1 背景

獲取新風(fēng)是改善建筑環(huán)境空氣質(zhì)量的重要手段，控制住大氣環(huán)境空氣質(zhì)量的污染源，才能保證我們獲得滿足環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的氣體。

但是，近年來(lái)我國(guó)以資源、能源消耗性為主的重化工（電力、建材、冶金、化工等）工業(yè)迅速發(fā)展，我國(guó)已成為世界第一大鋼鐵、水泥、煤炭、化纖生產(chǎn)國(guó)，第二大電力、有色金屬、化肥生產(chǎn)國(guó)。伴之帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，由于空氣、水以及工業(yè)等環(huán)境污染帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)1000億RMB以上，我國(guó)十五期間用于環(huán)境保護(hù)的投資達(dá)到GDP的2.2%（2004年GDP為13.65萬(wàn)億RMB）。

重化工工業(yè)大氣污染物以高溫?zé)煔鉃橹饕卣�，煙塵類(lèi)顆粒物為主要控制對(duì)象之一。作為控制總量法規(guī)，國(guó)家對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的各類(lèi)鍋爐、爐窯制定的排放值陸續(xù)進(jìn)行修訂，嚴(yán)格要求降低排放量。作為高溫?zé)煔馀欧蓬w粒物（煙塵）控制技術(shù)的將快速轉(zhuǎn)變到以袋式除塵技術(shù)為主。但作為袋式除塵技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵———高溫除塵過(guò)濾材料，大多還處于信賴(lài)國(guó)外產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品處于模仿使用缺乏技術(shù)支撐，急需改變?cè)摖顩r。

以電力為例，我國(guó)能源以燃煤為主，按照國(guó)家新頒標(biāo)準(zhǔn)電廠燃煤鍋爐煙塵排放值要達(dá)到50mg/Nm3以下，需改變靜電除塵技術(shù)為袋式除塵技術(shù)。目前機(jī)組容量約4.4萬(wàn)萬(wàn)KW（2004年底），2010年達(dá)到6萬(wàn)萬(wàn)KW，2020年達(dá)到9萬(wàn)萬(wàn)KW。能源結(jié)構(gòu)來(lái)講，75%以上需采用燃煤火力發(fā)電。按目前工程概算投資，100——120萬(wàn)元/萬(wàn)KW，濾料占1/4，每4年更換1次，即：濾料投資6——8萬(wàn)元/萬(wàn)KW/年運(yùn)行費(fèi)用。完成目前機(jī)組除塵改造投資達(dá)到300——320億，后續(xù)工程達(dá)到380——450億，即：市場(chǎng)容量達(dá)到700億左右，濾料在200億左右，年運(yùn)行更換費(fèi)用達(dá)到 50億左右。采用袋式除塵技術(shù)可以達(dá)到20 mg/Nm3以下，實(shí)現(xiàn)機(jī)組總?cè)萘吭黾?.25倍，煙塵排放總量下降50%（按目前平均排放值100 mg/Nm3計(jì)算）—75%（按目前平均排放值200 mg/Nm3計(jì)算）。通過(guò)控制大氣環(huán)境空氣中微粒污染問(wèn)題，減輕用于改善建筑環(huán)境空氣質(zhì)量所需新風(fēng)凈化壓力。

2 目前狀況

電廠燃煤鍋爐袋式除塵器濾袋材質(zhì)大多選用PPS針刺氈濾料（針刺氈濾料后簡(jiǎn)稱(chēng)濾料）。也有選用PPS+P84復(fù)合濾料，P84纖維含量20%左右。主要針對(duì)燃用低硫煤的鍋爐。

PPS 學(xué)名聚苯硫醚，英文名Poly Phenylene Snlfide（簡(jiǎn)稱(chēng)PPS），PPS纖維全球范圍內(nèi)只有少數(shù)幾家大型化學(xué)公司生產(chǎn)，日本公司的產(chǎn)品占據(jù)著主導(dǎo)市場(chǎng)。日本東洋紡（TOYOBO）公司的注冊(cè)商標(biāo)為PROCON／普抗、日本東麗（TORAY）公司產(chǎn)品的注冊(cè)商標(biāo)為T(mén)ORCON／特利通、美國(guó)飛利浦（PHILIP）公司的注冊(cè)商標(biāo)為 RYTON／萊頓。

P84學(xué)名聚酰亞胺，P84纖維截面與PPS纖維棒狀相比呈多葉狀，它的不規(guī)則的纖維斷面使纖維表面積增大，增加濾料的透氣性，具有降阻增效的效果。P84纖維系奧地利LENZING公司獨(dú)家生產(chǎn)。

