袋式除尘器用过滤材料及过滤袋介绍

第一章、袋式除尘器过滤理论简述第一节、过滤除尘原理惯性碰撞、拦截、扩散、重力和静电力等粉尘粒子的沉降机理是分析过滤除尘器滤尘机理的理论基础。过滤除尘器的滤尘过程比较复杂，一般来讲，粉尘粒子在捕集体上的沉降，即分离过滤，并非只有一种沉降过滤机理在起作用，而是多种沉降分离过滤机理联合作用的结果。根据不同粒径的粉尘在流体中的运动的不同力学特性，过滤除尘机理涉及到以下几个方面：1.1.1筛滤作用过滤器的滤料网眼一般为5～50μm，当粉尘粒径大于网眼或孔隙直径或粉尘沉积在滤料间的尘粒间空隙时，粉尘即被阻留下来。对于新的织物滤料，由于纤维间的空隙即孔径远大于粉尘粒径，所以筛滤作用很小，但当滤料表面沉积大量粉尘形成粉尘层后，筛滤作用显著增强。1.1.2惯性碰撞作用一般粒径较大的粉尘主要依靠惯性碰撞作用捕集。当含尘气流接近滤料的纤维时，气流将绕过纤维，其中较大的粒子(大于1μm)由于惯性作用，偏离气流流线，继续沿着原来的运动方向前进，撞击到纤维上而被捕集。所有处于粉尘轨迹临界线内的大尘粒均可到达纤维表面而被捕集。这种惯性碰撞作用，随着粉尘粒径及气流流速的增大而增强。因此，提高通过滤料的气流流速，可提高惯性碰撞作用。1.1.3拦截作用当含尘气流接近滤料纤维时，较细尘粒随气流一起绕流，若尘粒半径大于尘粒中心到纤维边缘的距离时，尘粒即因与纤维接触而被拦截。1.1.4扩散作用对于小于1μm的尘粒，特别是小于0．2μm的亚微米粒子，在气体分子的撞击下脱离流线，象气体分子一样作布朗运动，如果在运动过程中和纤维接触，即可从气流中分离出来。这种作用即称为扩散作用，它随流速的降低、纤维和粉尘直径的减小而增强。1.1.5静电作用许多纤维编织的滤料，当气流穿过时，由于摩擦会产生静电现象，同时粉尘在输送过程中也会由于摩擦和其他原因而带电，这样会在滤料和尘粒之间形成一个电位差，当粉尘随着气流趋向滤料时，由于库仑力作用促使粉尘和滤料纤维碰撞并增强滤料对粉尘的吸附力而被捕集，提高捕集效率。1.1.6重力沉降作用当缓慢运动的含尘气流进入除尘器后，粒径和密度大的尘粒，可能因重力作用而自然沉降下来(见表1-1)。表1-1为各种捕集机理作用的粒度范围．一般来说，各种除尘机理并不是同时有效，而是一种或是几种联合起作用。而且，随着滤料的空隙、气流流速、粉尘粒径以及其他原因的变化，各种机理对不同滤料的过滤性能的影响也不同。实际上，新滤料在开始滤尘时，除尘效率很低。使用一段时间后，粗尘会在滤布表面形成一层粉尘初层。滤料的空隙、气流流速、粉尘粒径以及其他原因的变化，各种机理对不同滤料的过滤性能的影响也不同。实际上，新滤料在开始滤尘时，除尘效率很低。使用一段时间后，粗尘会在滤布表面形成一层粉尘初层。如图1—1滤布的滤尘过程。由于粉尘初层以及而后在其上逐渐堆积的粉尘层的滤尘作用，使滤料的过滤效率不断提高，但阻力也相应增强。在清灰时，不能破坏初层，否则效率会下降。粉尘初层的结构对袋式除尘器的效率、阻力和清灰的效果起着非常重要的作用。第二节、过滤除尘器的性能考察过滤除尘器的性能主要涉及到过滤速度、除尘效率、过滤阻力和清灰方式等方面。1.2.1过滤速度过滤速度是影响过滤除尘器性能的主要因素之一。过滤速度用下式计算：v=Q/60×A式中v－过滤速度（表观过滤气速），m/分钟Q－过滤除尘器处理气量，m3/小时A－过滤除尘器滤料的过滤面积，㎡一般认为，气体通过过滤层的真实速度vp为：vp=v/εp式中vp－过滤通过过滤层的真实速度，m/分钟εp－粉尘层的平均空隙率，一般为0.8～0.95。在实际运行过程中，过滤速度是由滤料种类、粉尘粒径的大小、物理化学性质和其清灰方式等确定的。过滤速度大，会使滤料两侧的压差增大，把已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使过滤效率降低达不到规定的排放值或磨损滤料的单根纤维，尤其使玻纤滤料加速损坏。过滤速度小，则会增大除尘器的体积，从而增加投资。