CN101530696A - 一种电袋结合除尘用过滤材料及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电袋结合除尘用过滤材料及其用途，过滤材料有三层结构：过滤面层、非过滤面层、中间层，其中过滤面层和非过滤面层是指由平均直径为20～200μm的耐热性纤维组成的纤维网，中间层为织物增强层。本发明的过滤材料，在排气中的粉尘捕集效率较好，而且和龙骨的耐磨性或断裂强度、硬挺度、尺寸稳定性等机械强度良好，使用寿命长，且成本低，特别适合作为过滤从垃圾焚烧炉、燃煤锅炉或者金属熔炼炉等排出的高温气体的除尘用滤布及由其构成的过滤袋使用。

Description

一种电袋结合除尘用过滤材料及其用途

技术领域：

本发明涉及一种电袋结合除尘用过滤材料及其用途。

背景技术：

随着我国社会、经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对大气环境的质量要求将越来越高，为控制燃煤电厂大气污染物排放，保护生活和生态环境，实施可持续发展的战略，我国已于2004年开始实施新修订的国家污染物排放标准，分三时段规定了火电厂的大气污染物排放限值，提出到2005年和2010年火电厂应执行的二氧化硫和烟尘的排放限值，其中烟尘排放标准为50mg/m³已接近或达到发达国家的标准。

目前，在化工、电力、冶金行业中广泛使用的主要有电除尘器、袋除尘器和电袋复合除尘器，电袋结合式除尘器是近年新出来的技术，有效的弥补了电除尘和袋除尘的不足，相互取长补短取得了不错的效果。单单采用电除尘不仅制造成本高，而且电除尘对粒径在0.1～0.5μm粉尘的捕集效果较差。单使用袋式除尘，不仅初期成本高而且也不适合电除尘项目的改造。电袋结合除尘不仅适应了当前对电除尘器改造的需求、节约成本、加快除尘器改造的进程，而且为开辟新的更有效的烟气除尘途径作了积极的尝试。作为构成用于过滤从煤炭锅炉、垃圾焚烧炉或者金属熔炼炉等排出的高温烟气的过滤材料的纤维，耐热性和耐化学药品性优良的聚苯硫醚(以下简称为PPS)纤维，玻璃纤维，间位芳香族聚酰胺纤维(间位芳纶纤维)，PTFE纤维，聚酰亚胺纤维值得考虑。尤其PPS纤维具有优良的耐水解性，耐酸性和耐碱性，因此在煤炭锅炉除尘用过滤袋中广泛使用。

使用PPS、PTFE等高性能细纤维为原料的过滤材料(如纯PPS滤材、ePTFE覆膜滤材)的过滤性能优良，但是细纤维制成的滤材价格昂贵，而且由于电袋结合，经过电除尘的过滤后进入袋除尘的粉尘量已大量减少，对袋除尘的粉尘负荷已不大，因而没有必要使用昂贵的细纤维，粗纤维制成的过滤袋就能够满足要求。因此有必要开发一种适用于电袋除尘、性能优良且价格较低的耐高温纤维过滤袋。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种低压损、高过滤性能的过滤材料及用途。

本发明的目的可通过下述方法实现：

一种用于电袋结合除尘机的过滤材料，其特征是：该过滤材料有三层结构：过滤面层、非过滤面层、中间层，其中过滤面层和非过滤面层是由平均直径为20～200μm的耐热性纤维组成的纤维网，中间层为织物增强层。

过滤材料的孔隙率为40％-90％。

根据JIS L 1096标准，该过滤材料的克重在400-800g/m²之间，其中过滤面层的克重在70-600g/m²，非过滤面的克重在70-300g/m²，引张强度在500N/5cm以上。

其中构成中间织物增强层的纤维为耐热性纤维。该耐热性纤维可以是短纤维也可以是复合长丝。

纤维网经过了表面烧毛、表面轧光、光亮加工、表面涂层、覆膜、浸渍中的一种或多种后加工处理。

用于电袋结合除尘用过滤材料在制备过滤袋中应用。

在本发明中，所谓的过滤面层表示在表面过滤用过滤材料中，包含粉尘的空气最初和过滤材料接触的面，即表示在过滤材料表面捕集粉尘而形成粉尘层的面。另外，将其相反侧的面，即去除了粉尘的空气排出的面定义为非过滤面层。本发明中，所谓的中间织物增强层是指由纱线交织形成的一种稀疏织物层，通过使用织物增强层能够使过滤材料有着一定机械强度。

