摘 要：分析某水泥窑尾项目运行梯度后抽检的PI(PTFE基布)滤袋的性能，结果证实PI(PTFE基布)滤袋在满足水泥窑尾项目4年正常运行的条件下，仍具有有效的机械强力，且过滤性能保持良好。
关键词：PI滤袋;PTFE基布;水泥窑尾
0引言
随着国民经济的迅速发展和“十二五”节能减排要求，国家对于水泥生产环保要求不断提高，《GB/T4915-2013水泥行业大气污染物排放标准》明确规定了水泥生产线窑头窑尾的粉尘排放浓度不超过30mg/m3，重点地区须控制在20mg/m3以下[1]。滤袋作为袋式除尘器的核心，烟气的温度、粉尘浓度等理化特性会对滤袋性能产生重要影响，因此，滤袋的选型对于除尘器的使用寿命以及粉尘排放控制都有至关重要的作用。水泥窑尾产生的废气含尘浓度达到40~80g/m3，含水量在10%以上，烟气温度较高长期温度在200℃左右，瞬时冲击温度可以达到260℃[2]。针对此高温、高湿度烟气的收尘，要求滤袋必须具备良好的耐高温、耐氧化和优异的过滤性能。
聚酰亚胺(简称PI)纤维不仅耐氧化性能、耐温性能(可以承受260℃高温)优异[3-6]，而且还能耐盐酸、硫氧化物、氮氧化物的腐蚀;PI纤维具有不规则的叶片状截面，因此比一般圆形截面增加了80%的表面积，制成的PI滤料具有很好的过滤性能[7,8];PI滤袋做为水泥窑使用较多的滤袋之一，目前对其在窑尾袋尘器应用过程中性能变化的研究较少，本文将通过工程应用跟踪及实验分析来探究PI(PTFE基布)滤袋在窑尾除尘上的性能变化趋势，研究其在水泥窑尾除尘器使用寿命。
1实验部分
1.1实验样品
四川某水泥窑尾运行2、3、4年时抽取的PI(PTFE基布)滤袋样品，除尘器入口粉尘。
1.2主要仪器
YG026C型电子织物强力机;扫描电镜(SEM，上海田京);马尔文激光粒度分析仪MS2000;YG461E-Ⅲ型全自动透气量仪;GYS-2QDM视频显微镜。
1.3实验方法
织物克重、强力、透气性能分别按GB/T4669、GB/T3923.1、GB/T5453等标准测试;SEM观察微观形貌;视频显微镜观察横截面(SDC扫描);MS2000测试粉尘粒径分布情况。
2 窑尾除尘器工况参数与PI滤袋应用情况
表2-1为四川某项目4600t/d水泥生产线窑尾的工况参数表。如表中所示，该项目烟气量为860000m3/h，烟气正常温度为130~230℃，瞬时温度高达260℃，说明该水泥窑尾烟气具有温度高、流量大的特点。针对此水泥窑尾的特殊工况，特选用耐温性能和过滤性能优越的PI(PTFE基布)滤袋。
表2-2该项目袋式除尘器的运行工况表。如表中所示，袋式除尘器在运行过程中，系统采用定时脉冲喷吹清灰的方式，运行压差保持在较低的水平(600-800Pa)，排放浓度低于国家排放标准要求的66.7%。
3 结果与讨论
3.1项目粉尘粒径分布情况
图3.1为除尘器入口粉尘的粒径分布图。如图所示，该项目粉尘整体比较细，主要集中分布在0~30μm的范围内;PM2.5(粒径小于2.5μm的颗粒)占粉尘总体积的30%左右;PM10(粒径小于10μm的颗粒)达到85%;95%以上粉尘的粒径小于30μm。因此滤袋必须具备高过滤精度，低阻的性能，才能满足高要求过滤效率。
3.2 PI纤维的微观形貌及PI(PTFE基布)滤袋结构
图3.2为PI(PTFE基布)滤袋的结构图。如图所示，标注1为PI纤维构成的面层纤维层，标注2为PTFE基布层。PTFE基布具有良好的耐高温和耐酸碱腐蚀性能，可以一定程度上弥补PI纤维不耐碱的劣势。面层PI纤维具有不规则的叶片状横截面(如图3.3所示)，具有较高的比表面积，提高了过滤面积;同时不规则的横截面又提高纤维间的缠结力，使滤毡结构更加密实。因此，PI(PTFE基布)滤袋的独特结构使其可以达到良好的捕集微细粉尘的效果，适用于水泥窑尾粉尘较细的特殊工况。
3.3运行过程中强力跟踪情况
表3-1、图3.4均为不同时期取出样品的拉伸强力的对比情况。如图3.4所示，随滤袋运行时间的增长，横纵向断裂强力虽有不同程度的衰减，横向强力的衰减速率大于纵向;拟合近4年滤袋强力保持率情况(如图3.5所示)，横向断裂强力的保持率曲线为y1=-12.182x+100，将滤袋使用寿命的极限值300N(保持率25.37%)带入公式中，计算结果显示正常工况下该滤袋理论机械寿命期限可以达到6.13年。
3.4 运行过程中过滤性能跟踪情况
表3-2、图4.6为不同时期取出的样品清灰后的透气量对比情况。如图所示，随滤袋运行时间的增长，透气量值先衰减后逐渐趋于平稳，主要表现是运行2年时透气量值衰减达到较大，透气量值保持率在80%左右，运行2~4年的时间内透气量保持率趋于稳定在77%~82%之间，满足过滤性能对透气性的要求。
图4.7为待测样品的横截面(SDC扫描)图片。如图所示，运行时间达到2年、3年、4年时抽检滤袋的横截面均比较干净，粉尘被正常截留在迎尘面表层，说明PI(PTFE基布)滤袋的密实度比较好，在长期脉冲喷吹等机械劳损作用下，仍可以达到良好的捕尘效果。
5 总结
综上，对PI(PTFE)滤袋的微观形貌以及在四川某水泥窑尾项目上分别投运2、3、4年后的各项性能跟踪情况，可得到如下结论。
(1)PI(PTFE)滤袋所采用PI纤维具有不规则叶片状横截面，增大纤维过滤比表面积及纤维间的缠结力，更适合与过滤微细粉尘，满足水泥窑尾袋式除尘器粉尘排放浓度20mg/m3甚至10mg/m3以下排放要求;
(2)随滤袋运行时间的增长，纵向强力变化幅度小，横向强力的衰减远大于纵向，拟合结果显示
在同样工况条件下，该滤袋的机械寿命期限是可达6.13年;
(3)滤袋透气量基本维持在77%~82%的平稳状态，过滤效果尚佳，SDC扫描图片显示滤袋未发生粉尘渗透，说明经过4年的使用，PI滤袋整体的密实度保持良好，对微细粉尘过滤效率高。
参考文献
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[8] 王作