表1-2列出了袋式除尘器的过滤速度设计参考值。表1-2袋式除尘器的过滤速度设计参考值（m/min）粉尘种类清灰方式振打与逆气流联合脉冲喷冲反向吹风滑石粉、煤、喷砂清理尘、飞灰、陶瓷烧制粉尘、炭黑、颜料、高岭土、石灰石、砂尘、锡土矿、水泥(来自冷却器)、搪瓷烧制0.7～0.82.0～3.00.6～0.9及铁合金的升华物，铸造尘、氧化铝、球磨机排出的水泥、碳化炉的升华物、石灰、刚玉、安福粉及其他肥料生产，塑料、淀粉0.5～0.751.5～2.50.45～0.55炭黑、氧化硅、锡锌的升华物以及其他在气体中由于冷凝和化学反应而形成的气溶胶、化妆粉、去污粉、奶粉、活性炭、水泥等0.45～0.50.8～2.00.33～0.45烟草、皮革粉、混合饲料，木材加工的粉尘，粗植物纤维(木麻、黄麻等)0.9～2.02.56～0.6石棉、纤维尘、石膏、珠光石、橡胶生产粉尘、盐、面粉、研磨工艺中的粉尘0.3～1.12.5～4.51.2.2影响因素⑴提供需要的过滤－选择适当的滤布和气布比⑵获得最长的使用寿命－考虑织物、滤袋和袋笼的结构，气流速度，清灰方法及频率，系统合理的操作和维护。⑶提供相应的清灰方法：维持织物、滤布和尘饼系统合理稳定的压力降、耗费最少的能量。⑷气体和灰尘分布均匀：使每平方单位滤料的承载相同的粉尘，粒子尺寸分布和气流速度相等，形成均匀的滤饼，保持在所有面积上相同的过滤速度，这样可以保证最小的总体压力降和最长的滤袋使用寿命。⑸有效的从滤袋上除去灰尘：灰尘在过滤器上积聚以后，需要除去，进入收尘漏斗里。灰尘不能储留在漏斗里。漏斗体积的减少会导致气体和粒子速度的增大，并最终致使滤袋的损坏。第二章、用于制造过滤材料的各种有机、无机化学纤维的性能简述2.1几种有机化学纤维的性能和各自特点。2.1.1聚丙烯纤维（丙纶）特性：密度0.91g/cm3，断裂强度3.4g/d，极限氧指数19，热塑性纤维，与火会燃烧并滴落，能烧毛、压光。过滤性能：可在干燥条件下经受80℃的操作温度；瞬间使用温度100℃，软化温度150℃。耐酸碱性、耐水分很好，耐氧化性弱。在大多数情况下丙纶会因氧化而降解，这是聚合物的主要弱点。氧化侵蚀主要是由于氧气的攻击，通常因金属盐的转变而持续发生。氧来自外界空气或氧化物，如NO2。聚丙烯耐磨性好，弹性回复率高，还是一种优良的热塑性纤维，聚丙烯毡常用于熔炼厂的低温脉冲滤袋和化工、医药厂的脉冲滤袋中。聚丙烯专用于潮湿的场合，它受到只耐低温的限制。2.1.2聚酯纤维（涤纶）特性：聚酯纤维在常温下有很好的使用性能，是袋滤器中的主力滤料。密度1.38g/cm3，熔点256℃，断裂强度5.5g/d，极限氧指数22，热塑性纤维，与火会燃烧并滴落，能烧毛、压光。过滤性能：可在干燥条件下经受130℃的操作温度；连续在130℃以上工作会变硬；退色；发脆，温度也会使其强度变弱。于聚丙烯相比，聚酯在热衰变方面不敏感。热氧化发生的可能性需要在一定的温度范围内有较强的氧化物来损坏。聚酯损坏的最常见原因是受水蒸气的水解或水温升高，尤其是碱环境下的水解侵蚀。水解以及硫化氢；氨损坏了聚合物的主要结构，减少了织物的强度，最终导致织物损坏。气体中的水分含量和温度越高，水解造成的损坏越快，同时水解作用在强酸或强碱环境中会增强。2.1.3丙烯腈均聚体纤维（亚克力）在温度低于1250C时，显示出对有机溶剂、氧化剂、无机及有机酸具有良好的抵抗力。丙烯腈均聚体不会水解，因此在低温而有化学腐蚀及潮湿的场合用来取代聚酯。而丙烯腈的共聚物则不耐水解，所以在过滤用途中不能用它来取代均聚体。2.1.4PPS纤维（聚苯硫醚）特性：密度1.38g/cm3，断裂强度5.0g/d，极限氧指数34，是结晶性高性能热塑性工程塑料，具有耐热、耐化学性、阻燃性等特性。过滤性能：可在190℃的温度下连续使用，瞬时温度可达200℃（每年累计400小时以下）；耐化学性非常好，是抗酸碱性很强的纤维；其缺点是抗氧化性较差，要求O2含量小于14%(Vol)、NOX小于600mg/Nm3，在使用中，含氧量越高，所使用的温度就要越低。