在过滤面和非过滤面中都采用了100％的直径在20～200μm的耐热性纤维。当纤维平均直径小于20μm时，纤维的价格较高在电袋结合式除尘机中并不适合；当纤维平均直径大于200μm时，用此纤维制成的过滤材料的过滤性能降低将无法达到排放标准。作为形成上述过滤材料的纤维，从能得到更高的粉尘捕集效率来看，优选纤维平均直径在20～100μm的耐热性纤维；更优选纤维平均直径在20～60μm的耐热性纤维。这里纤维的平均直径是指通过扫描电子显微镜所测量的50根纤维直径的平均值。过滤面，就表面过滤用耐热性过滤材料而言，是指含粉尘的气体最初与耐热性过滤材料接触的一面，粉尘被耐热性过滤材料表面捕集，形成粉尘层的一面(即气体流入面)。这里非过滤面是指气流流入面的对应面，气流由此面排出，又称气流流出面。

本发明中所使用的耐热性纤维可以是对位芳族聚酰胺纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、PPS纤维、聚酰亚胺纤维或氟系纤维。其中优选PPS纤维，PPS纤维是其构成单位的90wt％或90wt％以上含-(C₆H₄-S)_n-表示的亚苯基硫醚结构单元的聚合物构成的纤维。通过使用PPS纤维，能够得到耐热性、耐化学药品性和耐水解性优良的过滤材料。

本发明的过滤材料制作过程中，作为制作纤维网的方法，可以用使短纤维通过梳棉机形成纤维网的常规方法。得到的纤维网通过铺网3～4层后使用挤出辊施加轻压缩，形成棉卷的状态后，利用针刺法在厚度方向使纤维相互络合，分别制成过滤面一侧和非过滤面一侧的纤维网。依次层叠过滤面一侧的纤维网、增强织物和非过滤面一侧的纤维网后，再通过针刺络合进行一体化。所述络合方法优选针刺法和喷水穿孔法中的至少一种方法，也可用其他方法。

作为过滤材料的孔隙率，优选在40％-90％的范围，孔隙率大于90％的过滤材料，对粉尘的捕集效率较低，孔隙率小于40％的过滤材料，通气量过低，提高了压力损失，增加了除尘机风机的能耗。优选孔隙率为60％-85％，更优选孔隙率为70％-85％。对于应用于电袋结合除尘装置中的过滤袋，由于经过电除尘的过滤，粉尘负荷已大大减小，因此宜选用空隙率大的过滤材料，并且可提高风速，减小过滤面积，从而节约成本。在这里孔隙率的定义是：过滤材料中空隙部分的体积占过滤材料体积的百分比。计算式为：孔隙率(％)＝(组成过滤材料纤维的密度(g/cm³)-过滤材料的密度(g/cm³))/组成过滤材料纤维的密度(g/cm³)×100％。在这里，过滤材料纤维的密度是指组成纤维网纤维的密度(g/cm³)，过滤材料的密度是过滤材料的克重除于过滤材料的厚度。这里的克重是指单位平方米过滤材料的重量。过滤材料纤维(PPS)的密度为1.34g/cm³。

本发明的过滤材料作为用于烟气除尘的过滤材料，必须满足捕集效率的要求并且克重太大增加了成本，克重太小起过滤除尘作用的纤维网太薄又无法满足高捕集效率的作用，因此克重在400～800g/m²是合适的，进一步优选的克重是450～700g/m²。过滤面层的克重小于70g/m²时，过滤面的强度达不到要求，而且纤维网太薄又无法满足高捕集效率；过滤面层的克重大于600g/m²时，纤维网太厚，压力损失增加。因此过滤面层的克重在70～600g/m²，优选过滤面层克重在100～500g/m²，更优选过滤面层的克重在150～350g/m²。非过滤面层的克重小于70g/m²时，纤维网太薄致耐磨性差，经不起与龙骨的长期磨擦；非过滤面层的克重大于300g/m²时，纤维网太厚，纤维网致密且压力损失高，不利于清灰。因此非过滤面层的克重优选70～300g/m²，优选非过滤面层克重在70～200g/m²，更优选非过滤面层克重在90～180g/m²。这里的龙骨指支撑过滤材料使用的圆筒状的骨架，一般由金属制成。这里的克重是指单位平方米过滤材料的重量。

