工業(yè)除塵濾料與技術(shù)發(fā)展概況

工業(yè)煙氣的粉塵顆粒物、SO2及NXO治理催生除塵濾料的應(yīng)用，各行業(yè)的“超低排放”改造推動(dòng)除塵濾料高速發(fā)展。自上世紀(jì)80年代我國第一塊非織造濾料誕生各行各業(yè)真正開始關(guān)注大氣排放。除塵濾料與除塵技術(shù)得到蓬勃發(fā)展，各種工業(yè)除塵濾料及除塵設(shè)備更新迭代逐漸朝著數(shù)字化、自動(dòng)化、數(shù)據(jù)化和智能化的方向邁進(jìn)。自2019年4月，國家發(fā)布并實(shí)施“史上最嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)”后，各項(xiàng)除塵應(yīng)用技術(shù)得到飛速發(fā)展，國內(nèi)空氣污染治理成效顯著。2023年全國環(huán)境空氣質(zhì)量保持長(zhǎng)期向好態(tài)勢(shì)。地級(jí)及以上城市細(xì)顆粒物(PM2.5)平均濃度為30微克/立方米,好于年度目標(biāo)近3微克/立方米。全國優(yōu)良天數(shù)比例為85.5%，扣除沙塵異常超標(biāo)天后為86.8%好于年度目標(biāo)0.6個(gè)百分點(diǎn)。(2023年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào))。

圖1：2023年全國城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)情況

隨著國家大氣管控的要求越來越嚴(yán)格，排放要求進(jìn)入“個(gè)位數(shù)”時(shí)代，濾料的基本性能和功能已在悄然發(fā)生變化，在傳統(tǒng)濾料及除塵設(shè)備結(jié)構(gòu)上，演化出多種新的材料及新的應(yīng)用技術(shù)。本文將在當(dāng)前工業(yè)除塵濾料的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行綜合介紹，并就未來已經(jīng)開始和即將出現(xiàn)的新的發(fā)展方向進(jìn)行探討。

1、除塵原理及濾料基本要求

1.1除塵基本原理

除塵主要原理是通過一系列的物理/化學(xué)作用，實(shí)現(xiàn)氣固分離或氣液分離，部分特殊功能的除塵器，亦可實(shí)現(xiàn)氣氣分離或氣固液三相分離。除塵濾料是除塵工作的核心部件，是除塵器保證良好運(yùn)行效果的關(guān)鍵材料，濾料的性能直接決定了除塵效果。一般情況下濾布除塵的

原理主要有以下幾方面:

(1)物理攔截:濾布纖維間的空隙或吸附在濾布表面粉塵間的空隙將大于空隙直徑的粉塵分離下來。

(2) 慣性碰撞:含塵氣體通過濾布時(shí)，較大的粉塵顆粒由于慣性作用撞擊到纖維上而被捕集。

(3)黏附作用:細(xì)小的粉塵顆粒隨氣流繞流時(shí)，若粉塵的半徑大于粉塵中心到濾布邊緣的距離，則粉塵被濾布黏附而被捕集。

(4)擴(kuò)散作用:對(duì)于極細(xì)小的粉塵顆粒，由于布朗運(yùn)動(dòng)增加與濾布的接觸機(jī)會(huì)，使粉塵被捕集。

(5)靜電作用:粉塵顆粒間相互撞擊產(chǎn)生靜電，若粉塵與濾布所帶電荷相反，則粉塵被吸附在濾布上，實(shí)現(xiàn)粉塵捕集，提高除塵效率。

(6)重力作用:當(dāng)氣流速度突然降低或者氣流改變流向，較大顆粒的粉塵在重力和慣性力作用下與氣體分離，通過沉降達(dá)到除塵效果。

1.2除塵基本性能

判斷除塵器運(yùn)行的效果，主要通過對(duì)比除塵過濾的基本性能指標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。一般情況下，除塵器過濾的基本性能包括如下方面:

(1)過濾性能:

容塵量大，清灰后能保留一定的永久性容塵，以保持較高的過濾效率。透氣性好，壓力損失小，確保氣流順暢。

(2)物理耐久性:

抗皺折、耐磨、耐溫和耐腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高，保證濾料在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性。尺寸穩(wěn)定，不易變形。

(3)清灰特性:

吸濕性小，剝離性好，易清灰，確保濾料表面不易粘附粉塵，便于清潔。

(4)經(jīng)濟(jì)實(shí)用性:

