摘要：针对大气污染物排放浓度标准的日益严格，本文介绍一种新型超细梯度结构滤料，通过研究实际电厂粉尘粒径，针对性选用标准粉尘，模拟分析现场工况对新型超细梯度结构滤料的过滤性能特点，并同覆膜滤料和普通PPS滤料进行对比。最后介绍了其在内蒙古某电厂以及河南某电厂实际工程中的使用情况，具有良好的应用效果和推广意义。
关键字：梯度结构;表层过滤;排放浓度
前言
近年来，我国电力、水泥、钢铁、有色金属、化工等行业发展迅速，产能先后位居世界第一;由此带来的大气污染问题也日益突出[1]。随着“雾霾”天气现象在我国中东部地区大范围出现，反映了大气污染治理迫在眉睫。2013年9月，国务院在《大气污染防治行动计划》(简称大气污染防治“国十条”)中提出，中国地级及以上城市的可吸入颗粒物浓度到2017年要比2012年下降至少10%。并且多次修订大气污染物排放标准，现行大气污染物排放标准与《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)的规定相比对电厂、钢铁、水泥三大颗粒物重污染行业提出了更为严格的排放标准，普遍为30~50 mg/m3，而且逐步对现有企业和新建企业均执行统一的排放控制限值[2]，其中重点污控区的烟尘允许排放浓度标准更加严格。
随着人们对于环保意识的加强以及新环保法的制订与实施，我国燃煤发电厂要走近零排放的路径基本确定，自发地做近零排放以及超低排放改造的企业也越来越多。可以预见袋式除尘技术将会成为微细颗粒物治理设备的主流[3,4]，滤袋作为袋式除尘器的核心部件，具有除尘效率高、适应性强、运行稳定可靠，便于回收物料等优点。实际经验证明，经过传统滤料结构的滤袋除尘后，其粉尘浓度一般都在 30 mg /Nm3左右;然而对于近零排放或超低排放，传统的滤袋已经满足不了使用要求，需要更加精细的滤料结构来进一步提高过滤精度、降低烟尘排放浓度。因此，开发和探索新型滤料结构替代传统滤料结构形式已显得尤为重要。
1新型超细梯度结构滤料简介
传统的滤料采用面层、基布层和底层三层的夹心对称结构，通过针刺或者水刺作用形成紧密的滤料结构，过滤方式多为深层过滤;在实际工作中，滤料过滤含尘烟气时，粉尘粒子能够进入滤料内部，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等[5]效应细微粒易于堵塞纤维之间的孔隙，使得除尘器的阻力上升增加，粉尘残留率较高，清灰频率较频繁。
新型超细梯度结构滤料采用纤度/密度分级组合的梯度结构：表层过滤层由超细纤维形成致密层、迎尘层填充有普通纤维层，中间层为高强低伸基布，里层为易于空气通过的粗孔层;从内而外里层、基布、迎尘层、致密层形成纤度梯度结构。该梯度层状结构的设计有利于滤饼形成，依靠滤料表层的超细纤维层对粉尘进行截留，只有少数细微颗粒会进入滤料内部，但由于滤料内部“喇叭状”的特殊结构，这些颗粒不会在内部停留，将被气流直接带走，使滤料过滤精度高且保持较大的透气量，提高粉尘的捕集效率，降低设备运行阻力。
覆膜滤料一般为表面过滤。薄膜微孔孔隙与烟气粉尘粒径相当，能够阻挡粉尘当中的微细颗粒物，起到粉尘初层的作用，主要优点在于PTFE膜表面光滑使得粉尘颗粒的捕集效率高，过滤精度高，清灰效果好[6];主要的缺点在于PTFE膜的孔隙小，其过滤阻力大，实际工作中过滤风速不能过高，并且对滤料基材的要求较高，同时PTFE膜在运输、安装中容易脱落、破膜;因此，膜的质量和覆膜技术决定了滤料的性能及使用寿命[7]。
作者：徐辉 杨东 刘江峰 周冠辰 朱朋飞(单位：元琛科技)
2过滤性能对比
2.1实验粉尘的准备
根据图2-1、图2-2所示，实验粉尘选用的Al2O3粉末直径在3.122μm以下的微细颗粒物占50%，直径在17.77μm以下的粉尘颗粒占90%;某电厂的粉尘颗粒直径在8.074μm以下的占50%，直径在38.90μm以下的粉尘颗粒占90%。
这表明为了达到我们实际的测试效果，我们选用实验用粉尘粒径明显低于电场实际粉尘颗粒大小，对于通过实验的测试条件来更好的模拟现实工况的排放状况。
2.2 过滤阻力对比
