玻纤覆膜滤料的玻纤覆膜
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发布时间：2022-05-18 19:49
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时间：2023-10-28 06:19
2.1简述
与普通玻纤滤料通过粉饼层过滤的深层过滤机理不同，覆膜滤料主要是通过微孔ePTFE薄膜进行的表面过滤。图1为普通玻璃纤维滤料与玻纤覆膜滤料两种不同过滤机理的示意图。微米级的孔径，使得玻纤覆膜滤料几乎能截留含尘气流中的全部粉尘，具有极高的过滤效率（见图2）。另外由于聚四氟乙烯的自洁、憎水的特性，覆膜滤料易清灰，同时粉尘不会深入滤料内部，因而能在不增加运行阻力的情况下保证气流的最大通量，是理想的高温烟气过滤材料。
2.2应用范围
玻纤覆膜滤料作为玻纤滤料的升级换代产品，几乎普通玻纤滤料能够应用的场合、玻纤覆膜滤料均可以替代应用。具体的应用场合包括：水泥行业的旋窑窑尾、烘干机等袋收尘器；铁合金行业收集硅铁粉、钛白粉及电石炉袋收尘器；炭黑行业收集炭黑，电厂燃煤锅炉、垃圾焚烧炉以及钢铁厂高炉煤气净化等等。
从袋收尘器的角度来说，玻纤覆膜滤料不仅可以应用于反吹清灰形式的袋收尘器，也可以应用于脉冲清灰袋收尘器。过去，普通玻纤织物滤料由于耐折、耐磨性能相对较差，因而很少在脉冲清灰方式的袋收尘器上应用。而覆膜滤料由于粉尘剥离性能好，运行过程阻力低，清灰频次可以大幅降低，从而使得玻纤织物覆膜滤料能够在脉冲袋收尘器获得很好的使用效果。另外，玻璃纤维针刺毡覆膜滤料以及玻璃纤维与耐高温化纤复合针刺毡覆膜滤料的研制成功，对于脉冲除尘器用户来说，也增加了更多的选择。
除了对于新建收尘器用户，玻纤覆膜滤料是高温领域收尘最理想的选择之外；对于已建的收尘器用户来说，如果在生产工艺上需要通过增加收尘器通风量来提高产量，或者希望提高滤料的使用寿命、延长滤袋的更换周期从而减少除尘器维护的工作量，那么玻纤覆膜滤料也是最佳的选择之一。由于玻纤覆膜滤料运行阻力较低，较普通玻纤滤料低40%～75%（玻纤覆膜滤料与普通玻纤滤料阻力比较示意图见图三），在同等条件下，可以使得收尘器通风量至少提高15%以上。因而系统设备无需改造即可达到提高产量的效果。
2.3发展趋势
随着化学及材料工业科技水平的不断提高，新型耐高温合成纤维的发明，使得过滤材料也逐渐进入多元化发展的时代。从长远来看，如P84、PTFE等有机合成材料由于兼具了普通合成纤维滤料的优点及耐高温、耐腐蚀、稳定性好等性能，因而将是过滤材料的主要发展方向。但由于原材料垄断及价格昂贵等因素，耐高温合成纤维在短期内无法获得更为普遍的应用。而玻纤覆膜滤料将在至少十年以上的时间内，仍然是高温过滤材料的主要发展方向。尤其在我国，随着这些年的国产覆膜滤料的研制成功，进口玻纤覆膜滤料的价格也有较大幅度的下降，将逐渐替代普通玻纤滤料，在高温烟尘治理领域获得更为广泛的应用。
3 玻纤覆膜滤料生产技术及检测方法
3.1 玻纤覆膜滤料生产的技术关键
覆膜滤料主要是在普通滤料的表面复合一层厚度为微米级的膨化微孔聚四氟乙烯薄膜（ePTFE），其生产技术的关键包括玻纤基材的表面处理、微孔聚四氟乙烯薄膜的拉制以及复合工艺技术。