本发明的过滤材料是用于高温烟气除尘的过滤材料，高温烟气的环境是温度高、具有化学腐蚀性，同时烟气中的粉尘浓度高等特点，因此过滤材料必须要有一定的强度来满足高温烟气的环境。另外过滤材料在使用过程中必须克服自身的重力和附载粉尘的重力，以及清灰时压缩空气对过滤材料的冲击力。因此过滤材料强力优选在500N/5cm以上。

对纤维网进行了后处理加工。这里的后处理加工可以是表面烧毛、表面轧光或光亮加工等物理方法处理，也可以是表面涂层、覆膜及浸渍等化学方法处理。通过对过滤材料至少一面的表面通过物理方法或化学方法处理，能够更进一步提高粉尘剥离性能或粉尘捕集效率。特别是在要求粉尘捕集效率高的情况下，优选使用过滤面实施处理过的纤维网。具体地说，可以在过滤材料的过滤面一侧进行利用燃烧焰或者红外线加热等的烧毛处理，或用热辊加压。通过这样的处理，使过滤面一侧的纤维网表面的至少一部分发生熔融粘着来提高过滤材料对粉尘捕集效率；也可以通过表面涂层、覆膜、化学浸渍提高过滤材料的性能，如疏水疏油、抗静电、耐化学、清灰等性能。这里的熔融粘着是指：纤维的部分通过化学或物理方法变成液态状后混合在一起形成水膜的状态。

在本发明中，织物增强层起保持机械强度的作用，因此适合使用抗拉强度为400N/5cm以上的织物增强层。构成织物增强层的纤维，只要是具有耐热性的纤维就可以，可以使用对位芳族聚酰胺纤维、间位芳香族聚酸胺纤维、PPS纤维、聚酰亚胺纤维、氟系纤维、碳纤维或玻璃纤维等。尤其从耐化学药品性、耐水解性的观点来看，优选使用选自PPS纤维和氟系纤维的纤维。从机械强度高方面考虑，最优选PPS纤维。另外，氟系纤维的机械强度比PPS纤维差，但耐热性和耐化学药品性优良，因此在特别苛刻的环境中使用时，优选氟系纤维。为了不增加作为过滤性能的压力损失，优选形成稀疏的织造组织，作为一般的构造，有平纹组织、双层组织、三层组织、斜纹组织、缎纹组织等，特别是低成本、广泛使用的平纹织物能得到满意的性能，因此优选使用。织物密度优选经纱密度优选是10-40根/2.54cm，更优选是20-30根/2.54cm，纬纱密度优选是10-30根/2.54cm，更优选是10-20根/2.54cm。这里的织物增强层指在过滤面与非过滤面中间，由耐热性纤维构成的起增强机械强力作用的织物。

作为构成织物增强层的纤维，优选使用短纤维纱或者复合长丝。更优选使用短纤维纱，短纤维纱和纤维网的络合性良好，纤维的比表面积增多，因此在过滤材料的粉尘捕集效率提高这点上是合适的。

如此制得的过滤材料缝制成过滤袋，适合用作对过滤袋耐热性要求高的垃圾焚烧炉、燃煤锅炉或金属熔炼炉等的排气进行除尘。作为在该缝制中使用的缝线，可以是使用和织物、过滤材料同材质，也可以使用比织物、过滤材料材质不同但更优良的短纤维或长丝制成。优选使用和构成织物的纤维同样地用具有耐化学药品性、耐热性的纤维材料构成的线，适合使用PPS纤维或氟素纤维等，优选PPS或氟素纤维。

