通过对不同大小机组的燃煤电厂袋式/电袋复合除尘器用聚苯硫醚滤料样品使用工况、机械性能及FT-IR、DTA、SEM等分析，结果表明聚苯硫醚滤料在燃煤电厂烟气SO2含量超过1500mg/m3的工况下应用时，其失效具有一定规律性可循，与机组大小、除尘器类型无关;通过对比烟气温度与酸露点温度的关系，推测烟气温度频繁低于酸露点温度运行时，因酸结露产生的SO3将PPS氧化，甚至发生磺化反应。
前言
袋式/电袋除尘器由于除尘效率高、可有效控制PM2.5 微细颗粒物，在燃煤电厂得到越来越广泛的关注和应用。国外在燃煤电厂袋式/电袋除尘器上成功使用的滤料主要为聚苯硫醚(下称PPS)滤料[1,2,3]。由于PPS有良好的耐热性能和耐化学腐蚀性能，因此，PPS滤料不但可耐160℃烟气温度，而且特别适宜于酸性烟气过滤[4,5]。根据国外滤料使用经验，国内燃煤电厂袋式/电袋除尘器滤料选用亦以PPS滤料为主，该类滤料在燃煤电厂的应用有成功也不乏失败的案例[6,7]。研究PPS滤料在燃煤电厂袋式/电袋除尘器上的失效规律，有效避免因选型不当造成破袋损失具有重要的应用价值。本文通过采集国内不同大小机组(分别为200MW以下、200~300MW、300MW以上三大类)的燃煤电厂共计15个PPS滤料样品，为了排除NOX的影响，选择的电厂均具有SCR脱硝系统并正常投运。通过样品横向强力测试(滤袋在运行中，受喷吹清灰影响，横向强力代表着其机械性能的变化)、傅立叶红外光谱分析(FT-IR)、差热分析(DTA)、电镜扫描观察(SEM)等手段探究PPS滤袋在不同烟气条件下的使用情况，以期获得PPS滤料的失效规律，剖析PPS失效的原因。
1、实验部分
1.1样品
PPS滤袋样品，分别取自15个不同大小机组燃煤电厂，1#～5#为来自机组负荷200MW以下的燃煤电厂，6#～10#为来自机组负荷200MW～300MW的燃煤电厂, 11#～15#为来自机组负荷300MW以上的燃煤电厂
1.2主要测试仪器
电子织物强力机，YG026C型，常州纺仪;扫描电镜(SEM)，HBS-100A型，上海田京;全自动微机DTA-TG热分析仪，ZCT-A型，北京精仪高科;傅立叶红外光谱仪(FT-IR)，WQF-510型，北京瑞利仪器。
2、结果与讨论
2.1不同大小机组燃煤电厂工况及PPS滤料样品机械性能分析
Tab. 1～Tab. 3为不同大小机组燃煤电厂项目工况及PPS滤袋使用情况，工况规律性按不同大小机组由SO2含量低到高排列。不同大小机组燃煤电厂PPS样品的横向强力如Fig.1～Fig.3，通过对比发现，PPS横向强力的变化随着SO2含量的增加呈现规律性下降，与机组大小、除尘器类型无关。
2.2不同大小机组燃煤电厂PPS滤料样品FT-IR分析
Fig.4～Fig.6分别为不同大小机组燃煤电厂PPS滤袋样品FT-IR谱图，通过对比可以发现，1#、6#、11#样品FT-IR谱图与未使用的PPS谱图基本保持一致，未发现PPS被氧化的吸收峰，表明这3个样品PPS化学结构未发生变化。而其它12个燃煤电厂PPS样品FT-IR谱图上均出现了1317~1321 cm-1、1155~1159cm-1归属于砜基-SO2-的伸缩振动峰，1036~1038cm-1归属于亚砜基-SO-的伸缩振动峰[8]，说明PPS分子结构中与苯环连接的S原子有O引入，即PPS被氧化;且在3#、4#、5#、8#、9#、10#、14#、15#样品的FT-IR谱图上还可以发现1117~1120cm-1处出现归属于磺酸基-SO3H的伸缩振动峰[8]，即推测PPS苯环上氢被磺酸基-SO3H取代;上述FT-IR谱图特征说明12个电厂的PPS样品均受到氧化腐蚀，随着SO2含量的升高，氧化较严重的样品发生磺化反应。
2.3不同大小机组燃煤电厂PPS滤料样品DTA分析