玻纤覆膜滤料的复合工艺一般分为高温热压复合和粘结剂法复合两种。粘结剂法复合是采用合适的粘结剂在玻璃纤维织物和膨化微孔聚四氟乙烯薄膜之间交联固化使二者连成一体。其最大的缺点是复合强度差，特别是在高温烟气过滤过程中，粘结剂易老化变脆或者融化，ePTFE薄膜就会与玻纤织物脱落而分离；另一方面，由于粘结剂的存在，堵塞了ePTFE薄膜的部份微孔，从而使玻纤覆膜织物透气性变差，无法满足大型袋滤器大风量、长寿命的使用要求。高温热压法复合技术要求高、难度大，国外公司都采用此法。其成型原理是先用聚四氟乙烯对玻纤织物进行表面化学处理，然后与微孔聚四氟乙烯薄膜一起在高温热压复合机中经过一对高温热压辊，使玻璃纤维织物和膨化微孔聚四氟乙烯薄膜在高温高压下复合成一个整体。这样生产的玻纤覆膜滤料复合强度高，透气性能好,高温下不会出现脱膜或者微孔堵塞现象,其使用寿命可大大延长。因此，采用高温热压复合技术是玻纤覆膜滤料生产的最佳选择和必然趋势。
由于无机玻璃纤维属于极惰性材料，不像普通化学纤维可以通过热融的方法与ePTFE薄膜进行结合。因此，玻纤基材的表面处理是高温热压复合工艺的保证之一，只有经过特殊的表面处理，才能保证均为惰性材料的无机玻璃纤维与有机聚四氟乙烯薄膜之间能够牢固、高效的结合。
微孔聚四氟乙烯薄膜（ePTFE）是覆膜滤料优良性能的主要载体，它的性能好坏，直接影响到最终制品的性能。ePTFE薄膜采用双向拉伸工艺进行生产。过去ePTFE薄膜的生产技术主要被国外如Gore、Tetratec等几家公司所垄断；近年来，我国不少企业均研发并生产出了产品，但总体技术水平与国外先进水平相比，仍然存在一定的差距。主要体现在薄膜的厚度薄、强度差。从ePTFE薄膜的生产技术来讲，薄膜的厚度与透气率两个指标是个很难协调的一对矛盾，国内生产商往往通过降低薄膜厚度的方式来提高薄膜的透气率。因而造成薄膜的强度较差，复合后的滤料常会在滤袋缝制或者安装使用的过程中，容易发生薄膜破裂的现象，从而直接影响到滤料的使用寿命。
国内目前大多数的薄膜产品的厚度都在5μm以下，透气率可以达到6cm/s以上。我国由高温过滤材料专家严荣楼教授级带领一支团队，从1998年开始，在国家和地方各类科技项目约4000万元*资金的资助下，经过10年的潜心研发及工艺创新，已经解决了这一技术难题，研制并生产的薄膜制品的透气率达到7.0cm/s以上，而薄膜的厚度在相同的测试条件下则超过了10μm，因而薄膜的强度得到大幅的提高，完全能够满足滤袋缝制及安装使用过程对薄膜强度的要求。
3.2 关键指标及测试方法
衡量玻纤覆膜滤料性能的关键技术指标，除了与玻纤基材相类似的一些特征指标如滤料的克重、经纬向抗拉强度、破裂强度、透气率等外，还包括滤料的复合牢度。
玻纤覆膜滤料的基材起到主要的支撑作用，因而复合后滤料的各项强力指标与基材是基本一致的，其测试方法按照GB/T7689.5-2001进行。
常用玻纤织物基材主要包括两种规格：一种是400g/m左右的，主要用于反吹清灰方式；另一种为750g/m左右的，主要用于脉冲清灰方式。以中材科技的产品为例，这两种清灰方式分别对应规格为EWTF400/CFILTEX及EWTF750/CFILTEX。
玻纤覆膜滤料的透气性能指标主要由ePTFE薄膜来提供。一般来说，采用高温热压复合工艺，复合后滤料的透气率与复合前薄膜的透气率相比，大约损失一半左右。当然，如果采用粘结剂复合法，透气率则损失的更低。合格的玻纤覆膜滤料的透气率一般在2～6cm/s@127Pa之间，在这个范围内，当然透气率越大越好。但透气率太高则往往表明薄膜的微观网状结构的孔径太大，影响到滤料的过滤效率，因而在实际应用中，并非透气率越高越好。透气率测试方法按照GB/T9914.3-2001进行。
玻纤覆膜滤料的复合牢度是一个相当关键的指标。而如何衡量玻纤覆膜滤料的复合牢度，也一直是滤料生产商的一个难题。由于ePTFE薄膜非常薄，与基材相比其强度要差得多，因而无法象普通复合材料那样采用剥离强度来衡量其复合牢度。目前，国内外厂商采用的复合牢度测试方法包括摩擦仪测试法、耐静水压测试法等。国家环境保护总局科技标准司发布的标准《袋式除尘器用覆膜滤料》（HBC 30-2004）中采用的覆膜牢度检验方法见图四。