PPS滤料具有较强的抗腐蚀功能和很好的尺寸稳定性，在集尘和清灰方面具有优良的性能。典型用途是市政废物焚烧炉、公用工程锅炉、烧煤锅炉、医院焚烧炉、热电联产锅炉上用的脉冲袋滤器。也可用它来取代别的经不住高温或存在化学品及不耐潮湿的合成纤维。2.1.5间位芳香族聚酰胺纤维主要有美国杜邦公司的Nomex®，日本帝人公司的Conex®和中国的烟台芳纶等。特性：密度1.3g/cm3，断裂强度4.9g/d，极限氧指数29，是非热塑性纤维，不自燃也不助燃，它在高温状态下如371℃只会碳化或分解成小分子，不会象一般热塑性纤维会突然软化，所以不能压光，但可烧毛。过滤性能：可在干燥条件下经受200℃的操作温度；是水解性纤维，当高温和遇有机化学成分及水分时会很快水解而损坏；在水分浓度为10%及弱酸性和中性环境下可适用于190℃的操作温度，而使用寿命也可达二年；若水分浓度增加到20%使用寿命要达到二年则需要降低温度到165℃以下，若仍在190℃使用寿命只有半年多。它特怕SOX侵蚀，因此在使用含硫煤的电厂中往往不能应用。在水分浓度为10%时，若温度为120℃,SO2含量为50～400ppm,强度保留率为58%,若温度升到180℃,SO2含量为50ppm，强度保留率为30%。SO2含量为400ppm，强度保留率仅5%。故在有水汽和SO2时不宜使用。Nomex®，Conex®和国产芳纶纤维在使用性能上差别不大，用其制成的针刺过滤材料主要应用在烟气温度较高的工况，如沥青混凝土搅拌沥青烟气、耐火砖窑炉烟气、焦化烟气等。2.1.6P84纤维（聚酰亚胺）特性：密度1.40g/cm3，极限氧指数38，是不规则的三叶瓣形截面，增加了过滤的表面积；具有突出的耐高低温性、难燃性、电绝缘性和耐辐照性。过滤性能：可在260℃以下连续使用，瞬时温度可达280℃（每年累计小于200小时）；有一定水解性，建议使用在水汽含量小于35%(Vol)的环境中；有一定抗氧化性，建议在烟气中O2含量小16%(Vol),NOX小于600mg/Nm3;SOX会使滤料寿命降低，建议SOX含量小于700mg/Nm3。P84滤料及P84/玻纤复合滤料具有较好的耐温性，难燃性等性能，已广泛地应用于钢铁高炉煤气净化、电石炉收尘、电站燃煤锅炉、城市垃圾焚烧炉等工业的高温烟气过滤，并取得了很好的效果。2.1.7PTFE（聚四氟乙烯）纤维及覆膜滤料特性：聚四氟乙烯是一种具有独特分子结构即结构完全对称的中性高分子化合物。特殊的结构使其具有良好的热稳定性、化学稳定性、绝缘性、润滑性、抗水性等。过滤性能：耐高温，使用温度范围广，可在260℃(高温下长期连续使用，瞬间温度可达280℃;化学稳定性强，耐腐蚀；自润滑性良好，摩擦系数极低，过滤磨损很小；PTFE膜的表面张力很低，具有很好的不粘性和拒水性。PTFE覆膜滤料可实现表面过滤，这是由于PTFE覆膜滤料是微孔结构，表面无直通孔，使粉尘不能通过膜的表面进入到膜的内部或基材中，从而只有气体通过而将粉尘或物料截留在膜的表面。目前，覆膜滤料已广泛应用于工业除尘、精密过滤等众多领域。2.2几种无机化学纤维的性能和各自特点。2.2.1玻璃纤维织物特性：玻璃纤维是一种无机纤维，它是将玻璃料在1300～1600℃的温度熔化后，从熔融态抽丝并迅速淬冷而制成的。密度2.54g/cm3，原丝抗拉强度在160～275kg/mm2。按成分的不同分为A玻璃、C玻璃、E玻璃、和S玻璃等。玻璃纤维最突出的特点是耐高温，尺寸稳定性好，拉伸断裂强度高。玻璃纤维在耐化学侵蚀方面，除了氢氟酸、高温强碱外，对其他介质都很稳定。玻璃纤维缺点是耐折性较差，一般不在振荡或脉冲系统上使用。过滤性能：玻璃纤维可用于260℃（中碱）/280℃无碱）的工况条件下长期使用，瞬间温度可达350℃；耐腐蚀性强；尺寸稳定性好，在280℃，其收缩率为0；拉伸断裂强度高、拉伸断裂伸长率小。2.2.2高硅氧纤维高硅氧耐火纤维是一种耐高温无机纤维，其二氧化硅(SiO2)含量高于96%，软化点接近1700℃，在