PTFE覆膜濾料在袋式除塵器中的應(yīng)用
內(nèi)容提供：上海大宮新材料有限公司
摘要:本文介紹了國產(chǎn)化產(chǎn)品大宮聚四氟乙烯薄膜的特點(diǎn)及其PTFE覆膜濾袋在水泥工業(yè)高溫袋式除塵器中的應(yīng)用情況。與國外同類著名品牌的相比，大宮聚四氟乙烯薄膜微觀結(jié)構(gòu)均勻、超細(xì)粉塵過濾效果好、性價(jià)比高，可以在水泥等多種行業(yè)中發(fā)揮重要作用。
一、概述
近年來，隨著新型干法水泥生產(chǎn)的快速發(fā)展和國家對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，在許多場合的廢氣除塵袋式除塵器正在逐步替代電收塵器。水泥工業(yè)正是如此，大型高溫袋收塵器已經(jīng)越來越多的用于現(xiàn)代干法水泥工業(yè)中。
在現(xiàn)階段淘汰落后產(chǎn)能政策的實(shí)施以及煤電等成本上漲都使得水泥行業(yè)面臨著巨大壓力。同比國際先進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)，我國水泥行業(yè)單位產(chǎn)量綜合能耗比高很多。其中不合理濾料的使用也是造成能耗增加的原因之一。
二十世紀(jì)九十年代末初，隨著新型濾料——聚四氟乙烯（Poly-TetraFluoroethylene-PTFE）覆膜濾料的出現(xiàn)，在我國市場上，一些國外知名品牌產(chǎn)品開始在水泥行業(yè)得到使用，但其價(jià)格昂貴，在水泥這種低附加值高能耗行業(yè)里推廣使用確實(shí)是遙不可及。因此，為滿足國務(wù)院（2006）年初提出的能耗降低4%、粉塵排放小于30mg/Nm3的指標(biāo)，大宮公司以國產(chǎn)化為目標(biāo)，自行研發(fā)出一種性能價(jià)格均優(yōu)的新型PTFE覆膜濾料—DAGONG-TEX®，來滿足中國市場對(duì)PTFE覆膜濾料價(jià)廉物美的要求。從微觀結(jié)構(gòu)、過濾性能、使用周期等均在水泥企業(yè)得到實(shí)際應(yīng)用和考驗(yàn)，證明了該濾料與國外同類產(chǎn)品相比，具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。同時(shí)在海外市場也得到大量成功的應(yīng)用。
二、過濾的工作原理
袋式除塵器是一種高效除塵設(shè)備，它除塵的機(jī)理主要是攔截和過濾。由于它不像電收塵器對(duì)粉塵的粒徑、比電阻等理化特性敏感，且對(duì)2u以下微塵其收塵效果要成倍優(yōu)于電收塵器。當(dāng)除塵效率超過99.5%以后，電收塵器的電暈功率急劇增加，如果電除塵器效率在99.8%以下，其能耗低于常規(guī)袋除塵器；反之，除塵效率超過99.8%時(shí)，其能耗就高于常規(guī)袋除塵器。
事實(shí)上，按照新標(biāo)準(zhǔn)，除塵效率往往必須達(dá)到99.9%以上，導(dǎo)致電收塵器的能耗及初投資急劇增加，從而使電除塵器對(duì)袋除塵器的傳統(tǒng)優(yōu)勢完全喪失。
而袋式除塵器的核心部件—濾料，其性能的好壞將直接影響設(shè)備的能耗。
下面先介紹濾料兩大分類，普通濾料和覆膜濾料在過濾原理上的區(qū)別。
普通濾料即傳統(tǒng)的針刺氈、編織濾料等。其工作原理是所謂的“深層過濾”技術(shù)（圖1a），即通過濾料纖維的捕集，先在濾料表面形成“一次粉塵層”（即粉餅），再通過這層粉餅來過濾后續(xù)的粉塵。在使用初期，由于濾料本身的空隙較大，部分粉塵會(huì)穿過濾料排放出去。只有當(dāng)粉餅形成后，過濾過程才真正開始。繼續(xù)使用后，濾料表面的粉塵會(huì)逐漸滲入到濾料中，導(dǎo)致濾料孔隙堵塞，使設(shè)備運(yùn)行阻力不斷增加，直至必須更換濾料為止。
覆膜濾料是在普通濾料表面復(fù)合一層聚四氟乙烯（PTFE）薄膜而行成的一種新型濾料。這層薄膜相當(dāng)于起到了“一次粉塵層”的作用，物料交換是在膜表面進(jìn)行的，使用之初就能進(jìn)行有效的過濾。薄膜特有的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使粉塵無法穿過，無孔隙堵塞之虞。這種過濾方式稱為“表面過濾”（圖1b）。覆膜濾料不僅可實(shí)現(xiàn)近于零排放，同時(shí)由于薄膜不粘性、摩擦系數(shù)小，故粉餅會(huì)自動(dòng)脫落，確保了設(shè)備阻力長期穩(wěn)定，因此充分發(fā)揮了袋式除塵器優(yōu)越性，是理想的過濾材料。