使用壽命長(zhǎng)，降低更換頻率。成本低，價(jià)格合理，符合經(jīng)濟(jì)效益。

2、工業(yè)除塵類型

工業(yè)除塵種類較多，主要可分為干式和濕式兩大類。

干式除塵器 :如布袋除塵器、濾筒除塵器、脫硫除塵器、旋風(fēng)除塵器、靜電除塵器等，主要通過過濾、慣性、電除塵等方法將顆粒物從氣體中分離出來，適用于不同場(chǎng)景和需求。

濕式除塵器:如濕式旋風(fēng)除塵器、濕式電除塵器、濕式洗滌塔等，利用水膜或液態(tài)噴霧將氣體中的顆粒物與水混合，達(dá)到除塵目的，常用于處理高溫、高濕、粘稠、易粘附的粉塵。

此外，還有一些特殊類型的除塵器，如活性炭吸附除塵器，主要用于處理有機(jī)污染物。

目前，比較通用的除塵技術(shù)基本采用袋式除塵或電/袋復(fù)合除塵。袋式除塵主要通過機(jī)織或非織造的方法，將纖維制成氈材濾料，最后通過制袋工藝形成除塵濾袋將除塵濾袋安裝在袋式除塵器中，通過濾袋的過濾作用，將煙氣中的粉塵顆粒物脫除，達(dá)到除塵效果，典型袋式除塵器如圖2所示。

圖2，袋式除塵器示意圖

3、濾料的回收和再利用

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和資源循環(huán)利用的需求，濾料的回收和再利用變得日益重要。濾料的回收和再利用是環(huán)保和資源循環(huán)利用的重要環(huán)節(jié)，這不僅有助于減少環(huán)境污染，還能節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。除塵濾料的回收再利用的方式多樣，概括主要有以下幾類:

3.1清洗利用

初級(jí)循環(huán):高阻濾袋清灰與清洗。針對(duì)濾袋結(jié)露、粘油、粘黏等意外導(dǎo)致的高阻力失效，在確認(rèn)其他性能尚可的情況下，可實(shí)施清洗后再用。

3.2材料再利用

次級(jí)循環(huán):舊濾袋濾布復(fù)用。針對(duì)局部機(jī)械損壞或結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致的濾袋失效，在確認(rèn)可實(shí)行清洗和裁剪、縫制再利用，實(shí)現(xiàn)次級(jí)循環(huán)。

3.3纖維提取

一級(jí)回收:舊濾袋纖維復(fù)用。濾袋性能下降不可再用，但纖維材質(zhì)未出現(xiàn)異常和損傷，可采用清洗、打散作為復(fù)用纖維再利用，從而實(shí)現(xiàn)一級(jí)回收。

3.4材質(zhì)提取

二級(jí)回收:樹脂高品質(zhì)回收復(fù)用。纖維性能下降不可直接用，或復(fù)合纖維濾料無法直接再用。可實(shí)施化學(xué)法提純后再造，形成新的回收材質(zhì)，實(shí)現(xiàn)二級(jí)回收。

3.5熱能回收

能源利用:焚燒回收能源。濾袋材料結(jié)構(gòu)遭到破壞，或者材質(zhì)分子端失去利用價(jià)值，無法再用或低價(jià)值類不值得回收濾袋，可實(shí)施焚燒回收熱能。

4、展望

我國的工業(yè)除塵濾料發(fā)展迅速，面向不同行業(yè)的工業(yè)除塵產(chǎn)品及濾料逐漸向著智能化、專一化、功能化和更加節(jié)能化發(fā)展。主要具體表現(xiàn)如下:

(1)經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展，濾料的纖維材質(zhì)選型、織物組織結(jié)構(gòu)、過濾方式等已基本成型，行業(yè)內(nèi)基本形成應(yīng)用共識(shí)和穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝。

(2)“超低排放”要求推動(dòng)濾料技術(shù)進(jìn)步，新的濾料設(shè)計(jì)、新的濾材工藝不斷涌現(xiàn);復(fù)合型、特殊功能型濾料及產(chǎn)品日趨成熟和推廣，技術(shù)不斷得到更新和迭代。

(3)一體化、功能化、數(shù)字化和智能化的控制系統(tǒng),機(jī)器應(yīng)用不斷得到展現(xiàn)，為濾料新的研究和發(fā)展方向;

(4)廢舊濾料的回收和再利用，提上日程和初具規(guī)模，資源化、無害化處理任重道遠(yuǎn);

(5)節(jié)能降碳、高效低阻、智能監(jiān)測(cè)、超高溫及超濾材料將會(huì)成為濾料未來發(fā)展方向。