燃煤电厂用新型高分子复合滤料性能的测试

(东华大学环境科学与工程学院，上海，201620)

袋式除尘器作为高效的除尘设备之一被广泛应用于电厂、冶金、垃圾焚烧等烟气处理系统［1］。由于我国燃煤煤种、技术水平、锅炉设备等与国外存在差异，因此我国燃煤烟气的特点为高温、高浓度及成分复杂。滤料是袋式除尘器的关键部件，其实际的应用环境表现为四高一大一低(排放烟气温度高，烟气中SOX、NOX、O2含量高，含尘浓度大，改造工程要求滤料阻力低)，导致滤料寿命面临严峻考验［2］。

由于设备及生产技术的原因，国内的滤料技术长期落后于国外，尤其是在高温滤料方面，国外滤料一直充斥着国内市场［3］。近年来，国内对高温滤料的研究也已陆续展开［4-6］。针对燃煤电厂的实际运行情况，本文对适合现有国情的新型滤料——高分子复合滤料进行了初步的性能测试，同时分析了新型滤料在恶劣工况环境下的适用性，以推动新型滤料及袋式除尘器在电厂的应用。

1 试验部分

1.1 材料

滤料A:聚四氟乙烯(PTFE)+聚酰亚胺(PI)+聚苯硫醚(PSA)复合面层/PTFE基布滤料(新型高分子复合滤料);

滤料B:玻纤基布/PTFE覆膜滤料;

滤料C:玻纤基布/PTFE面层滤料。

三种试验滤料的基本性能见表1。

表1 三种试验滤料的基本性能

1.2 高温下尺寸稳定性试验

仪器:DHG-9108A型电热恒温鼓风干燥箱。

参考标准:GB/T 6719—2009《袋式除尘器技术要求》。

试验方法:在试样中按45°方向，剪取大于200 mm×200 mm试样三块，在三块试样中分别精确量取尺寸200 mm×200 mm，作好标记，并标出经、纬向;将剪好的试样置于200℃的恒温干燥箱中，进行24 h高温处理，然后将试样取出置于相对湿度65%、温度20℃环境中，24 h后测定试样的经、纬向尺寸。取三块试样数据的算术平均值。

按下式计算热收缩率γ:

式中:LA——处理前经(纬)向的长度(mm);

LB——处理后经(纬)向的长度(mm)。

1.3 耐温力学性能试验

仪器:YG065电子式织物强力机及 DHG-9108A型电热恒温鼓风干燥箱。

参考标准:GB/T 3923.1—1997《纺织品 织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》。

试验方法:分别剪取滤料试样若干块，经向×纬向尺寸为20 cm×5 cm;将试样置于试验机的夹钳中，设定拉伸速率为 100 mm/min，隔距为200 mm，按标准分别测试各滤料经、纬向的断裂强力F0和断裂伸长率E0;其他试样分别置于200℃和250℃的高温烘箱内，经过24 h后取出，待冷却后按标准测定其断裂强力Fi。

按下式计算断裂强力保持率λi:

式中:F0——滤料初始断裂强力(N);

Fi——高温处理后滤料的断裂强力(N)。

1.4 耐酸性腐蚀试验

将滤料条样分别浸泡在室温和85℃下不同浓度的H2SO4溶液中，达到设定浸泡时间后分别取出，进行清洗、烘干、冷却，然后测定其断裂强力、断裂伸长率等力学性能指标。

1.5 抗氧化性能试验

将滤料试样分别浸泡在室温下的5%次氯酸钠溶液和室温下的5 g/L高锰酸钾溶液中，达到设定浸泡时间(24 h)后取出，分别进行清洗、烘干，冷却后测定其断裂强力、断裂伸长率等力学性能指标。

2 结果与讨论

2.1 尺寸稳定性

为了保证袋式除尘系统的长期稳定运行，要求袋式除尘用滤料具有优良的尺寸稳定性能。在实际运用中，滤袋的经向热收缩率会影响其在长度方向上的尺寸，这将直接影响袋底与袋笼底部的受力情况;而纬向热收缩率过大则会直接导致滤袋与袋笼之间的配合过紧，从而使得运行阻力增加［7］。热收缩率决定于滤料在制造过程中所用基布、纤维的特性，以及生产工艺、后处理工艺，尤其是热轧过程的质量。

表2为新型复合滤料(滤料A)与其他两种滤料(滤料B和滤料C)在200℃下的热收缩率比较。由表1可见，滤料A表现出了良好的尺寸稳定性，均在国家标准规定的要求范围之内(现行国家标准规定，要求滤料在连续工作温度下经过24 h后，其经、纬向的热收缩率应分别≤1.5%和≤1%);其他两种滤料在尺寸稳定性上的表现优于新型滤料，这主要是由滤料的材质决定的，滤料B和滤料C的基布构成材料都是玻璃纤维，而滤料A的构成材料是以有机高分子纤维为主。