兩種濾料的不同過濾方式如圖1所示：
 (a)普通濾料的深層過濾 |
 (b)覆膜濾料的表面過濾 圖1：普通濾料和覆膜濾料的不同過濾原理（清吹階段）示意圖 |
普通濾料具有價(jià)格低廉的優(yōu)勢，但運(yùn)行后阻力較大、能耗高，難以長期實(shí)現(xiàn)低于30mg/Nm3的排放指標(biāo)要求。相比之下，覆膜濾料價(jià)格偏高，但排放含塵濃度可達(dá)30mg/Nm3甚至10mg/Nm3以下，設(shè)備是在低壓下運(yùn)行能耗極大的降低，壽命長達(dá)3年以上。以實(shí)際200,000m3/h水泥磨集塵器按運(yùn)行阻力降低500Pa計(jì)算，其每天節(jié)電842.4度，已0.5元/度電費(fèi)計(jì)算可節(jié)省約420元錢。按每年正常運(yùn)轉(zhuǎn)255天計(jì)算，每年可節(jié)省電費(fèi)約10.7萬元。按三年的正常使用考慮，其性價(jià)比更優(yōu)于普通濾料。
三、DAGONG-TEX®膜
DAGONG-TEX®膜是以PTFE樹脂為原料，經(jīng)特殊的工藝制成，是一層具有不粘性、光滑和多微孔薄膜，微孔數(shù)量可達(dá)1×109/cm2，可以覆合在傳統(tǒng)的針刺氈和編織濾料表面，具有以下特點(diǎn)：
●優(yōu)異的過濾效率（99.99%以上）；
●卓越的塵餅剝離性能；
●光滑表面使糊袋現(xiàn)象大大減少；
●過濾風(fēng)速高，能耗低；
●可捕集粒徑1mm以下的超細(xì)粉塵；
●開孔率：85～93%；
●孔徑分布均勻，控制在0.05～3mm的范圍內(nèi)（可根據(jù)實(shí)際粉塵的顆粒大小，提供孔徑合適的膜材料，以達(dá)到最佳的效果）
●溫度適用范圍：—180～260℃
●耐化學(xué)腐蝕性（除熔融堿金屬、元素氟氣體有輕微腐蝕以外）
DAGONG-TEX®膜的優(yōu)良性能與其均勻的微孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，如圖2所示。
 圖2 |
因此可從以下幾方面對(duì)PTFE薄膜進(jìn)行評(píng)定，其中包括PTFE膜纖維結(jié)構(gòu)的均勻性及PTFE膜的開孔率和PTFE膜纖維結(jié)構(gòu)的剛性及PTFE膜的彈性。
四、節(jié)能、減排與設(shè)備及濾料的關(guān)系
袋式收塵設(shè)備是利用過濾原理,將氣體中的固體顆粒進(jìn)行分離,主要用于收塵、氣體凈化和粉料回收。其特點(diǎn)是：過濾效率高，在試驗(yàn)室高達(dá)99.9999%，在實(shí)際工程應(yīng)用中，可達(dá)99.999%以上。經(jīng)過覆膜濾料過濾后，粉塵濃度可降到10mg/m3以下，甚至達(dá)到1mg/m3；同時(shí)袋式收塵器的分級(jí)效率高，對(duì)PM10、PM5、PM2.5等微細(xì)顆粒物也有很高的捕集效率。這是袋式收塵器技術(shù)原理所決定的，這個(gè)原理就是過濾式收塵器的機(jī)理，再小的顆粒物都會(huì)被捕集下來。是屬于干式氣體凈化，沒有水污染；可以處理高濃度（1000g/m3以上）含塵氣體凈化或用于物料回收。因而廣泛用于鋼鐵、水泥、電力、有色金屬冶煉、垃圾焚燒、鐵合金、化工、醫(yī)藥等諸多行業(yè)。
使用袋式除塵器，必定用風(fēng)機(jī)給氣體施加動(dòng)能，將粉塵以氣體的形式使其強(qiáng)行通過濾料進(jìn)行過濾，然后把過濾后的清潔氣體排入大氣。氣體的動(dòng)能來自于風(fēng)機(jī)電機(jī)，當(dāng)人為的降低了氣體的動(dòng)能則動(dòng)力源的動(dòng)力消耗也隨之大幅下降，而達(dá)到節(jié)約能源的目的。在除塵系統(tǒng)中，氣體的動(dòng)能取決于風(fēng)機(jī)的全壓；而風(fēng)機(jī)全壓的大小又完全取決于除塵系統(tǒng)的總阻力；而在袋除塵器中濾袋部分的阻力大約占總阻力的70%以上。我們可以看出濾料的性能決定了設(shè)備的阻力，設(shè)備的阻力改變了設(shè)備的能耗。從下表列出的數(shù)據(jù)可以看到阻力與能耗的關(guān)系：
