近幾年，空氣質(zhì)量不斷惡化，霧霾天氣嚴(yán)重，大氣環(huán)境污染日益嚴(yán)重。目前我國工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)占據(jù)主要的地位并長期存在，煤炭在各種能源中比例大于70%，燃煤電廠煙塵排放量占全國總排放量的40%-50%，PM2.5排放量占全國的20%-30%，煤煙型污染仍然是我國大氣污染的主要形式之一。自2014年7月1日起，重點(diǎn)控制區(qū)47個(gè)城市主城區(qū)的燃煤機(jī)組執(zhí)行特別排放限值，煙塵排放要求為20毫克/立方米，部分地區(qū)要求排放為10毫克/立方米。從某種意義上來講，目前大氣污染物日益嚴(yán)重與終端工廠落后的過濾手段有關(guān)。
1、超細(xì)面層梯度結(jié)構(gòu)濾料
超細(xì)面層梯度結(jié)構(gòu)濾料是針對(duì)日益嚴(yán)格的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)而開發(fā)的一種新型濾料，其主要分為四個(gè)部分組成，從上往下依次為：超細(xì)纖維層，細(xì)纖維層、基布和粗纖維層。傳統(tǒng)的濾料采用夾心層對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即基布上下層纖維材料完全一樣，過濾方式為深層過濾;該濾料采用纖度/密度分級(jí)組合的梯度結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見圖1-3：表層過濾層由超細(xì)PPS纖維形成致密層，迎塵層填充密度梯度結(jié)構(gòu)，中層為高強(qiáng)低伸PTFE基布，里層與迎塵層形成纖度梯度結(jié)構(gòu)，易于空氣通過的粗孔層。
超細(xì)纖維的線密度小，纖維直徑越細(xì)，透氣通道越致密，采用超細(xì)纖維制作的梯度結(jié)構(gòu)濾料孔徑更加細(xì)小，大幅度提高濾料的過濾精度，獲取更高的排放值。該梯度層狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有利于濾餅形成，使濾料過濾精度高且保持較大的透氣量，提高粉塵的捕集效率，降低設(shè)備運(yùn)行阻力。
2、超細(xì)面層梯
2.1實(shí)驗(yàn)簡介
2.1.1主要儀器
YG026H型多功能電子強(qiáng)力機(jī)(武漢);YG461E織物透氣量儀透氣儀(武漢);Topas AFC-132濾料測(cè)試臺(tái)(德國);Topas PSM165孔徑測(cè)試儀(德國);高精度電子秤0.001g。
2.1.2 實(shí)驗(yàn)方法
市場(chǎng)選購三氧化二鋁粉塵和電廠提供的粉塵樣品，由第三方提供粒度分析報(bào)告;常規(guī)測(cè)試使用強(qiáng)力機(jī)與透氣儀采用GB/T 3923. 1紡織品織物拉伸性能、GB/T 5453紡織品織物透氣性的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試;過濾性能測(cè)試使用AFC-133濾料測(cè)試儀采用VDI3926評(píng)價(jià)可清潔濾料的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試;濾料孔徑測(cè)試使用PSM-165孔徑測(cè)試儀采用ISO4003國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。
2.1.3測(cè)試裝置
AFC-132濾料測(cè)試臺(tái)對(duì)于濾料的優(yōu)化和發(fā)展以及生產(chǎn)過程中的質(zhì)量保證具有重要的意義。其中，容塵量和過濾效率是過濾材料特性中最被關(guān)注的性能之一，由被測(cè)濾料上、下游的壓差和測(cè)試顆粒物的粒徑或者質(zhì)量決定。
圖 2-1為濾料性能測(cè)試裝置圖，可模擬實(shí)際工況條件下，選擇三氧化二鋁粉塵進(jìn)行濾料過濾性能特性測(cè)試。
2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
2.2.1 常規(guī)性能測(cè)試