1―覆膜滤料试样；2―密封压紧装置；3―测试杯；4―气体加热装置；
5―阀门；6―温度计；7―压力表
其具体测试方法为：将覆膜滤料试样覆膜一侧向上（朝外）固定在杯口直径为25mm的测试杯杯口上，向杯中连续送入250℃温度的气体，以逐渐提高覆膜滤料未覆膜一侧的承受压力，当覆膜最大剥离鼓泡的长边尺寸D（mm）开始大于2.5mm时，记录下测试杯中的气体压力（MPa），该压力即为覆膜滤料的覆膜牢度。
这个测试方法对于采用高温热压复合工艺生产的玻璃纤维覆膜滤料来说是值得商榷的，由于薄膜与基材的复合牢度是相当的高，而且250℃的高温对其复合牢度的影响是很小的，在实际的测试过程中，当压力足够大到使得滤料表面的薄膜破裂也不会出现丝毫的鼓泡现象，更别说直径达到2.5mm的鼓泡。当然采用粘结剂复合法生产的覆膜滤料则另当别论。
针对这个问题，中材科技设计开发了模拟实况的脉冲喷吹测试仪来检测玻纤覆膜滤料的复合牢度（见图五）。其测试方法与HBC 30-2004中的方法基本类似，不同的是，测试气流采用0.8Mpa左右的脉冲喷吹气流对覆膜滤料进行固定次数的喷吹，然后通过显微镜观察覆膜滤料表面薄膜的完好状况来判断滤料的复合牢度是否合格。采用这种方法不仅可以衡量滤料基材与薄膜的结合强度，同时对薄膜本身的强度也进行了一个评判，因此是一种更接近实际应用的测试方法。
图五 覆膜牢度测定装置示意图（脉冲喷吹测试法）
4 玻纤覆膜滤料应用关键
过滤材料是袋式除尘器的核心部件，是实际起到过滤作用的材料，但在具体应用中，过滤材料并非除尘器应用成功的唯一决定因素。除尘器的应用是个系统的工程，生产厂家的工艺问题、除尘器的设计、运行及维护都会对滤料应用的成败起到极为关键的作用。由于滤料在除尘器中是最薄弱的环节，因而在实际应用中，不管上述哪些因素出现问题，往往最终都会体现为滤料的破损。因此说，一个成功应用的袋收尘器，除了选用适宜的过滤材料之外，一定还包括稳定的生产工艺，合理的除尘器本体、配件设计制造，以及完善的管理等各方面的因素。
4.1 应用厂家生产工艺控制
袋除（收）尘器目前在很多的生产工艺中已经不单单只是一个环保设备，而是生产工艺中的一部分，除了起到消烟除尘的作用外，还兼具物料回收的作用。对于任何生产工艺来说，稳定都是生产厂家所期望的，对于滤料的长寿命使用也是必要的。但实际生产中往往难以完全避免工艺的突然变化，因而对于除尘器及滤袋应该设计有相应的保护措施，例如系统掺冷风或者旁路以保护滤料不受过高温度（高于280 ℃）的损害等。另外，提升生产线的产量也必须考虑到通风量在除尘器的设计范围之内，避免由于过滤风速的提高，增加系统阻力而缩短滤料的使用寿命。
4.2 除尘器设计、制造问题
合理的袋收尘器的设计，是保证滤料使用寿命的前提。收尘器各箱体风量应该均匀分布，各箱体及箱体内各部位温度必须一致，选取的过滤风速、气流上升速度、滤袋间距及与收尘器壁的距离须符合玻纤覆膜滤料的要求。一般来说用于反吹清灰方式的玻纤覆膜滤料其适宜的净过滤风速为小于0.7m/min，而用于脉冲清灰则最高净过滤风速不超过1.2m/min。烟气管道及灰斗应该合理设计，确保含尘气体的气流上升速度小于1m/s。设计的滤袋间距一般要求不低于50mm，滤袋与除尘器壁的距离一般要求不低于100mm。系统清灰、卸灰系统设计合理，一般来说应采用三状态清灰方式，对于反吹清灰方式来说，反吹风量一般为单室风量的一到两倍。