|
目前我公司生產(chǎn)的產(chǎn)品在水泥窯尾袋式除塵器上應(yīng)用，以07年安裝的福建某水泥廠為例；該廠2500T/D的水泥窯尾收塵設(shè)備，從使用至今濾袋的平均阻力為1000Pa，比保證阻力低300Pa，比許多其它收塵器阻力低600Pa，目前該廠已提產(chǎn)至2850T/D。按表1以風(fēng)量480,000m3/h計(jì)算，廢氣風(fēng)機(jī)每年節(jié)約電耗至少50萬元。
五、DAGONG-TEX®薄膜濾料在水泥工業(yè)中的應(yīng)用
水泥制備工藝流程中的很多環(huán)節(jié)上都需要進(jìn)行煙塵治理，其相對(duì)于其他工業(yè)過程的特殊性在于，同時(shí)存在環(huán)保除塵設(shè)備和工藝除塵裝置，既要防止向大氣中排放，也需要回收水泥粉末用于后續(xù)環(huán)節(jié)，如水泥磨部位就裝有典型的工藝收塵裝置。
當(dāng)然，在工藝流程中并非處處采用覆膜濾料，否則會(huì)加大投資和運(yùn)營成本。按照目前流行的觀點(diǎn)，在水泥磨、水泥窯尾以及煤磨等部位最需要采用覆膜濾料。在引入了低溫余熱發(fā)電技術(shù)后，水泥窯尾的溫度處于濾料可承受的范圍內(nèi)。
DAGONG-TEX®薄膜濾料可在不改變現(xiàn)有設(shè)備的條件下使水泥廠環(huán)保達(dá)標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提高、降低成本、節(jié)約能源等方面，發(fā)揮了重要作用。
下面列舉幾個(gè)實(shí)例：
（1）江蘇某水泥廠水泥磨用除塵
該公司有一套德國KHD設(shè)計(jì)制造的5250t/d水泥熟料生產(chǎn)線，并采用“一托二”粉磨技術(shù)，配套了設(shè)計(jì)能力為300t/h的水泥粉磨系統(tǒng)，由一臺(tái)MPS5000BC立磨預(yù)粉磨和兩臺(tái)Φ4.2×12.5m球磨機(jī)組成。在窯系統(tǒng)提產(chǎn)到6700t/d以后，為消化增產(chǎn)的熟料量，水泥磨系統(tǒng)經(jīng)過改造，除了改進(jìn)了助磨劑、質(zhì)量改進(jìn)劑外，還使用大宮PTFE薄膜濾料，將處理能力提高30%，達(dá)到352t/h（比表面積也從320±10m2/kg增加到360±10m2/kg）。
水泥磨系統(tǒng)采用了德國GORCO公司在線脈沖噴吹袋式除塵器，工作參數(shù)如下：
過濾風(fēng)量：220000m3/h
工作溫度：80～100℃
濾袋條數(shù)：1260條/臺(tái)
濾袋規(guī)格：Φ160×4500mm
壓縮空氣消耗：364m3/h
清灰壓力：6kg/cm3
處理粉塵濃度：1000g/m3
過濾面積：2850m2
過濾風(fēng)速：1.29m/min
灰斗下料方式：雙向絞刀，中間下料。
清灰方式為“COANDA”二級(jí)噴吹高效清灰，即：壓縮空氣經(jīng)噴吹排管進(jìn)入文丘里噴射器環(huán)氣腔后，通過文氏環(huán)隙噴出，形成垂直向下的高速氣流，并在文丘里管上部形成負(fù)壓，卷吸大量外部空氣向下進(jìn)行清灰。
原濾袋為普通針刺氈濾袋，運(yùn)行壓差在150～175mmH2O。在生產(chǎn)普通水泥和復(fù)合水泥時(shí)，由于大量使用粉煤灰且比表面積控制在360m2/kg以上，經(jīng)常造成糊袋，袋收塵入口負(fù)壓降低，選粉機(jī)回粉增加，導(dǎo)致產(chǎn)能降低，必須停磨處理。磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率受很大影響。針對(duì)以上情況，并考慮到ISO14000認(rèn)證對(duì)排放的要求，采用了我們DAGONG-TEX®覆膜濾袋對(duì)兩臺(tái)主工藝袋式除塵器進(jìn)行了改造。
