聚四氟乙烯覆膜无缝滤袋在水泥行业粉尘的“超净排放”应用探讨
时间：2021-01-10 08:02:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
一、概述
我国水泥产量自2006-2014年逐年增长，15年间水泥产量增加了11.5亿t，连续30年产量居全球第1。在水泥的生产过程中，很多工序都会产生废气排放或外逸，从而引起粉尘或烟气污染。依据新颁布实施的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013）要求：水泥行业无组织颗粒物排放限值为0.5mg/m3；重点地区企业、新建企业（及现有企业2015年后）和现有企业（2015年前）的矿山开采，散装水泥中转站及水泥制品生产，破碎机、磨机、包装机及其他通风生产设备的颗粒物排放限值分别为10mg/m3、20mg/m3和30mg/m3；而重点地区企业、新建企业和现有企业（2015年前）的水泥窑及窑磨一体机，烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机的颗粒物排放限值分别为20mg/m3、30mg/m3和50mg/m3[1]。
新标准（GB 4915-2013）的环保要求比修订前确实高了不少，已接近或达到欧盟标准，但相对于煤电行业的“超净排放”[2]，同样作为国家基础性工业的水泥行业大气污染控制技术发展却相对滞后。因此新标准的实施将对我国水泥工业烟气过滤提出更高的要求。
在水泥工业生产中产生的粉尘一般采用静电除尘器或袋式除尘器加以脱除，但是目前水泥生产过程中产生的含尘气体成份复杂，其中窑尾排放烟气的粉尘浓度、粒径及烟气含湿量都会随风量变化而变化，而且还含有硫化物和氮氧化物等有害腐蚀性气体[3]。因此在选择窑尾的过滤材料时需充分考虑到滤料的耐温性、耐腐蚀、抗氧化、耐水解等综合性能，要综合考虑国家和行业标准要求的烟气粉尘污染物的排放限值、使用寿命多方面考虑，才能有望实现水泥行业的“超净排放”。而聚四氟乙烯（PTFE）覆膜滤料就是可以担当此重任的合适之选。
二、PTFE覆膜滤料的开发及应用
1.三维拉伸聚四氟乙烯微孔膜
PTFE微孔薄膜是一种具有孔隙率高、孔径较为均匀且孔径范围为0.01～2.5μm的原纖状微孔结构膜。传统的双向拉伸工艺制备的PTFE微孔膜其微观结构为点状放射的结果（图1），因此其强度普遍不高，且孔隙率和孔径不均匀。上海市凌桥环保设备厂有限公司通过三维立体拉伸工艺对PTFE树脂选择、混料工艺、拉伸工艺研究[4]，制备了一种具有立体三维的网状结构高精度耐腐蚀PTFE微孔膜。采用三维立体拉伸工艺制备PTFE膜，降低对拉伸机内的温度要求，只需简单的温度梯度即可。因此，立体拉伸既可以提高PTFE薄膜孔径均匀性、厚度均匀和力学强度等，同时因为采用了三维拉伸和梯度温度工艺，因此简化了拉伸的操作流程提高了生产效率。
从PTFE微孔膜表面微观结构分析的SEM照片（图2）可以看出，这种膜内部是由许多纵横交错的纤维构成的三维立体结构膜，具有PTFE固有的一切优异特性。
采用三维立体拉伸工艺制备的高精度耐腐蚀PTFE微孔膜相比于传统双向拉伸膜有以下优势：①拉伸完全，几乎所有区域都发生拉伸取向；②原纤化程度高，拉伸节点很小，提高了PTFE膜内部结构的纤维化程度和膜的力学强度；③具有较好三维立体空间结构，孔隙率达到80%～90%，有利于提高过滤效率；④孔径大小在0.10～5μm之间，微孔分布均匀，孔径大小分布可控（如图3）；⑤幅宽可达3.0m，制得的膜厚度均匀，膜厚控制在4～20μm，厚度偏差±1.5μm。
2.PTFE覆膜过滤材料