PPS 濾料的應(yīng)用條件主要取決于PPS纖維性能，燃煤煙氣除塵比較適宜使用的條件為：煙氣溫度120—160℃，煙氣中SO2含量<1000mg/m3、 NOx含量<800mg/m3，含氧量<10%。鍋爐運(yùn)行啟動(dòng)前，需進(jìn)行預(yù)涂灰；噴油點(diǎn)爐、鍋爐爆管、煙氣超溫時(shí)不宜直接進(jìn)入袋式除塵器，需設(shè)旁路煙道；袋式除塵器設(shè)計(jì)過(guò)濾風(fēng)速1.0m/min左右，除塵器設(shè)計(jì)阻力1500Pa。正常運(yùn)轉(zhuǎn)的袋式除塵器濾袋保障使用壽命30000h。為了降低濾料阻力，增加耐溫能力，采用PPS+P84復(fù)合纖維針刺氈。

PPS及PPS+P84濾料使用之初主要靠國(guó)外進(jìn)口，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)采用進(jìn)口纖維進(jìn)行生產(chǎn)。

3 應(yīng)用條件分析

電廠鍋爐除塵使用的袋式除塵器要求與鍋爐設(shè)備大修期同步，30000小時(shí)成為火電廠要求的基本使用期。但是，同為燃煤電站鍋爐煙氣除塵，國(guó)內(nèi)的應(yīng)用條件與國(guó)外存在差異，主要表現(xiàn)在：

（1）煤種：國(guó)外使用精煤與國(guó)內(nèi)使用原煤，在熱值、灰份、含S量等存在差異；

（2）技術(shù)水平：國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)備自動(dòng)化程度較高，國(guó)內(nèi)設(shè)備手工與自動(dòng)化結(jié)合；

（3）鍋爐設(shè)備：國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的鍋爐設(shè)備相對(duì)要比較先進(jìn)，國(guó)內(nèi)還存在大量的中小設(shè)備（尤其是早期鍋爐）；

（4）能源綜合利用：燃用高爐煤氣，造成煙氣量和含塵濃度波動(dòng)、氣體成分變化、煙氣溫度升高等。

因此，造成濾料國(guó)內(nèi)應(yīng)用環(huán)境表現(xiàn)為四高一大一低（排放煙氣溫度高，煙氣中SO2、NOx含量高；煙氣中含氧量高；含塵濃度大；要求濾袋阻力低）。由于燃煤鍋爐排放的煙氣條件相對(duì)比較惡劣，將影響濾料（濾袋）使用壽命。因此在袋式除塵器使用濾料時(shí)，借鑒但不盲目照搬國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)考慮國(guó)內(nèi)鍋爐實(shí)際情況，針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

4 已進(jìn)行技術(shù)研發(fā)工作

為了降低濾料阻力，對(duì)采用單一細(xì)度PPS纖維制作的濾料進(jìn)一步改進(jìn)為采用不同細(xì)度的PPS纖維制作的具有纖維梯度結(jié)構(gòu)的濾料（簡(jiǎn)稱(chēng)梯度濾料），參見(jiàn)圖1。

主要技術(shù)特點(diǎn)為：

⑴ 濾料截面結(jié)構(gòu)上采用纖維細(xì)度逐層加大的梯度層次結(jié)構(gòu)，它由表層超細(xì)纖維層、細(xì)纖維層、基布、粗纖維層4層構(gòu)成。流體通道由傳統(tǒng)針刺氈的等寬繞形通道改變?yōu)樘菪危ㄇ罢髮挘├@形通道。

由上（迎塵面）而下：

表  層：超細(xì)纖維層

基  層：細(xì)纖維層

骨  架：基布

后表層：粗纖維層

超細(xì)面層使阻擋微細(xì)塵粒能力提高，梯形通道前窄后寬使濾料內(nèi)層不易集塵，保持濾料長(zhǎng)期運(yùn)行而阻力上升變化速度減緩。

⑵ 濾料表層采用超細(xì)纖維層，借鑒了覆膜濾料表面過(guò)濾技術(shù)。把單一細(xì)度纖維制作的針刺氈“表層+深層”過(guò)濾方式轉(zhuǎn)變?yōu)樘荻壤w維針刺氈“表層過(guò)濾”。

超細(xì)面層使針刺氈表面更致密，阻擋微細(xì)塵粒能力提高，表面易清灰。不同過(guò)濾方式示意圖見(jiàn)圖2。

采用掃描電鏡觀察常規(guī)濾料與梯度濾料表面纖維分布圖見(jiàn)圖3。

圖3 濾料表面纖維分布電鏡觀測(cè)圖

⑶ 對(duì)針刺氈纖維采用PTFE（聚四氟乙烯）浸漬處理，使纖維表面涂有PTFE膜，參見(jiàn)圖4。提高纖維的耐腐蝕耐氧化耐溫能力，增強(qiáng)濾料憎水性。