表2 滤料在200℃下的热收缩率比较 (单位:%)

2.2 耐温力学性能

滤料的断裂强力可以表征滤袋的强度，是决定滤袋寿命的重要指标。本文主要测试了滤料在经过高温后的力学特性变化。图1为三种滤料在常温(T0)、200℃和250℃处理24 h后的力学性能。

图1 滤料强力保持率随温度变化曲线

如图1所示，随着处理温度的升高，三种滤料的强力保持率都呈下滑趋势，但下降幅度不同。滤料A在经、纬向上的强力保持率均在100%以上，在强度上表现出了优异的力学性能稳定性;滤料B在200℃也有较高的强力保持率，经、纬向的强力保持率均在100%，但在处理温度为250℃时，滤料B在经、纬向表现出较大差异，纬向强力保持率仍高达93%，而经向的强力保持率仅为62%;滤料C经、纬向强力保持率在三种滤料中下降幅度最大，在200℃时经、纬向强力保持率分别为76%和69%，而当处理温度达250℃时，经、纬向强力保持率分别仅为51%和30%。从强力保持率上看，滤料A和滤料B都在200℃的环境下有较高的保持率，但若遇到瞬时高温的冲击(如250℃)，滤料A的耐高温优势就显现出来。

2.3 耐酸性腐蚀性能

图2为三种滤料在酸性条件下腐蚀24 h后的力学性能变化情况。由图2可知:滤料A在室温和85℃两种温度下，经、纬向断裂强力保持率基本不变，均保持在95%以上;滤料B的经向断裂强力下降幅度最大，在室温下30%硫酸处理后断裂强力仅为初始值的11%，在85℃下10%硫酸处理后则下降至7%，在纬向上断裂强力保持率分别为24%和30%，可见在相同条件下硫酸溶液对其腐蚀作用最强;滤料C在室温硫酸腐蚀后经、纬向强力保持率基本一致，分别为38%和39%，在85℃环境下则分别下降至21%和18%。

图2 滤料在酸腐蚀环境下断裂强力保持率的变化曲线

2.4 抗氧化性能

滤料在电厂实际的运用环境中会遇到氧化的问题，为此对三种滤料分别用两种氧化剂进行了抗氧化性能试验，结果见表3。

表3 滤料在氧化剂腐蚀环境下的断裂强力保持率 (单位:%)

由表3可见，试验选取的两种氧化剂对滤料A的强力影响不大，而滤料B和滤料C在两种氧化剂中腐蚀后的强力保持率均低于滤料A。

3 结论

(1)新型高分子复合滤料在高温环境下，尤其是在250℃下的强力保持率具有明显的优势，均保持在100%以上，而在高温下尺寸稳定性上略差于另外两种对比的滤料，但仍在标准要求的范围内。

(2)在室温下30%硫酸溶液和85℃的10%硫酸溶液中，新型高分子复合滤料的强力保持率都保持在95%以上，明显高于其他两种滤料，表现出良好的耐酸腐蚀性能。

(3)在试验选取的两种氧化剂中，新型高分子复合滤料的经、纬向强力保持率均在90%以上，高于其他两种滤料，在抗氧化性能上也体现出了优势。

(4)综合比较结果说明，新型高分子复合滤料在耐高温、耐酸腐蚀和抗氧化性能方面均优于常用的玻纤滤料，适合在电厂烟气处理系统中应用。

［1］ 娄可宾，沈恒根，杜柳柳.燃煤锅炉用高温滤料研究与应用［J］.工业安全与环保，2007，33(4):16-19.

［2］ 沈恒根.燃煤锅炉袋式除尘器用新型滤料的研发及其应用［J］.建筑热能通风空调，2006，25(5):30-33.

［3］ 孙晋良，吕伟元.纤维新材料［M］.上海:上海大学出版社，2007:29-98.

［4］ 王明超，张佐光，孙志杰，等.连续玄武岩纤维及其复合材料耐腐蚀特性［J］.北京航空航天大学学报，2006，32(10):1255-1258.

［5］ 元新艳，沈恒根，王振华.芳砜纶过滤材料在高温烟气净化中的稳定性分析［J］.产业用纺织品，2010，28(7):27-30.

［6］ 朱平.玻璃纤维与 P84纤维混杂针刺毡高温滤材［J］.玻璃纤维，2004(6):22-24.

［7］ 柳静献，毛宁等.温度对PPS针刺毡滤料的影响研究［C］//2008(沈阳)国际安全科学与技术研讨会论文集.2008:317.