PTFE覆膜滤料则是将PTFE微孔薄膜通过热压或者粘结等特殊工艺覆合在针刺毡（水刺毡、熔喷无纺布、纺粘无纺布）滤料表面而成的一种新型过滤材料。PTFE薄膜具有多微孔性、透气性和憎水生，薄膜表面光滑，摩擦系数极低，粉尘剥离性好，不易积尘，将其覆合到普通过滤材料的表层，使烟气中的粉尘几乎全部收集在薄膜的表面，且形成的粉尘层易被清掉，实现表面过滤，粉尘不会渗透到织物内部，粉尘不与基布层接触，减少了磨损，降低清灰能耗，大大提高了使用寿命。具有未覆膜过滤材料无可比拟的优越性。该PTFE覆膜滤料具有粉尘剥离强度高、透气量大、阻力小、孔径分布集中均匀等特点，除尘效率达99.99%以上，是烟气污染粉尘理想的过滤材料。
因此，为满足新的《水泥工业大气污染物排放标准》要求和2018年1月1日即将实施的《中华人民共和国环境保护税法》，上海市凌桥环保设备厂有限公司以滤料国产化为目标，研发出了一种具有完全自主知识产权的高性能新型PTFE无缝滤袋，从微观结构、过滤性能、使用周期等均在对水泥行业排放的“超净排放”上得到实践证明，证明了高性能新型PTFE无缝滤袋具有相当的优越性。
（1）纯PTFE覆膜过滤材料
纯PTFE覆膜滤料以PTFE长纤维为基础机织成基布，再通过在基布上针刺PTFE短纤维制成聚四氟乙组针刺毡，然后覆合相应规格的PTFE微孔膜制成纯PTFE覆膜滤料。纯PTFE覆膜过滤材料具其他传统过滤材料所不具有的耐高低温、耐高酸碱等特性[3]，检测结果显示，上海市凌桥环保设备厂有限公司生产的纯PTFE覆膜滤料对MPPS（PM0.06）的过滤效率为99.99%（对应高效过滤器的H14）（图4），具有过滤效率高、运行阻力低的特点，降低了清灰频率低，提高了使用寿命长，不仅能够降低能耗，也减少了维保方面的费用。
（2）PTFE覆膜无缝滤袋
PTFE覆膜无缝滤袋由迎尘面复合PTFE微孔薄膜的针刺毡或无纺布制成的滤袋，特点是涤纶等基材的滤袋直接通过热熔复合工艺制备（图5-1），杜绝袋身存在针孔。而纯PTFE滤料不能热熔，滤袋在缝合位置仍有大量针孔，超细粉尘还会从针孔窜出，因此采用在三线缝合处用特殊密封带热熔贴合提高滤袋的密封性（图5-2），为水泥行业烟气治理“超净排放”（图6）提供一种可行性的解决方案。该项工艺与现有技术相比具有过滤精度高，除尘效率好，尤其适用于过滤PM0.3、PM1.0、PM2.5及PM10等粉尘的滤袋，过滤效率高。经过检测，PTFE覆膜无缝滤袋的PM2.5过滤效率达到99.999%，而对MPPS（PM0.3）的过滤效率也达到了99.97%。无缝滤袋制作方便，生产成本低，使用效果好。
PTFE覆膜无缝滤袋经江西万年青水泥股份有限公司实际工况测试，进口浓度为24 695mg/m3，出口排放浓度为1.8mg/m3，排放浓度值远低于《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013）规定的10mg/m3，实现了对水泥工业烟气治理的“超净排放”，是一种很有应用前景及实用价值的细微颗粒物过滤材料。
三、结语
目前纯PTFE材质的过滤材料持续运行温度可以达到250℃，且瞬时温度达到260℃，而聚苯硫醚、Nomex和P-84的持续运行温度和瞬时温度均不及纯PTFE覆膜无缝滤料。如将耐温性和过滤效率作为袋式除尘器滤料运行的指标，PTFE覆膜无缝滤袋很显然更具有优势。因此，与传统加工工艺制备的覆膜过滤材料相比，纯PTFE覆膜无缝过滤材料更能满足高苛刻条件下的烟气净化工矿要求，提高烟气过滤效率，实现“超净排放”。
参考文献
[1] 国家环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.GB4915-2013水泥工业大气污染物排放标准[S].北京：中国环境出版社，2014.
[2] 蒲鹏飞.燃煤电厂实现多污染物超净排放的优选控制技术分析[J].环境工程，2015，33（7）：139-143.
[3] 黄碧捷.水泥工业粉尘污染特征及控制技术[J].绿色科技，2013（12）：140-142.
[4] 陈观福寿，黄斌香.三维立体拉伸聚四氟乙烯微孔膜工艺[J].现代化工，2013，33（1）：80-83.
