰性的螺旋型全氟“外壳”加之分子的非极性和结晶结构;对所有的强酸、强碱、强氧化剂、盐类试剂即使在加热的条件下也无法对产生影响,甚至在煮沸的王水中,聚四氟乙稀的质量和性能也都没有任何变化。对于绝大多数有机化合物表现出一定的惰性,所以聚四氟乙稀材料又被被誉为“塑料王”[5];具有优良的耐化学性、耐温性、阻燃性、润滑性、耐老化、还具有低的渗透性,优异的绝缘性,耐候性,拒水,耐水性以及良好的收缩性能[3-4]。


此种纤维作为高温的特种纤维,无论是与其它纤维混纺还是单独成毡,在烟气除尘行业领域得到广泛的需求与应用。

3实验方法
3.1实验简介

3.1.1实验样品


高硅氧覆膜滤料(双斜纹机织滤料),纯PTFE覆膜滤料,PTFE复合滤料(材质是由PTFE纤维与PPS纤维混纺,基布选用PTFE基布)


3.1.2主要仪器

YG026H型多功能电子强力机(武汉国量仪器有限公司);YG461E织物透气量仪透气仪(武汉国量仪器有限公司);Topas PSM165孔径测试仪(德国Topas);飞纳扫描电子显微镜(德国Topas);马丁代尔耐磨仪(温州大荣纺织仪器有限公司)


3.2测试结果

3.2.1常规指标性能对比


对比三种滤材的常规性能指标,首先从机械强力来看,高硅氧覆膜滤料的机械强力要远远高于纯PTFE覆膜滤料以及PTFE混纺滤料,这主要是因为高硅氧纤维本身的强力高,但是经纬向断裂伸长率都相对较低,所以高硅氧是属于强度高但容易断裂的材料;纯PTFE覆膜滤料的机械强力最低,是因为该滤料由PTFE纤维针刺而成,由于PTFE纤维之间抱合效果差,该滤料的机械强力都是由PTFE基布的强力提供,所以它的经纬向伸长率都较低; PTFE复合滤料的经向强力由PTFE基布提供,纬向强力通过PTFE纤维与PPS纤维缠绕抱合所得,纬向伸长率较高,说明该滤料的柔韧性和弹性较好。


覆膜滤料透气量的大小主要是由膜的孔径以及覆膜工艺所决定,膜的孔径较小,导致透气量小,所以其对微米粉尘的阻挡、截留等过滤效果较好,覆膜滤料的过滤精度高,但相对初始阻力大;复合滤料透气量的大小主要由滤料的三维孔隙结构所决定,孔径相对较大,一般在10~30um之间,所以透气量较大。


3.2.2 滤材的耐磨性能
滤袋在使用过程中,与含尘气流中的颗粒物、龙骨以及袋与袋之间的不断摩擦,若滤袋的耐磨性能较差,滤袋很容易发生破损从而导致失效,影响滤袋的使用寿命。


三种滤材的耐磨性能测试结果如下表所示:


通过对这三种滤料的耐磨性能进行对比分析实验,质量损失率与耐磨性能呈现反相关,可以看出:高硅氧覆膜滤料耐磨性能最差,PTFE复合滤料的耐磨性能优异;所以,在过滤风速较高或者粉尘粗而硬的属性时,由于高硅氧玻纤不耐磨、不耐折的特性,建议不使用高硅氧覆膜滤料。
3.2.3孔径分析测试对比

通过孔径分析测试对比,高硅氧与纯PTFE覆膜滤料的最大孔径以及平均都非常小,而且孔径分布相对集中,含尘气流的细微颗粒物都很难穿透滤料,能够有效的提高滤料的过滤精度,从而达到现在要求的“超净排放”或者达到“近零排放”的要求;然而常规滤料由于其由纤维混纺针刺交叉而成,三维结构孔隙大,而且孔径集中程度不够,细微粉尘容易穿透,对于排放要求低于5mg/m3的场所存在较高的风险。


3.2.4耐酸性能测试对比
分别对高硅氧覆膜滤料(双斜纹机织滤料),纯PTFE覆膜滤料,PTFE复合滤料命名为试样A、试样B以及试样C。


将三种滤料用60%硫酸、40%NaOH分别浸泡96h、192h和288h后取出,用蒸馏水冲洗放入温度为100℃的烘箱中,直至烘干为止、然后测试纬向断裂强力,以强力保持率表达材料的耐酸碱性,结果如下:



通过耐酸性测试可知,将三种样品浸泡在60%硫酸下288h,纯PTFE覆膜滤料的强力保持率在99%以上,而PTFE复合滤料以及高硅氧覆膜滤料的强力保持率在96%以上,一方面说明这三种材质的耐酸性能都较好,其次纯PTFE覆膜滤料的耐酸性能最优;