过滤性能测试中，VDI老化阶段，测试条件为定时喷吹，即10000次5s间隔喷吹，对应实际使用过程中“粉饼层”形成的过程。下面通过对比三种不同滤料阻力上升曲线，分析各自的阻力特性。
由图2-3可以看出，对于覆膜滤料来说，由于实现表面过滤，空隙较小，阻力一直比较稳定，但是阻力比较高;而对于普通滤料上来说，由于采用的是普通纤维，随着粉尘颗粒的渗入，阻力一开始稳定上升，后期增长速度较快，趋于上升态势，表明后期会使滤料的清灰性能降低，导致清灰阻力增加;而对于超细纤维滤料来说，前期由于粉尘的渗入阻力上升比较明显，但是由于超细纤维的加入，滤料孔径较小，阻力上升趋缓，最终趋于稳定，可以看出超细纤维的加入改善了滤料的密实度，有效阻止粉尘的渗入，降低阻力。
2.3排放浓度对比
由三种滤料老化后30次定压喷吹过滤性能数据，表2-1可以看出，对于覆膜滤料来说，老化后过滤效率和排放浓度最高，但是残余压降较大，由于其滤料表面覆膜，膜孔径较小，实现表面过滤的原因;普通滤料排放浓度和过滤效率最小，最后的压力最大，主要原因是滤料孔径较大，随着时间的推移，粉尘不断渗入，导致排放浓度大，清灰阻力大;而对于超细滤料来说，排放浓度和过滤效率都比较显著，同时阻力最小，超细滤料相对于覆膜滤料来说，不会像覆膜滤料出现裂膜和破膜的现象，使用风险较小，使用寿命较长。
3工程案例
3.1内蒙古某电厂
内蒙古某电厂600MW机组除尘器入口烟气量为220万m3/h，含氧量4-6%之间，长期运行温度在110℃-130℃之间，燃煤中灰分含量为18%左右，硫份含量在1%左右，原先采用普通混纺滤料，除尘效率不高，排放浓度在49.84 mg/Nm3。2014年对除尘器进行增效改造，采用超细面层梯度滤料进行布袋更换后，实测排放浓度为4.5mg/Nm3，并且系统运行阻力维持在1200Pa以下。
3.2河南某电厂
河南某电厂630MW机组除尘器实际运行负荷为480MW，含氧量在8.3%左右，长期运行温度在90℃-120℃之间，燃煤中灰分含量为16%左右，硫份含量在2%左右，原先也是采用普通混纺滤料，排放浓度在38.72 mg/Nm3。2015年，除尘器采用超细面层梯度滤料进行布袋更换后，超细面层由30%超细PPS纤维钩连而成，实测排放浓度为7.0mg/Nm3，并且系统运行阻力维持在400Pa以下。
4结语
综合对上述3种滤料进行过滤性能对比分析测试，可以看出，该非对称结构梯度滤料通过建立模型创新设计滤料纤度/密度组合梯度结构，实现过滤“高效、低阻”，过滤效率达99.9958%，略低于覆膜滤料，远远高于普通混纺滤料，并且具有孔径分布集中、孔隙率大、密实度大、孔径小等有利于过滤超细粉尘颗粒的特性，实现由传统滤料“深层过滤”到“类表面过滤”的转变，可满足目前部分电厂要求的超低排放(排放浓度低于10mg/m3)和超净排放(排放浓度低于5mg/m3)的要求，大大改善了排放烟气的质量，具有广阔的应用前景。
参考文献：
[1] 中华人民共和国环境保护部. 中国环境状况公报( 2001-2007)[M].
[2] 中国环境保护产业协会袋式除尘委员会. 2013 年发展综述[R]. 袋式除尘行业, 2015. 1-13
[3] 新井纪男. 热解生成物的发生与抑制技术[M].赵黛青,等,译.北京:科学出版社，2001: 481-492.
[4] 桑亮,孙体昌,杨景玲,等.袋式除尘器的发展及其在高温条件下的应用[J].安徽化工,2006,32(2) : 61-63.
[5] 张殿印, 张学义. 除尘技术手册[M]. 北京: 冶金工业出版社,2002
[6] 商春礼.覆膜滤料的除尘机理及应用[J].冶金环境保护,2001,(1):49-51
[7] Jeffrey S. Dugan, Edward C. Homonoff. Advances in fiber in fiber technology for high performance filtration[C]. The 4th China Internation Filtration Conference. Shanghai China, 2006, 11
作者：徐辉 杨东 刘江峰 周冠辰 朱朋飞(单位：元琛科技)