Fig.7～Fig.9分别为不同大小机组燃煤电厂PPS滤袋样品进行DTA曲线，可以发现类似横向强力变化的规律，即随着SO2含量增加，PPS熔点呈明显的下降趋势，与机组大小、除尘器类型无关。从FT-IR谱图分析，PPS因被氧化，改变了其分子结构，导致热性能发生变化[9]。
2.4不同大小机组燃煤电厂PPS滤料样品SEM分析
Fig.10～Fig.12分别为不同大小机组燃煤电厂PPS滤袋样品进行SEM照片，1#、6#、11#因PPS没有发生明显化学变化，纤维表面光滑完好，而受氧化的PPS纤维呈现刀割裂痕，且随着SO2含量增加，裂痕越趋明显，说明纤维受损越严重。
2.5燃煤电厂PPS滤料失效规律性分析
根据上述三大类不同大小机组PPS滤料的使用情况，工况参数、样品测试数据等进行分析对比，可以得出PPS滤料在燃煤电厂的应用过程中失效具有一定的规律性可循，如下逐一进行分析。
2.5. 1工况参数的相似性
燃煤锅炉烟气的主要工况参数有烟气温度T、O2含量、SOx含量、NOx含量等，由于此次采集的电厂均装有SCR脱硝系统且正常投运，故NOx对PPS的影响可忽略不计，如Fig.13可知，15个电厂O2含量基本都低于8%，据文献报道[10,11,12]，含氧量8%是PPS滤料安全运行的分界线，因此，O2不影响PPS滤料的正常使用。
基于以上分析，烟气温度T、SOx含量之间的关系与PPS滤料失效必然存在一定的内在联系。我们知道烟气中SOx主要含SO2，该气体在一定条件下氧化生成SO3，转化率据文献报道一般在0.1%~3%之间，SO3结合烟气中的H2O，形成H2SO4蒸汽，其浓度越高，酸汽露点(即凝结温度)相对增高，烟气中的H2SO4蒸汽在烟气温度下降到酸露点后，就会凝结成液体浓H2SO4，液体浓H2SO4与烟气中的飞灰粘合便附着在滤袋上，在液体浓H2SO4中，H2SO4分子之间发生脱水反应，反应方程式如下式1，正是反应又产生了SO3显示出强的氧化性，导致PPS滤料被氧化，甚至磺化。
2H2SO4H2SO4˙H2O+SO3 ( 式1)
因此，燃煤烟气温度与酸露点的关系是影响滤料失效的关键，贾明生,凌长明等[13]利用Müller 曲线(如Fig.14)拟合出酸露点的计算公式2。
T酸露点=116.5515+16.06329lgVso3+1.05377(lgVso3)2(式2)
由于烟气中参数都具有一定的波动性，且酸露点的影响因素众多，对于以上15个电厂烟气酸露点温度计算时，SO2转化为SO3的转化率按0.1%、1.5% 、3.0%计算，得出不同转化率下的酸露点温度T0.1.T1.5、T3.0，并与烟气温度T进行对比，如图15所示。对比结果表明，1#、6#、11#运行温度基本都高于3种转化率下的酸露点温度，且SO2含量均不高于1500mg/m3，而其它12个电厂运行温度T在T0.1与T1.5之间，都低压T3.0，表明运行温度T时常穿越酸露点，随着SO2含量的增加，酸露点温度升高，PPS滤料受氧化的程度也随之加深。
3、结论
通过不同大小机组燃煤电厂 15个PPS样品的分析结果比对，可以得出如下PPS滤料失效特征的规律性：
烟气中SO2含量低于1500mg/m3是PPS长期稳定运行的重要条件之一;
PPS滤料机械性能随SO2含量增加呈下降趋势;
FT-IR谱图分析中，PPS分子链上的S被氧化成亚砜或砜，随着反应程度的加深，出现归属于磺酸基-SO3H的伸缩振动峰;
从DTA曲线可以看出，PPS被氧化后熔点呈下降趋势，且随着反应程度的加深，熔点下降幅度越大，熔点峰变宽;
SEM微观形貌观察发现，PPS被氧化后纤维出现开裂分叉，随着反应程度加深，纤维呈竹节式“刀割裂痕”;
在不同大小机组燃煤电厂，袋/电袋除尘器中的PPS滤料的失效主要原因归属于烟气温度时常穿越酸露点，酸结露产生的SO3对PPS 具有强氧化性作用，甚至发生磺化反应。
(本文作者：蔡伟龙，张静云，郑智宏)