從2002年8月投入使用后三個(gè)月內(nèi)運(yùn)行壓差始終保持在≤95mmH2O；經(jīng)環(huán)保部門檢測，排放濃度＜20mg/m3；半年后壓差穩(wěn)定在115mmH2O左右。球磨系統(tǒng)單位產(chǎn)量增產(chǎn)7～10%，尤其在生產(chǎn)PC32.5水泥時(shí)，產(chǎn)量近400t/h，粉煤灰添加量在20%以上時(shí)，從未發(fā)生過糊袋現(xiàn)象，生產(chǎn)十分順利。迄今為止，該批DAGONG-TEX®覆膜濾袋已正常工作了3年多并仍在使用。
圖3為除塵器的運(yùn)行壓差紀(jì)錄。
 |
圖3：DAGONG-TEX®覆膜濾袋的運(yùn)行壓差紀(jì)錄
球磨工藝袋式除塵器在使用DAGONG-TEX®覆膜濾袋后，也大大改善了通風(fēng)和粉塵排放，磨機(jī)單位產(chǎn)量和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率提高，維修工作量降低，使綜合成本降低。以一臺(tái)除塵器為例，年節(jié)約壓縮空氣約100,000m3，折合電費(fèi)約5萬元，以產(chǎn)量提高5%計(jì)算，單位水泥電耗降低約1.5kWh，一臺(tái)磨機(jī)年處理水泥約130萬噸，年節(jié)省電費(fèi)用約85萬元。雖然覆膜濾袋一次投資成本較高，但按3年的壽命計(jì)算，同普通濾袋相比綜合費(fèi)用更低，所節(jié)省費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成本的增加，故使用覆膜濾袋的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。
（2）上海某水泥廠窯尾收塵
該公司原窯尾收塵器為靜電收塵除塵器帶低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)；剞D(zhuǎn)窯產(chǎn)量逐步由原設(shè)計(jì)的1050t/d提高到了1500t/d后，排放遠(yuǎn)達(dá)不到上海市的排放要求，小于等于30毫克。
為此，2004年3月公司將靜電除塵器改造成電-袋復(fù)合式除塵器，全部采用國產(chǎn)設(shè)備（部件）和技術(shù)，經(jīng)過近5年的運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。
該收塵器進(jìn)口溫度230℃左右由于窯尾煙氣工況較復(fù)雜，濕度高、含塵濃度高、煙氣黏附性較強(qiáng)，而且窯尾除塵器在水泥廠中屬主要設(shè)備，（該系統(tǒng)同時(shí)也焚燒工業(yè)垃圾）所以要求可靠性高，使用壽命要長，對(duì)袋式除塵器而言，則對(duì)布袋和脈沖閥等主要部件要求較高，其中占改造投資比例最高的布袋尤為重要。所以，針對(duì)該工況的具體情況，我公司采用了不同于國外570克的玻纖覆膜濾袋而選用了800克以上并極具柔軟性及耐高溫、易清灰、對(duì)粉塵捕集率高的窯尾專用玻纖覆膜濾料。
DAGONG-TEX®覆膜濾袋在該除塵器已成功使用了5年，目前仍在運(yùn)行中，其運(yùn)行壓差前4年始終穩(wěn)定在90-100mmH2O，4能后運(yùn)行壓差開始上升至140-160mmH2O。每年兩次的環(huán)保測試表明，粉塵排放濃度都低于20mg/Nm3。在前三年半，未更換過一只布袋，破損率為零。至今為止濾袋破損率為1%。2006年底，專門取下兩只布袋進(jìn)行測試，結(jié)果濾袋表面覆膜完好，濾袋上口部強(qiáng)度指數(shù)只下降了10%，下半袋底部強(qiáng)度指數(shù)最大下降20%，由此可以判斷，完全可以實(shí)現(xiàn)5－6年的使用壽命。創(chuàng)國內(nèi)在窯尾脈沖玻纖覆膜濾袋壽命使用記錄。
袋式除塵器的相關(guān)工作參數(shù)如下：
過濾風(fēng)量：270000m3/h（原料磨、余熱鍋爐全開）（實(shí)際為300000m3/h）
工作溫度：＜150℃
濾袋條數(shù)：1440條/臺(tái)濾袋規(guī)格：Φ160×6500mm
空氣消耗量：3m3/min清灰壓力：0.25MPa
處理粉塵濃度：80g/m3過濾面積：4705m2
過濾風(fēng)速：0.95～1.06m/min脈沖閥：淹沒閥
