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袋式除塵超細面層濾料與超低排放分析

2019-11-08 15:45:52 來源:《環境工程》

摘要:針對工業煙塵實現超低排放和提標改造的任務與目標,袋式除塵使用超細面層濾料是實現細顆粒物超低排放的有效途徑。研討了超細纖維的定義,介紹了超細纖維的常用品類:對超細面層濾料的結構、加工制造及性能評價指標提出了建議,并與覆膜濾料進行比較。通過幾個典型工程案例的對比分析,進一步驗證了超細面層濾料在實現超低排放方面的可行性和有效性。

引言

近年來,隨著國家對環保的重視,我國大氣污染得到了遏制,城市空氣質量逐步改善。然而,大氣污染狀況依然嚴峻,細顆粒物PM2.5仍然是城市主要的大氣污染物。目前,我國煤電行業已實現了煙塵超低排放,非電行業超低排放和提標改造行動全面啟動,細顆粒物高效凈化用超細面層精細過濾材料的需求日益劇增。

1超細面層濾料

1. 1超細纖維

1)超細纖維定義。

纖維一般可分為超細纖維、微細纖維、細纖維、標準纖維和粗纖維等類型,其標定如圖1,超細纖維的規格如圖2。目前國內外尚無“超細纖維”準確標準定義,有的指0. 2dtex以下(如圖1),也有的指2. 0旦(0.2 dtex)以下(如圖2)。隨著技術的不斷進步,纖維的纖度越來越細,超細纖維細度的衡量標準也在不斷提高。根據國內外技術文獻,結合國內眾多濾料企業當前的加工能力和水平,現提出超細纖維的定義,即過濾用纖度為0. 8旦(0. 89dtex)及其以下的有機纖維或直徑5μm以下的無機纖維。

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圖1粗細纖維的標定

2)超細纖維類型。

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圖2超細纖維的規格

0.5-0.8旦是目前使用最為普遍的超細纖維,以此纖維制成的超細面層濾料可以解決大多數工業煙氣細顆粒物PM2.5的超低排放問題,但其對于1μm左右細顆粒物的過濾效率稍顯不足。

橘瓣纖維由于其裂解為超細纖維的過程需要高壓水刺的沖擊,因此需要專業的高壓水刺設備,且濾料的克重高,水針穿透時能量消耗大,因此開纖的控制難度較大,超細纖維的比例較難控制,因此濾料的均一性和穩定性相對較差。

海島纖維是近年來新研制的超細纖維品類,其纖維纖度比橘瓣纖維更細,也更穩定,可有效提高濾料的過濾精度,具有表面過濾的效果,其對1μm左右的細顆粒物也有良好捕集效果。

納米纖維現階段大多處于實驗室或中試階段,目前其工業化水平不夠,實際工程應用不多,尚未形成主流技術和產品。

1. 2超細纖維面層濾料

1)濾料結構。

將超細面層濾料設計成梯度結構,由上至下依次為面層、中層、基布和底層,面層應由超細纖維構成,中層由細纖維構成,底層為相對較粗的纖維構成。目前國內常用的超細面層濾料結構有0. 08D + 2. 0D/2. 8D, ( 0. 8~1.0) D+1. 5D/2.0D,(0. 8~1. 0 ) D+1. 0D,(0. 8~1. 0)+2. 0D,其結構如圖3所示,實際產品斷面如圖4所示。

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圖3超細面層濾料結構

2)濾料性能。

研究表明,采用1. 0 dtex的纖維取代3. 3 dtex的纖維,聚酯濾料就可獲得雙倍的纖維表面積,如圖5所示,與此同時,由于超細纖維表面可高效隔離更多更細粉塵,所以超細纖維排放率會因其表面積的增加而下降,某公司MPS超細纖維與普通纖維濾料的排放率對比如圖6所示。

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圖4超細針刺氈濾料的斷面

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圖5纖維纖度與纖維過濾面積的關系

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圖6超細纖維濾料的排放率

1. 3加工與制造

目前超細面層濾料的制造方式多種多樣,0.8旦到0.5旦纖維主要采用直接梳理,0. 5旦以下的多采用橘瓣纖維或海島纖維,一般需通過針刺或高壓水刺及后整理溶海等工藝得到超細纖維面層濾料。對于納米纖維一般采用靜電紡或高速熔噴等方式成網。

針對超細面層此種精細過濾高端濾料,為更好地確保其長期穩定的高性能運行,除需重點關注其性能測試指標外,加工過程高質量的保障是前提,因而加工制造各個環節的把控至關重要,應引起濾料廣家的高度重視。為此,提出以下幾點建議:

1)需選用細度面層材料和濾料結構,采用針刺、水刺、紡粘、熔噴等各類非織造方式加工并經過后處理制成。

2)采用針刺方法制造時,各層不同細度的材料分別經過開松、梳理、疊網后成網,毛網均勻性偏差宜<2.5%鋪網完成后按梯度結構,經過預針刺、多道主針刺、后整理成型,針刺密度應>>1300針/m2為宜。

3)超細面層濾料的后整理修面宜采用水刺工藝。

1. 4性能評價指標

超細面層濾料是精細過濾材料,其功能是有效捕集PM2.5等細顆粒物并實現超低排放。鑒此,其性能要求除外觀質量、形態性能、透氣性、強力特性及伸長率、阻力特性等各項指標應全面優于常規濾料外,還應在鋪網均勻性、表面孔徑和濾塵特性等方面提出專項性能評價指標,以滿足特殊性要求(見表1)。

表1超細面層濾料專項性能指標

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2超細面層濾料與覆膜濾料比較

袋式除塵滿足超低排放可采用覆膜濾料或超細面層濾料,兩種濾料各有優劣,覆膜濾料孔徑更小、精度更高、可實現表面過濾,但膜的質量及覆膜的牢度極其關鍵,是性能優劣的決定性因素,膜材料易受損傷,對安裝要求苛刻,有些惡劣煙氣工況不宜采用。而超細面層濾料雖在過濾精度方面稍遜,但其實際使用要求與常規濾料相似,因此使用日益廣泛。超細面

層濾料與覆膜濾料的優劣比較如表2所示。

表2超細面層濾料與覆膜濾料對比

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3典型案例分析

為充分闡明超細面層濾料優異的過濾性能,驗證其在工業煙氣超低排放上的先進性和可靠性,現例舉鋼鐵煙氣凈化、電廠鍋爐煙氣凈化及電解鋁煙塵治理等實際工程案例,并對數據進行對比分析。典型案例主要參數如表3所示。

表3典型案例主要參數

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由表3可知:超細面層濾料對于實現5 mg/m3以下的超低排放作用顯著。1)相近條件下,適當增加濾料單重利于超低排放的可靠實現;2)前置預荷電利于超低排放和降低阻力,實現節能減排;3)相近條件下,適當降低過濾風速利于實現超低排放,濾速以0. 9 m/min為宜,有前置預荷電裝置也不宜>1. 0 m/min,高濃度工況濾速宜<0. 8 m/min 。

4結論

1)超細面層濾料的采用是實現超低排放的有效措施。

2)超細面層濾料的加工質量是實現超低排放的關鍵保障,加工過程各道工序的質量控制至關重要,應高度重視。

3)對于細顆粒物的捕集與過濾風速的合理選擇極其關鍵,建議濾速<0. 9 m/min為宜,高濃度工況濾速宜<0. 8 m/min 。

4)從設計、制造到安裝等各個環節均需精益求精,確保全過程高質量的實施,這是實現超低排放的重要保障。

5)嚴格而規范地安裝、運行及維護管理,對于實現超低排放至關重要。

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