PTFE覆膜滤料在氧化铝焙烧使用中的过滤性能分析

刘江峰 徐 辉 周冠辰 刘 海

安徽元琛环保科技股份有限公司，安徽 合肥 230001



PTFE覆膜滤料在氧化铝焙烧使用中的过滤性能分析

刘江峰 徐 辉 周冠辰 刘 海

安徽元琛环保科技股份有限公司，安徽 合肥 230001

氧化铝焙烧烟气净化多采用过滤除尘，而除尘的核心部位是滤料。由于氧化铝焙烧炉尾气具有高温、高湿、高腐蚀等特点，因此，选用PTFE覆膜滤料，通过AFC-133测试平台模拟工况，测试覆膜滤料的过滤效率和过滤阻力，证实PTFE覆膜滤料对氧化铝焙烧炉尾气中的粉尘具有高效捕集的作用，在1 m/min风速下，排放浓度为0.4669 mg/m3。

过滤，烟气，PTFE覆膜滤料，净化

为了防治氧化铝焙烧烟气排放造成的污染，中华人民共和国环境保护部发布的《铝工业污染物排放标准》(GB 25465—2010)明确规定，氧化铝焙烧烟气污染物中颗粒物的排放浓度限值为10.000 mg/m3。

当前，袋式除尘是工业烟尘过滤效率最高的一种除尘方式[1-3]，出口粉尘排放浓度可控制到低于10 mg/m3， 达到烟尘超净排放目标。袋式除尘中，滤料是核心部件，滤料的选用对除尘器的过滤效率和过滤阻力有直接的影响。为了使氧化铝焙烧烟气获得更低的烟尘排放浓度，同时为了适应高温、高湿、高腐蚀的恶劣环境，研究纯PTFE覆膜滤料的过滤性能尤为重要[4-5]。本文依据德国科学技术协会标准VDI 3926-2004[6]，通过改变过滤风速和入口烟尘浓度的方式，对聚四氟乙烯(PTFE)覆膜滤料的过滤性能进行研究。

1 试验

1.1 试验样品

样品1：PTFE膜材。

样品2：先采用针刺工艺将面层、中间层和底层有序结合在一起，再将PTFE膜材采用热熔工艺附着在面层上，形成PTFE覆膜滤料。

PTFE覆膜滤料的面层为超细PTFE纤维，底层为普通PTFE纤维，中间层为PTFE基布。采用针刺工艺将三者有序地结合在一起，可形成纤维杂乱排列的三维微孔结构的针刺毡。随后，通过烧毛、压光、高温定型等处理，再对PTFE滤料进行PTFE覆膜处理，制得PTFE覆膜滤料。

PTFE膜材与PTFE覆膜滤料照片分别见图1和图2。PTFE覆膜滤料的部分性能参数见表1，其强伸性达到国家标准要求(表2)。

图1 PTFE膜材照片

图2 PTFE覆膜滤料照片

表1 PTFE覆膜滤料的部分性能参数

表2 PTFE覆膜滤料的强伸性能参数

1.2 试验仪器

AFC-133滤效测试台(德国Topas)；PHENOM PURE扫描电子显微镜。

1.3 试验方案

考虑到实际工况条件，对排放粉尘进行扫描电镜和粒径分析，选取试验粉尘，并参照VDI 3926-2004进行测试。测试步骤如下：

制备滤料；设定测试条件(风速、粉尘浓度)；初始过滤循环30次，定压1 000 Pa清灰；老化过程清灰5 000次，时间间隔5 s；老化后循环过滤30次，定压1 000 Pa清灰。

过滤风速：1、2 m/min；入口粉尘浓度：1、3、5、7、10 g/m3。

2 试验结果与分析

2.1 粉尘(Al2O3)SEM照片

由于金属冶炼行业粉尘颗粒小，过滤粉尘需要回收，排放要求高，因此，模拟测试前需要对排放粉尘粒径分布进行分析。

图3为排放粉尘和标准粉尘的SEM照片。由图3(a)可知，粉尘粒径主要集中在1～4 μm，1 μm以下和4 μm以上的比较少，且粒径分布不均匀。由图3(b)和(c)可知，干燥前，标灰颗粒团聚现象比较严重，颗粒粒径在微米级以上的数量较多，且集中在1～4 μm；干燥后，标灰颗粒团聚现象有所减弱，粒径为纳米级的颗粒数量较多，仅少量为2～3 μm。

(a) 排放粉尘

(b) 干燥前标灰

(c) 干燥后标灰

图4(a)为排放粉尘粒径分布曲线，粒径在7.661 μm 以下的占50%(质量分数)，37.510 μm以下的占90%(质量分数)。图4(b)为标灰干燥后的粉尘粒径分布曲线，粒径在3.136 μm以下的占50%(质量分数)，17.920 μm以下的占90%(质量分数)。干燥后，标灰颗粒粒径分布均匀，符合工况。