袋收尘器的制造须规范，确保烟气入口挡流板正确安装，并有效的防止烟气直接冲刷滤袋。对于反吹清灰除尘器来说，与滤袋接触部位如花板、袋帽、袋座须光滑*剌。对于脉冲清灰除尘器来说，滤袋笼骨必须表面平滑，没有毛刺，尤其在焊接部位上。骨架无折断、脱落、无弯曲变形。滤袋笼骨纵向筋采用3.5～4mm的钢筋，纵向筋的中心距必须在20mm之内。必须保证所有花板连接点紧密密封，花板决不能出现歪曲情况。采用行喷或者文氏管的脉冲除尘器，其喷吹管的安装必须保证其与花板间的距离，保证喷管上各喷嘴中心与花板孔中心一致，其偏差小于2mm。清灰系统采用的压缩空气必须保持洁净、不潮湿、无油份；脉冲清灰时，清灰压力一般应该小于4.0kg/cm。
4.3 玻纤覆膜滤袋的缝制
良好的滤袋缝制也是滤袋能够长寿命使用的保证条件之一。滤袋缝制必须用玻纤缝纫线或PTFE缝纫线等耐高温材料，从实际使用效果来看，PTFE缝纫线相对于玻纤缝纫线具有更好的耐折、磨性能，因而使用寿命更长。滤袋的纵向缝制应采用三针机链式缝法；滤袋环向则应采用双针锁式缝法。
对于反吹风滤袋，滤袋两端最好有100～150mm的加固层；第一防瘪环（下口）的位置距花板开口处的长度必须小于滤袋直径的三倍；防瘪环先用薄的玻纤布包扎，再用相同规格的滤料缝制于滤袋上。
对于脉冲滤袋，滤袋与笼骨必须配合紧密，袋径与笼骨外径间隙须在3mm以内；滤袋长度控制在袋底与笼骨底盘之间的间隙在15mm之内为宜；滤袋的头部涨圈的缝制必须与花板配合紧密；另外，袋底须有50～100mm的加固层。
4.4 玻纤覆膜滤袋的安装、使用及日常维护
滤袋的安装过程，必须严格杜绝人为的拖动、踩压、砸扔等现象，以防止滤袋的早期破损；对于反吹清灰滤袋，应做到滤袋缝线垂直无扭曲，滤袋与袋帽、袋座、卡箍间牢固可靠、不漏气、不脱袋，滤袋的张紧度适宜，滤袋悬挂两到三天后，应重新调整张紧弹簧，保持滤袋张力在0.1kg/ mm（滤袋直径）左右。对于脉冲清灰滤袋，由于是外滤式，ePTFE薄膜在外面，因此安装时更应该谨慎小心，插入花板孔应采用袖套进行保护，避免磨损薄膜。
在某些操作工艺中，未经完全燃烧的焦油的油烟会随烟气进入收尘设备内，可能会堵塞薄膜表面微孔结构，或者有粘性粉料，容易黏附在薄膜表面。因此在除尘器正式投入运行之前，应进行预涂层操作。预涂层粉料可选用农用石灰粉或干燥无油性飞灰如水泥生料粉、熟料粉等。粉料用量一般为0.25kg/m2（过滤面积）。
在寒冷天气，尤其是北方地区，应在主设备投料前，开启除尘器风机引入干净热空气以预热滤袋，避免出现结露现象。正式投运时，当除尘器滤袋内外的压差达到600～750Pa时，才启动清灰系统。当主设备投料逐步增加，达到设计值时，稳定工作4～6小时之后，再调整反吹风清灰时间，使除尘器压差稳定在设计指标范围内（一般在1000Pa左右）。在工艺允许的情况下，尽量延长两次清灰的间隔时间，有利于提高滤袋使用寿命。经过一段时间后，可以将反复试验所得最佳效果的控制参数，固定在微机数据库内，实现正常控制。
除尘器正常运行过程中，建议每小时记录一次除尘室压差及除尘室入口温度。如有异常情况发生，应立即采取措施，加以解决。应随时监视排放情况，如发现烟囱冒灰，说明烟气短路，有掉袋或破袋现象出现，应及时查明并做出处理。一旦发现有滤袋破损，必须及时更换滤袋或封塞处理并记录该位置。
5 玻纤覆膜滤料应用实例
近年来，玻纤覆膜滤料已经在我国高温除（收）尘领域获得大量的成功应用，目前已经在5000T/d水泥旋窑窑尾、烘干机、石灰窑、硅铁炉以及2万吨/年炭黑生产线等获得很好的应用效果。其已在约200条新型干法水泥窑尾应用，受到广大水泥企业欢迎。
5.1 水泥旋窑窑尾反吹风袋除尘器的应用