 圖4為除塵起運(yùn)行壓差的紀(jì)錄 |
該設(shè)備4年內(nèi)的平均阻力不大于1150Pa，按300000m3/h計(jì)算，ΔP為500Pa，共節(jié)約能耗達(dá)120萬元。
（2）上海某水泥廠窯頭除塵
應(yīng)用在該廠水泥窯頭部位（帶烘干機(jī)）收塵器，DAGONG-TEX®覆膜濾袋至今已成功使用了2年9個(gè)月保持零破損。其運(yùn)行壓差始終穩(wěn)定在70~95mmH2O，粉塵排放濃度都低于20mg/Nm3。該窯頭除塵器前端有烘干機(jī)，主要粉塵組成（水泥熟料、黃沙和礦渣），該工況技術(shù)描述如下：
過濾風(fēng)量：180000m3/h（實(shí)際210000m3/h）
工作溫度：＜150℃瞬間220℃
濾袋條數(shù)：1092條/臺(tái)濾袋規(guī)格：Φ160×6500mm
空氣消耗量：3m3/min清灰壓力：0.25MPa
處理粉塵濃度：150g/m3過濾面積：3566m2
過濾風(fēng)速：0.84～1m/min
該設(shè)備從2005年5月開始使用，每月都對(duì)系統(tǒng)阻力進(jìn)行跟蹤記錄，圖5為除塵器運(yùn)行壓差的紀(jì)錄
 |
圖5：DAGONG-TEX®覆膜濾袋在水泥窯頭運(yùn)行壓差紀(jì)錄
實(shí)踐證明，DAGONG-TEX®覆膜濾袋不僅滿足了設(shè)計(jì)要求，也保證了電-袋復(fù)合式除塵器的可靠運(yùn)行，為國內(nèi)大量窯頭靜電除塵器的技術(shù)改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在這種復(fù)合式除塵器中，袋式除塵器正是發(fā)揮了收集超細(xì)粉塵的優(yōu)越性，從而彌補(bǔ)了靜電除塵器在這方面的弱勢。無疑，這對(duì)于希望低成本改造原有靜電除塵系統(tǒng)的水泥企業(yè)來說，是個(gè)有效和可靠的選擇方案。
六、結(jié)論
DAGONG-TEX®覆膜濾袋完全可以滿足低于30mg/Nm3的粉塵排放指標(biāo)。同時(shí)低阻力的運(yùn)行也節(jié)省了大量的能耗。
經(jīng)過幾年的實(shí)踐與使用廠家的配合，大宮公司已摸索出一套針對(duì)玻纖濾袋使用的規(guī)范。
無論從PTFE薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、工作性能、還是實(shí)際使用情況，以及性價(jià)比等方面看，DAGONG-TEX®覆膜濾袋不僅擁有我國的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而且與國際著名品牌產(chǎn)品的質(zhì)量不相上下，甚至部分性能更為優(yōu)越，完全可以為我國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
1.林宏：電-袋復(fù)合除塵器的開發(fā)與應(yīng)用，天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)院，《水泥》，2005，No.2，p37-40
2.方偉，王永健：窯尾電收塵改為電——袋收塵技術(shù)和使用經(jīng)驗(yàn)，水泥技術(shù)，2007，No.1
3.李鐘：水泥粉磨系統(tǒng)提高運(yùn)轉(zhuǎn)率、增產(chǎn)節(jié)能的措施，《2003水泥技術(shù)交流大會(huì)暨第六屆全國水泥技術(shù)交流大會(huì)論文集》，p173-178
4.劉英華：在線脈沖噴吹袋式除塵器及覆膜濾袋之應(yīng)用，《2003水泥技術(shù)交流大會(huì)暨第六屆全國水泥技術(shù)交流大會(huì)論文集》，p305-308
5.王作杰：水泥窯系統(tǒng)電除塵器改為袋除塵器，《2008中國水泥除塵技術(shù)高峰論壇論文集》，p19-23
6.張延民：袋除塵節(jié)能75%和制造成本降低50%的研究與應(yīng)用，《2008中國水泥除塵技術(shù)高峰論壇論文集》，p77-86
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