(a) 排放粉尘

(b) 干燥后标灰

2.2 过滤性能

图5所示为PTFE覆膜滤料在不同风速、不同入口烟气浓度下的烟尘过滤效率。由图5中曲线可知，在风速一定时，随着入口烟气浓度的提高，排放浓度增加，过滤效率降低；而在入口烟气浓度一定时，随着风速的加快，排放浓度上升，过滤效率降低。在入口烟气浓度为10 g/m3时，PTFE覆膜滤料的排放浓度在风速1、2 m/min条件下分别为0.467、0.726 mg/m3，过滤效率分别为99.995 5%、99.9927%。

图5 不同风速和不同入口烟气浓度下排放浓度和过滤效率

2.3 过滤阻力

图6和图7所示为不同风速时老化清灰5 000次，循环过滤30次，不同入口烟气浓度下的过滤阻力。由图6可知，当风速为1 m/min时，入口烟气浓度为1 g/m3时的过滤时间最长，过滤阻力上升均匀；入口烟气浓度为10 g/m3时的过滤时间最短，过滤阻力随时间延长而增加，且普遍高于入口烟气浓度为1 g/m3时的过滤阻力。由图7可知，风速为2 m/min时， 入口烟气浓度为1 g/m3时的过滤时间最长，过滤阻力上升均匀；入口烟气浓度为10 g/m3时的过滤时间最短，过滤阻力随时间延长而增加，同样普遍高于入口浓度为1 g/m3时的过滤阻力。

图8为一定风速下，入口烟气浓度为1、5、10 g/m3时的过滤阻力。由图8(a)可得出，风速为1 m/min时，入口烟气浓度为10 g/m3时的过滤阻力最大，入口烟气浓度为1 g/m3时的过滤阻力最小。这是由于入口烟气浓度越高，单位面积内的粉尘越多，故而过滤阻力上升。图8(b)中的风速为2 m/min，入口烟气浓度为10 g/m3时的过滤阻力最大，入口烟气浓度为1 g/m3时的过滤阻力最小。因为入口浓度越高，单位面积的粉尘量越大，所以阻力上升得越快。因此，风速为2 m/min时，在相同的入口烟气浓度下，过滤阻力高于风速为1 m/min时的过滤阻力。

(a) 1 g/m3

(b) 5 g/m3

(c) 10 g/m3

(a) 1 g/m3

(b) 5 g/m3

(c) 10 g/m3

(a) 风速1 m/min

(b) 风速2 m/min

3 结语

通过分析可知， PTFE覆膜滤料表面光滑，容易清灰，过滤效率稳定，当入口烟气浓度为10 g/m3时，在1 m/min的风速下排放浓度为0.467 mg/m3，在2 m/min的风速下排放浓度为0.726 mg/m3，远小于标准限定的10.000 mg/m3，适合对过滤精度要求高，且烟尘尾气为高温、高湿、高腐蚀等恶劣环境的氧化铝焙烧行业使用。

[1] WILLIAM J O, MARKUSSEN J M, HENRY W P, et al. Characterization of NO2and SO2removals in a spray dryer/baghouse system[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research,1994, 33(11): 2749-2756.

[2] 李湘洲. 水泥立窑除尘技术的现状与趋势[J]. 中国粉体技术, 2002, 8(4): 44-46.

[3] 祁君田. 现代烟气除尘技术[M].北京：化学工业出版社, 2008: 394-395.

[4] 杜柳柳．袋式除尘器用PTFE复合滤料性能的试验研究[D]. 上海: 东华大学，2008．

[5] ROBERT L S. Filter laminates: US 4983434[P]. 1991-01-08.

[6] VEREIN D I. VDI 3926. Testing of cleanable filter media—Standard test for the evaluation of cleanable filter media[S]. German, 2004.

Analysis on filtration performance of pure PTFE membrane filter materials applied in roasting process of alumina

LiuJiangfeng,XuHui,ZhouGuanchen,LiuHai

Anhui Yuanchen Environmental Protection Science & Technology Co., Ltd., Hefei 230001, China

The fume gas purification of the roasting process of alumina always uses the bag-filter, and the core part of the dust removal is filter materials. Because of high temperature, high humidity, high corrosion and other special environment, pure PTFE membrane filter materials were selected. Through the AFC-133 test platform simulation, the filter efficiency and resistance test were carried out, and confirmed that the pure PTFE membrane filter material in the roasting process of alumina had a high efficiency of 0.4669 mg/m3under the wind speed of 1 m/min.

filtration, fume, pure PTFE membrane filter material, purification

2015-11-24

刘江峰，男，1982年生，中级工程师/技术总监，主要从事大气污染物除尘治理及袋式除尘过滤材料的研究工作

TB332

A

1004-7093(2016)06-0028-05