高温烟气治理用P84滤料性能研究

0引言

近年来,中国经济高速发展,钢铁行业、火力发电、垃圾焚烧、水泥行业等发展迅猛,带来经济效益的同时导致了严重的污染问题,这些工业领域排放的烟尘气体中含有大量高温有害气体,如硫氧化物、氮氧化物及粉尘颗粒物等,直接排放到大气环境中,将造成严重的大气污染。电袋复合除尘器作为一种重要的除尘设备,在这些领域的烟尘治理方面得到广泛应用。滤袋是电袋复合除尘器的重要组成部分,其中高温烟气治理用的滤料,一般需要耐酸、耐碱、耐水解等,滤料通常会选用PPS、PI(P84)、PTFE、GL 等纤维或纤维混纺,并需经过针刺、热定型、后置处理等工序^[1]。聚酰亚胺聚合物属于高性能聚合物,具有优良的耐热性和阻燃性,最早由Inspec FiBres公司(奥地利)于20世纪80年代后半期生产出来,进口PI 行业内一般称为P84,以与国产PI区分^[2]。聚酰亚胺纤维的优异性能决定了它是目前袋式高温除尘材料的最佳选择,凡芳等人^[3—4]基于P84在水泥窑尾中的实际应用认为,P84滤料能满足水泥窑尾袋式除尘器粉尘排放浓度≤20 mg/m³甚至10 mg/m³ 以下的排放要求。聚酰亚胺纤维最显著的特点是纤维横截面为三叶瓣状,纵向可见脊状突出,该结构极大地增加了纤维的比表面积,使聚酰亚胺纤维滤料具有良好的捕集粉尘的性能^[2]。2.2 dtex纤度的P84纤维表面积比同样纤度圆形截面的PPS纤维约大65%^[4]。P84(聚酰亚胺)纤维滤料长期耐温230℃,瞬间耐温260℃,是非热塑性纤维,耐受脉冲清灰的磨损能力好,不规则横截面提高了纤维之间的缠结力,使毡层结构更加牢固,P84纤维与玻璃纤维制成的复合针刺毡,在燃煤电厂得到了广泛应用^[5—6]。

基于此,本文主要研究P84特殊的三叶状纤维形态对滤料纤维孔径分布及过滤性能方面的影响。

1 P84滤料的孔径分布情况

P84的三叶状异形结构(图1)决定了其有较大的比表面积。对P84滤料、PPS滤料、混纺滤料、覆膜滤 料及梯度滤料进行孔径分布测试,滤料具体信息如表1所示。

从表2中的孔径分布数据来看,P84的孔径主要集中在2.16μm左右,孔径明显小于PPS滤料、混纺滤料及梯度滤料,略大于覆膜滤料水平。这主要是因为其不规则的纤维,与圆形棒状纤维相比,内应力大小不同,分布不均匀,从而使纤维自然卷曲,所以纤维之间具有较强的抱合缠结力,多维缠绕造成孔径较小。

2 P84滤料的过滤性能研究

P84纤维的三叶状异形结构造成纤维比表面积较大,且从孔径测试数据可知,P84滤料除小部分大孔径外,其他孔径较为集中,接近覆膜水平,其远远小于PPS滤料等孔径。滤料孔径越小,拦截粉尘能力越强。以下通过对P84滤料、PPS滤料、PPS十PTFE混纺滤料、覆膜滤料、梯度滤料过滤性能进行研究,探讨P84三叶状对过滤性能的影响。

过滤性能试验研究按GB/T 6719—2009《袋式除尘器技术要求》^[7]进行,设备采用德国FilT Eq公司研发的粉尘过滤性能测试设备(行业俗称“VDI设备”),粉尘采用德国进口氧化铝粉尘,进口浓度为5 g/m³,过滤风速为2 m/min,喷吹压力500 kPa(5 bar)。

2.1对过滤效率的影响

从图2过滤效率来看,老化前30次,P84过滤效率最差。结合孔径分布数据分析,P84滤料3.75%左右的孔径较大,甚至远远大于PPS滤料、混纺滤料。试验初期,粉尘从大孔径穿过,进而穿过滤料的粉尘较多,造成前30次过滤效率低下。经过10000次老化试验后,滤袋表面粉饼层进行过滤,这时P84剩余的大部分小孔发挥过滤功能,从后30次过滤效率来看,P84滤料的过滤效率略大于PPS滤料及混纺滤料,但仍未达到覆膜及梯度滤料的效果。因为梯度滤料、覆膜滤料为表层过滤,而P84滤料、PPS滤料、混纺滤料为深层过滤,梯度滤料、覆膜滤料的过滤效率最优。P84纤维滤料过滤效率略高的原因,可能与P84纤维滤料孔径较小,表面形成的粉饼层较为密实有关。

2.2对粉尘剥离率的影响

从图3可知,P84滤料老化前粉尘剥离率最优,老化后粉尘剥离率仅次于覆膜滤料水平。P84滤料纤维,因为异形状的结构,纤维与纤维之间抱合更为紧密,为清灰提供了有利条件。试验初期,各种滤料粉尘剥离率相差不大,甚至覆膜滤料水平最低。老化试验后,在粉饼层过滤条件下,单一纤维滤料的粉尘剥离率大于两种混纺纤维滤料及梯度滤料,其中P84纤维滤料粉尘剥离率略大于PPS滤料。覆膜滤料因其特殊膜层过滤,粉尘剥离率比P84滤料、PPS滤料更优。

2.3对残余阻力的影响

单一种纤维滤料,纤维与纤维之间缠绕较为均匀,粉尘进入纤维之后较为容易清除,不同种滤料混合滤料,因孔洞分布不均,粉尘进入后,较难清除。从图4、图5老化前后残余阻力对比图可知:梯度滤料及混纺滤料的残余阻力均大于PPS滤料、P84滤料;覆膜滤料因薄膜过滤的特殊性,老化前残余阻力最高,老化后残余阻力最低;PPS滤料与P84滤料老化前后残余阻力相差不多,老化后P84滤料略小于PPS滤料。

2.4对清灰周期的影响

从图6可知,老化前,单一纤维滤料清灰周期长于混纺滤料、梯度滤料,其中PPS滤料清灰周期最长。从图7可知,老化试验后,覆膜滤料因膜过滤的特殊性,老化后清灰周期远远大于其他滤料。从图6、图7可知,PPS滤料整体清灰周期明显大于P84滤料,可能是因为P84纤维的异形结构原因,纤维与纤维之间缠绕紧密,纤维孔径较小,粉尘进入纤维后,嵌于纤维之间,不易清除,而PPS纤维为光滑圆柱状,粉尘就算嵌入纤维之间,在脉冲清灰条件下也较为容易清除。

3 结束语

P84纤维因其良好的耐高温、阻燃等性能,在高温行业得到青睐,但由于P84纤维目前来源主要还是依靠进口,价格仍居高不下。P84纤维因其特殊的三叶状结构,其制成的滤料孔径较小,过滤效率较好,粉尘剥离率优;但三叶状结构又带来不易清灰等弊端,造成残余阻力较大、清灰周期较短。总体来说,P84滤料并未表现出大于PPS滤料的优势,同时,过滤效率等无法达到覆膜滤料、梯度滤料水平,整体难以到达超低排放要求。另外,P84滤料耐碱及耐水解性能差,一般将其与玻璃纤维或其他纤维进行复合制成滤料,在高温行业,单一P84纤维滤料目前仍未得到大面积推广。

[参考文献]

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[7]袋式除尘器技术要求:GB/T6719—2009[S].

2024年第16期第7篇