圖4纖維表面結(jié)構(gòu)PTFE膜電鏡觀測(cè)圖

（4）對(duì)針刺氈纖維采用有機(jī)硅浸漬處理，增強(qiáng)纖維的耐磨能力、濾料憎水性和耐溫能力。

采用通過(guò)各項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)后，濾料性能得到顯著改善，可以延長(zhǎng)濾料使用壽命。改進(jìn)后濾料的主要使用技術(shù)指標(biāo)為：

煙氣溫度120—180℃，煙氣中SO2含量<2000mg/m3、NOx含量<1200mg/m3，含氧量<10%，除塵器阻力1200Pa。

與國(guó)內(nèi)企業(yè)聯(lián)合建立產(chǎn)學(xué)研基地——東華博格技術(shù)研究中心，與國(guó)外同行、國(guó)內(nèi)行業(yè)協(xié)會(huì)、科研、設(shè)計(jì)及工程公司建立了合作關(guān)系。通過(guò)企業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)示范工程有：

⑴ 陜西寶雞熱電有限公司50MW液態(tài)排渣燃煤粉鍋爐（200t/h）除塵器改造工程項(xiàng)目。

特點(diǎn)：全燃煤，低硫煤，高溫?zé)煔?50—190℃，系統(tǒng)要求低阻1000Pa；采用“PPS+P84+適量玻纖”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。通過(guò)陜西省環(huán)保局驗(yàn)收，已投運(yùn)1年半，排放濃度12—17mg/Nm3。

⑵ 天津第一熱電廠50MW燃煤粉鍋爐220t/h鍋爐除塵器“電改袋”工程濾袋配套項(xiàng)目。

特點(diǎn)：全燃煤，高硫煤；采用“PPS+PTFE”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。分別通過(guò)天津市環(huán)保局、國(guó)電集團(tuán)驗(yàn)收，已投運(yùn)1年，7—10mg/Nm3。

⑶ 內(nèi)蒙古豐泰發(fā)電有限公司200MW袋式除塵器濾袋整體更換項(xiàng)目

特點(diǎn)：全燃煤，國(guó)內(nèi)首臺(tái)200MW以上火電機(jī)組袋式除塵器，替換進(jìn)口濾料整體更換；采用“PPS+P84”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。

⑷ 陜西戶縣熱電有限公司燃煤粉鍋爐（170t/h）除塵器改造工程項(xiàng)目。

特點(diǎn)：全燃煤，高硫煤，系統(tǒng)要求低阻1000Pa；采用“PTFE+PPS+適量玻纖”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。已投運(yùn)。

5 進(jìn)一步研究方向

濾料進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍的技術(shù)研究：

燃用高硫煤的電廠鍋爐（脫硫機(jī)組不宜按燃用低硫煤的機(jī)組設(shè)計(jì)）；

頻繁啟停的城市熱電供應(yīng)鍋爐（出現(xiàn)低溫60—120℃，酸結(jié)露腐蝕）；

燃煤與燃?xì)饣鞜仩t（排煙溫度達(dá)到180—220℃，加劇煙氣對(duì)濾料化學(xué)作用造成強(qiáng)度下降）；

垃圾焚燒鍋爐（垃圾含水量大加劇腐蝕，濾料需耐強(qiáng)腐蝕性，耐水解）。

如果繼續(xù)使用PPS、P84纖維，勢(shì)必影響濾料的使用壽命。需研發(fā)PTFE及其PTFE復(fù)合纖維及其系列濾料。PTFE是當(dāng)今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，學(xué)名聚四氟乙烯。它具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性和卓越的耐化學(xué)腐蝕能力，如耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑等，有突出的耐熱、耐寒及耐磨性，具有不粘著、不吸水、不燃燒等特點(diǎn)。

我國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家，燃煤過(guò)程排放高溫?zé)煔獾念w粒物（煙塵）控制還需研發(fā)耐更高溫度的濾料，用于熱能回收利用的高溫?zé)煔鈨艋?/p>

6 其他

針對(duì)近年來(lái)我國(guó)以資源、能源消耗性工業(yè)迅速發(fā)展的特點(diǎn)，確保在發(fā)展過(guò)程中環(huán)境容量不受破壞，有關(guān)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)相繼修訂，進(jìn)一步嚴(yán)格排放量與排放濃度，全面提高除塵技術(shù)要求。已完成的電力、建材水泥行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已將排放濃度由100—200 mg/Nm3下降到30—50 mg/Nm3以下。現(xiàn)有的我國(guó)除塵技術(shù)體系，已面臨迎接高溫?zé)煔獬龎m領(lǐng)域的二次革命，其重要技術(shù)措施之一就是采用過(guò)濾除塵技術(shù)。

形成具有我國(guó)自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫?zé)煔獬龎m濾料技術(shù)，通過(guò)國(guó)產(chǎn)化降低對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的依賴(lài)性，提高國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。

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