表2-1為超細(xì)面層梯度結(jié)構(gòu)PTFE復(fù)合濾料的常規(guī)測(cè)試結(jié)果，通過測(cè)試結(jié)果，我們可以看出超細(xì)面層梯度結(jié)構(gòu)PTFE復(fù)合濾料的經(jīng)向強(qiáng)力平均為1267.8N，緯向強(qiáng)力平均為1812.6N，均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。濾料的緯向強(qiáng)力主要與纖維之間的抱合力、糾纏程度有關(guān)，經(jīng)向強(qiáng)力與PTFE基布的強(qiáng)力相關(guān)。由圖2-1和2-2可知，經(jīng)向和緯向?yàn)V料斷裂曲線不同，經(jīng)向?yàn)V料斷裂主要是由基布承受拉力，緯向?yàn)V料斷裂第一個(gè)峰值為基布受力，第二個(gè)峰值為纖維斷裂受力。透氣性能良好，有利于對(duì)粉塵的隔離。這表明常規(guī)性能與纖維種類、比例、以及生產(chǎn)工藝相關(guān)，與濾料的結(jié)構(gòu)關(guān)系不大。
2.2.2 過濾性能測(cè)試
由表2-2可知，由于超細(xì)面層梯度結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果可知，前30個(gè)周期濾料的過濾時(shí)間較長，同時(shí)排放濃度為0.12mg/m3，遠(yuǎn)高于普通濾料過濾排放濃度;穩(wěn)定階段后，相當(dāng)于正常使用塵餅層形成，1000Pa定壓噴吹階段排放濃度達(dá)到0.027mg/m3，1800Pa定壓噴吹2小時(shí)，平均清灰周期為655s，可見濾料阻力上升比較穩(wěn)定，排放濃度為0，實(shí)現(xiàn)了超凈排放。這與濾料表面超細(xì)面層結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系，表層為超細(xì)纖維層，纖維比表面積大，濾料表面過濾面積增大，顯著提高了濾料的過濾性能。
由圖2-3可知，濾料阻力上升比較平穩(wěn)，初始阻力為30Pa，老化階段結(jié)束時(shí)的殘余阻力為358Pa。梯度結(jié)構(gòu)濾料，濾料表面為超細(xì)面層，纖維分布致密，過濾原理為“類表面過濾”[2]，能夠?qū)⒎蹓m有效截留在濾料表層，降低粉塵的滲透，同時(shí)有利于清灰，大大降低了阻力的上升時(shí)間。
由圖2-4可知，濾料阻力上升時(shí)間均勻，反應(yīng)了濾料已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定過濾階段，濾料表層粉餅層已經(jīng)形成，通過2h定壓噴吹測(cè)試，過濾效率達(dá)到99.999%，已實(shí)現(xiàn)超凈排放。
由圖2-5可知，濾料阻力上升時(shí)間均勻，反應(yīng)了濾料已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定過濾階段，濾料表層粉餅層已經(jīng)形成，通過2h1800Pa定壓噴吹測(cè)試，過濾效率達(dá)到100%，達(dá)到了超凈排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.2.3 掃描電鏡測(cè)試
由圖2-6可知，超細(xì)面層梯度結(jié)構(gòu)濾料分層明顯，可以很清晰的看到，梯度結(jié)構(gòu)濾料四層結(jié)構(gòu)：超細(xì)面層，細(xì)纖維層，基布以及底層，超細(xì)纖維主要集中在濾料的表面，也驗(yàn)證了梯度結(jié)構(gòu)濾料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，完全符合“類表面過濾”機(jī)理。
3 結(jié)論
1)溫度方面考慮：梯度結(jié)構(gòu)濾料長期使用溫度為160℃，在溫度方面能夠滿足長期使用條件。
2)力學(xué)性能方面：梯度結(jié)構(gòu)濾料的常規(guī)性能測(cè)試顯示，完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。
3)耐氧化方面考慮：電廠環(huán)境下，工況條件下氮硫含量較低，梯度結(jié)構(gòu)濾料能夠完全符合使用工況;針對(duì)梯度結(jié)構(gòu)濾料使用高效PTFE滲膜處理，提高其耐酸性、抗氧化腐蝕能力。
4)運(yùn)行阻力和過濾效率方面考慮：采用梯度結(jié)構(gòu)濾料，濾料結(jié)構(gòu)層次分明，實(shí)現(xiàn)“類表面過濾”，能夠?qū)⒎蹓m有效截留在濾料表層，減少粉塵細(xì)微顆粒的滲入，大大提高了過濾精度，實(shí)現(xiàn)超凈超低排放要求，同時(shí)也保證了后期的使用設(shè)備的運(yùn)行阻力穩(wěn)定。