本发明主要应用于和电除尘器相结合的袋式除尘器，因此对粉尘捕集效率要求不高，过滤材料表面粉尘清除后压力损失的上升很小，而且由于清灰周期时间变长，在一定的时间里压缩空气喷吹次数减少，压缩空气喷吹对过滤材料的损伤也减少，因而能够延长过滤材料的使用寿命。另外，过滤材料在高温下的热尺寸稳定性好。本发明的过滤袋，由上述的过滤材料构成，对排气中的粉尘捕集效率较好，而且和龙骨的耐磨性或断裂强度、硬挺度、尺寸稳定性等机械强度良好，因而能够使过滤材料长寿命化。此外本发明的过滤材料和过滤袋，特别适合作为过滤从垃圾焚烧炉、燃煤锅炉或者金属熔炼炉等排出的高温气体的除尘用滤布及由其构成的过滤袋使用。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明涉及的过滤材料的分解剖面图。

图中有1、过滤面层，2、织物增强层，3、非过滤面层。

过滤材料各物性的测定方法如下：

【单位面积重量】

将过滤材料切成200×200mm的正方形，根据重量计算出过滤材料的单位面积重量。

【厚度】

使用厚度千分表(挤压力0.000245Pa)测定过滤材料的厚度。随机选择5点进行测定，求出平均值。

【断裂强度】

基于JISL 1096规定的断裂强度法测定过滤材料的断裂强度。测定部位是随机选择5点进行测定。

【透气量】

基于JISL 1096规定的弗雷泽型织物透气性测试法测定过滤材料的透气量。测定部位是随机选择10点进行测定。

【磨耗性】

基于JISL 1096规定的平面磨耗法实验测定过滤材料的耐磨性。选择5枚Φ11cm的样品进行测试。磨耗强度的表示方法为能看见基布时的研磨次数。

【VDI3926捕集效率】

使用基于VDI3926的标准的实验设备测定过滤材料的性能，实验样品的尺寸是φ150mm，喂入的粉尘浓度在5g/m³，过滤风速为2m/min。实验的顺序是，初期30回+稳定化5000回+最后30回。这里的初期30回和最后30回的方法是，随着运行时间的延长，过滤材料两面的压差会渐渐升高，当到达1000Pa时，脉冲空气对过滤材料表面的粉尘进行清灰，然后进行下一个过程，该过程总共进行30回，在实验的过程中记录压力和时间的变化，同时检测没有被过滤材料捕集的粉尘的浓度。稳定化过程是指在运行的过程中，以5s为时间间隔对过滤材料进行清灰，共进行5000回。在这里所指的清灰的压力是5bar。

【压力损失】

VDI3926的测定试验后，过滤材料的残余压力损失。

【过滤材料强度】

基于JISL 1096规定的布条强度法测定过滤材料的抗拉强度。试样尺寸是200mm×50mm，以拉伸速度100mm/min、夹头间隔100mm进行测定。测定值是试样的经向(是和纤维的取向垂直的方向，在包含平纹粗布的试样的情况下，和平纹粗布的经向同一方向)中的1次强度的值。

实施例1

使用纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”)，得到经纱20S/2、纬纱20S。使其平织，得到经纱密度30根/2.54cm、纬纱密度14根/2.54cm的PPS短纤维平纹织物。

以该织物作为基布，在其中一个面上以210g/m²的单位面积重量层叠纤维网，该纤维网是由纤度7.8分特(纤维平均直径27.2μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-7.8T51mm)实施开棉、梳棉处理后，以刺针密度50根/cm²进行针刺而得到的，该纤维网形成过滤面一侧的过滤层。在织物的另一侧的面上以210g/m²的单位面积重量层叠上述纤维网，该纤维网是将纤度7.8分特(纤维平均直径27.2μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-7.8T 51mm)100wt％进行开棉、梳棉处理后，以刺针密度50根/cm²进行针刺而得到的。该纤维网形成非过滤面一侧的过滤层。进一步通过针刺加工使织物(基布)和上述的纤维网进行交织，得到单位面积重量540g/m²，总针刺密度300根/cm²的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。另外，由此得到的过滤材料中看到由于针刺处理而发生收缩、单位面积重量有比理论上变高的倾向。