通过耐碱性测试可知,随着浸泡时间的延长,高硅氧覆膜滤料的强力衰减较大,其它两种材质的耐碱性能较好。


4结果分析
1、过滤精度方面的考虑


覆膜滤料与混纺滤料的过滤原理不同,无论是高硅氧覆膜滤料还是纯PTFE覆膜滤料,其覆膜机理都是表面过滤。覆膜滤料由于表面的PTFE膜的孔径非常小,一般在0.2~3um之间,其过滤含尘气流主要是依靠这层膜对微细颗粒物进行直接拦截,其过滤精度高;而混纺滤料是粉尘通过惯性碰撞、重力作用、静电吸附以及拦截等作用逐渐形成粉饼层,对粉尘进行过滤,所以一般情况下,覆膜滤料在过滤精度上面要优于普通的混纺滤料,但是需要考虑膜的破损以及覆膜牢度等问题,这决定滤料的过滤性能以及使用寿命[6]。


目前袋式除尘行业,滤料过滤的机理主要分为表面过滤、类表面过滤以及深层过滤。覆膜滤料为表面过滤,其主要是依靠表面附着的膨体PTFE膜对粉尘当中的微细颗粒物进行直接拦截阻挡,起到粉尘初层的作用;主要优点在于PTFE膜表面光滑;主要的缺点在于PTFE膜的孔隙小;其次在运输安装过程中,高过滤风速下以及粉尘颗粒较坚硬等原因很容易造成PTFE膜脱落、破膜;因此,膜的质量和覆膜技术决定了滤料的性能及使用寿命[7]。


2、阻力压差方面的考虑
上述已经提到覆膜滤料的孔径小,透气小,所以说在实际的工况下运行时可能会造成除尘器压降居高不下,能耗高,所以覆膜滤料的初始阻力都要远远高于复合滤料,但是由于这层PTFE膜的表面非常光滑,在后期清灰过程中,灰尘容易被吹离,容易清灰,阻力上升会较慢[7];常规的PTFE复合滤料,由于其孔径较大,初始阻力较小,但随着使用年限的增加,细微粉尘渗透进去的概率增加,所以阻力一般呈现逐年增加的趋势。


3、使用寿命的考虑
通过耐磨性测试可知,虽然高硅氧覆膜滤料的机械强力非常高,但是在过滤风速较高或者粉尘粗而硬的属性时,由于高硅氧玻纤不耐磨、不耐折的特性,其机械强力衰减会非常快,会缩短使用寿命,所以建议不使用高硅氧覆膜滤料。


通过耐碱性测试可知,随着浸泡时间的延长,高硅氧覆膜滤料的强力衰减较大,其它两种材质的耐碱性能较好。


5总结


目前在国家环保标准日趋严格,高温烟尘治理势在必行的大环境下,开发适用不同工况以减少烟尘排放的新型环保滤袋成为必然。本文通过三种材质滤料的性能对比分析,建议在不同行业的具体工况以及烟气成分条件下选择滤料时,一方面不单单只是片面的追求高新材料和高性能材料,这对滤袋性价比的提高和原有材料潜质的利用和开发是不利的,另一方面不单单只关注滤料的初始性能,包括强力、透气等指标;必须考虑实际工况中的温度、酸碱性等性能对滤袋的各方面性能指标的衰减情况,保证滤袋的使用寿命、运行压差以及排放要求,降低换袋维护等费用。

参考文献:
[1] 毕鸿章. 高硅氧玻璃纤维产品的发展和应用[J]. 高科技纤维与应用, 2003, 28(4): 36-39
[2] 张增浩, 赵建盈, 邹王刚. 高硅氧玻璃纤维产品的发展和应用[J]. 高科技纤维与应用, 2007, 32(6): 30-33
[3] 徐下忠, 乐启发, 张良武. 聚四氟乙烯的加工成型技术[J].工程塑料应用, 2002,30(3):22-25
[4] 孙玉红. 聚四氟乙烯的性能与应用[J].科技咨询,2008,8(12):6
[5] 何正兴. 国产聚四氟乙烯纤维的特性与应用[J]. 合成纤维,2007,(4):16-18
[6] Jeffrey S. Dugan, Edward C. Homonoff. Advances in fiber in fiber technology for high performance filtration[C]. The 4th China Internation Filtration Conference. Shanghai China, 2006, 11
[7] 商春礼.覆膜滤料的除尘机理及应用[J].冶金环境保护,2001,(1):49-51