浙江某水泥有限公司2500t/d水泥熟料生产线窑尾除尘采用反吹清灰袋除尘器。该除尘系统自2003年投入运行以来，效果良好，排放达标，系统阻力低，运行可靠。具体参数及指标见表1。
表1 某水泥旋窑窑尾反吹风覆膜滤料应用相关指标 项目 参数 收尘器入口烟气量 450000m3/h 允许烟气温度 <260℃ 收尘器规格 型 号 HXS-Ⅱ-D-2 总 室 数 14 每室袋数 114 ,
滤料规格 EWTF350/CFILTEX 滤袋规格 f300mm×9600mm 总数量 1596条 总过滤面积 14433m2 过滤风速 名义 0.52m/min 一室反吹 0.56m/min 清灰方式 反吹风清灰 清灰周期 45min 允许烟气温度 <260℃ 除尘器入口
实测温度 磨机运行时 103℃ 磨机停运时 156℃ 压力损失保证 ≤1500Pa 实际压差情况 磨机运行时 除尘器入口负压 -1897Pa 除尘器出口负压 -3117Pa 压差 1220Pa 磨机停运时 除尘器入口负压 -1398Pa 除尘器出口负压 -2619Pa 压差 1221Pa 收尘器出口含尘浓度 排放保证 ≤30mg/Nm3 实测数据 24 mg/Nm3 滤袋质保寿命 3年 实际投入运行时间 2003年11月 5.2 钢铁厂石灰窑脉冲袋除尘器的应用
某钢铁集团公司1号活性石灰窑，日产量500吨,为其第一炼钢厂和第三炼钢厂的生产提供辅助原料。石灰窑烟气净化系统与生产工艺同步投入运行，滤袋选用中材科技股份有限公司（南京玻璃纤维研究设计院）生产的福泰（CFiltex）玻璃纤维覆膜滤袋（表2），采用长袋低压脉冲袋式除尘器。2003年 10月完成设计制造。除尘器清灰能力强、除尘效率高、故障率低。使用至今无一破损，保证了石灰窑的连续稳定运行。
表2 某石灰窑脉冲清灰覆膜滤料应用相关指标 项目 参数 收尘器规格 滤袋总数 1440条 总室数 6个 每室袋数 240条 收尘器入口烟气量 150000m3/h 烟气温度 <250℃) 入口含尘浓度 <200g/Nm3 收尘器出口含尘浓度 <30mg/Nm3 过滤风速 名义 0.71m/min 一室反吹 0.85m/min 总过滤面积 3526m2 清灰方式 脉冲清灰 压力损失 <1200Pa 允许操作压力 4500Pa 滤袋规格 f130mm×6000mm 质保寿命 2年 实际投入运行时间 2003年10月 5.3 炭黑厂反吹清灰袋收尘器的应用
某炭黑有限公司U4生产线原产量为1.5万吨/年，2006年年初，公司计划将产能提高到2万吨/年，但原有反吹清灰袋收尘器采用玻纤膨体纱滤袋，阻力较高，除尘室压差最高达到3400Pa，无法进一步提高通风量，制约了产能的提升。经过与中材科技股份有限公司的技术交流，该公司选用了EWTF550/CFILTEX玻纤覆膜滤料来替代原有的膨体纱滤料，2006年安装投产后，使用效果非常理想。系统通风量由原来的13200Nm3/h提高到目前的14200Nm3/h，而除尘室压差也由原来的最高3400Pa降低到目前的700Pa。具体指标及参数表3。
表3 某炭黑反吹清灰覆膜滤料应用相关参数 项目 参数 替换前 替换后 收尘器规格 滤袋总数 2880条 总室数 10个 每室袋数 288条 炭黑工艺气量 13200m3/h 14200m3/h 烟气温度 <250℃ 入口含尘浓度 <200g/Nm3 滤袋规格 f127mm×3500mm 总过滤面积 4020m2 过滤风速 0.2m/min 清灰方式 反吹在线清灰 压力损失 <3400Pa <700Pa 质保寿命 1年 实际投入运行时间 2006年6月