实施例2

将纤度7.8分特(纤维平均直径27.2μm)、匹长51mm的PPS短纤维作为构成过滤面和非过滤面的纤维网的纤维。在基布的一侧以300g/m²的单位面积重量层叠纤维网，该纤维网形成过滤面层；在基布的另一侧以140g/m²的单位面积重量层叠上述纤维网，该纤维网形成非过滤面层。除这些以外，采用和实施例1相同的方法得到过滤材料。

实施例3

将纤度7.8分特(纤维平均直径27.2μm)、匹长51mm的PPS短纤维作为构成过滤面和非过滤面的纤维网的纤维。在基布的一侧280g/m²的单位面积重量层叠纤维网，该纤维网形成过滤面层；在基布的另一侧以140g/m²的单位面积重量层叠上述纤维网，该纤维网形成非过滤面层。除这些以外，采用和实施例1相同的方法得到过滤材料。

实施例4

将纤度7.8分特(纤维平均直径27.2μm)、匹长51mm的PPS短纤维作为构成过滤面和非过滤面的纤维网的纤维。在基布的一侧280g/m²的单位面积重量层叠纤维网，该纤维网形成过滤面层；在基布的另一侧以180g/m²的单位面积重量层叠上述纤维网，该纤维网形成非过滤面层。除这些以外，采用和实施例1相同的方法得到过滤材料。

实施例1～4得到的含有聚苯硫醚纤维的过滤材料可以用于制作过滤袋。

比较例1

将纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维作为构成过滤面和非过滤面的纤维网的纤维。在基布的一侧210g/m²的单位面积重量层叠纤维网，该纤维网形成过滤面层；在基布的另一侧以210g/m²的单位面积重量层叠上述纤维网，该纤维网形成非过滤面层。除这些以外，采用和实施例1相同的方法得到过滤材料。

比较例2

将纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维和纤度7.8分特(纤维平均直径27.2μm)、匹长51mm的PPS短纤维作为构成过滤面和非过滤面的纤维网的纤维。在基布的一侧将纤度2.2分特的PPS纤维以210g/m²的单位面积重量层叠纤维网，该纤维网形成过滤面层；在基布的另一侧将纤度7.8分特的PPS纤维以210g/m²的单纬面积重量层叠上述纤维网，该纤维网形成非过滤面层。除这些以外，采用和实施例1相同的方法得到过滤材料。

从表1的评价结果可知，实施例1～4的过滤材料，与比较例1、2的过滤材料相比，过滤材料的机械强度高，耐磨性好，压力损失小。进一步的来看，实施例2、3、4更加要好一点，再进一步来看，实施例4为最好的。过滤材料的捕集效率高，压力损失也不变高。同时过滤材料的机械强度优良，因此延长过滤材料的使用寿命是可能的。

表一：

Claims (8)

1、一种电袋结合除尘用过滤材料，其特征是：该过滤材料有三层结构：过滤面层、非过滤面层、中间层，其中过滤面层和非过滤面层是由平均直径为20～200μm的耐热性纤维组成的纤维网，中间层为织物增强层。

2、根据权利要求1所述的一种电袋结合除尘用过滤材料，其特征是：该过滤材料的孔隙率为40％-90％。

3、根据权利要求1或2所述的电袋结合除尘用过滤材料，其特征是：根据JIS L 1096标准，所述的过滤材料的克重在400-800g/m²之间，其中过滤面层的克重在70-600g/m²，非过滤面的克重在70-300g/m²。

4、根据权利要求1或2所述的电袋结合除尘用过滤材料，其特征是：根据JIS L 1096标准，所述的过滤材料的经向和纬向的引张强度都在500N/5cm以上。

5、根据权利要求1或2所述的电袋结合除尘用过滤材料，其特征是：组成中间织物增强层织物的纤维为耐热性纤维。

6、根据权利要求5所述的电袋结合除尘用过滤材料，其特征是：所述的耐热性纤维为短纤维或复合长丝。

7、根据权利要求1所述的电袋结合除尘用过滤材料，其特征是：所述的纤维网经过了表面烧毛、表面轧光、光亮加工、表面涂层、覆膜、浸渍中的一种或多种后加工处理。

8、一种权利要求1所述的电袋结合除尘用过滤材料在制备过滤袋中应用。

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