DAGONG-TEX覆膜滤料在水泥工业上的应用

    近几年，随着新型干法水泥生产的快速发展，水泥行业技术装备水平不断提高，一些高新技术在环保装备中也得到了应用。而水泥企业在环保、节能等方面如何达到新的国家标准《水泥工业大气污染排放标准》（GB4915-2004）的要求，以及如何完成国务院2006年初提出的能耗降低4％、污染物排放降低2％的目标，是亟待解决的问题。我国水泥行业单位产量综合能耗比国际先进水平高45％，这是因为目前布袋收尘设备大多采用的普通滤料，在进行过滤时造成粉尘阻塞滤料、清灰不净，设备运行阻力增加直接导致了能耗升高，最终因粉尘不断深入滤料纤维内部造成堵塞而报废，故使用周期短；同时，对粒径小于10滋m的超细粉尘的分级脱除效率低。不仅不能满足环保要求，也相应地加大了企业的环保成本。
    随着新型滤料——聚四氟乙烯（Poly-TetraFluoroethylene-PTFE）覆膜滤料的出现，在我国市场上，一些国外知名品牌产品开始流行。但在价格、现场维护和服务等方面，均还存在不足。因此，为满足新的排放指标要求和国内环保市场需求，我们以国产化为目标，研发出了一种性能和价格均优的新型PTFE覆膜滤料——DAGONG-TEX誖，从微观结构、过滤性能、使用周期等均在水泥企业得到实际应用和考验，证明了该滤料与国外同类产品相比，具有相当的优越性。
    一、滤料的工作原理众所周知，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，后者的核心部件是普通滤料或覆膜滤料，但两种滤料的过滤原理有本质的区别。
    普通滤料即传统的针刺毡、编织滤料等。其工作原理是所谓的“深层过滤”技术（图1a），即通过滤料纤维的捕集，先在滤料表面形成“一次粉尘层”（即粉饼），再通过这层粉饼来过滤后续的粉尘。在使用初期，由于滤料本身的空隙较大，部分粉尘会穿过滤料排放出去。只有当粉饼形成后，过滤过程才真正开始。继续使用后，滤料表面的粉尘会逐渐渗入到滤料中，导致滤料孔隙堵塞，使设备运行阻力不断增加，直至必须更换滤料为止。
    覆膜滤料则是将聚四氟乙烯（PTFE）薄膜覆在普通滤料表面而成的一种新型滤料。这层薄膜相当于起到了“一次粉尘层”的作用，物料交换是在膜表面进行的，使用之初就能进行有效的过滤。薄膜特有的立体网状结构，使粉尘无法穿过，无孔隙堵塞之虞。这种过滤方式称为“表面过滤”（图1b）。覆膜滤料不仅可实现近于零排放，同时由于薄膜不粘性、摩擦系数小，故粉饼会自动脱落，确保了设备阻力长期稳定，因此充分发挥了袋式除尘器的优越性，是理想的过滤材料。
    普通滤料具有价格低廉优势，但运行后阻力较大、能耗高，且难以实现低于30mg/Nm3的排放指标要求，尤其在含尘浓度较高的工作环境中，随着粉尘堵塞的加剧，滤袋表面积灰增厚，清灰效率日渐低下，最终影响到系统的正常运行而不得不更换滤袋，滤袋更换期（使用周期）较短，综合成本反而更高。
    两种滤料的不同过滤方式如图1所示：
    图1：普通滤料和覆膜滤料的不同过滤原理（清吹阶段）示意图相比之下，覆膜滤料价格偏高，但排放含尘浓度可达30mg/Nm3甚至10mg/Nm3以下，设备是在低压下运行能耗极大的降低，寿命长达3年以上。折算成每年的运行维护成本后，其性价比可比普通滤料更高。有效节约了成本和能耗。
    二、DAGONG-TEX誖膜DAGONG-TEX誖膜是以PTFE树脂为原料，经特殊的双向拉伸工艺而成，是一层具有不粘性、光滑和多微孔薄膜，微孔数量可达1×109/cm2，可以覆合在传统的针刺毡和编织滤料表面，具有以下特点：
    优异的过滤效率（99.99%以上）；卓越的尘饼剥离性能；光滑表面使糊袋现象大大减少；过滤风速高，能耗低；可捕集粒径1滋m以下的超细粉尘；开孔率：85%～93%；孔径分布均匀，控制在0.05滋m～3滋m的范围内（可根据实际粉尘的颗粒大小，提供孔径合适的膜材料，以达到最佳的效果）；温度适用范围：-180℃～260℃；耐化学腐蚀性（除熔融碱金属、元素氟气体有轻微腐蚀以外）。
    DAGONG-TEX誖膜的优良性能与其均匀的微孔结构密切相关，如图2所示。
    三、薄膜滤料的鉴别市场上已经有很多种覆膜滤料，如PTFE膜、PP膜等，连同其他各种涂膜材料统称为膜材料，但它们的使用效果有很大的区别，从下面的电镜照片中即可看出其微观结构的巨大差异。
    图3给出的是一种涂膜材料的扫描电镜照片。这种材料是在普通滤料表面，涂抹上一层TEFLON物质而成的。由图可见，滤料纤维的表面包裹着一层物质，在很低的放大倍率下就能明显看出纤维之间的孔隙。实际上，这种滤料并不能提高对粉尘捕集效率，其过滤方式仍是“深层过滤”，具有深层过滤的一切缺点。
    而DAGONG-TEX誖薄膜不仅有其他薄膜的共性，更具有其特殊之处，关键是其微孔结构的均匀、纤维刚性及高开孔率等，而且薄膜与基材的复合强度完全符合相应的指标要求，高复合强度不会发生膜与基材的分离。
    四、DAGONG-TEX誖薄膜滤料在水泥工业中的应用水泥制备工艺流程中的很多环节上都需要进行烟尘治理，其相对于其他工业过程的特殊性在于，同时存在环保除尘设备和工艺除尘装置，既要防止向大气中排放，也需要回收水泥粉末用于后续环节，如水泥磨部位就装有典型的工艺收尘装置。
    当然，在工艺流程中并非处处采用覆膜滤料，否则会加大投资和运营成本。按照目前流行的观点，在水泥磨、水泥窑尾以及煤磨等部位最需要采用覆膜滤料。在引入了低温余热发电技术后，水泥窑尾的温度处于滤料可承受的范围内。
    下面给出了DAGONG-TEX誖薄膜滤料的应用实例，在不改变现有设备的条件下使水泥厂环保达标，并实现产量提高、降低成本、节约能源等方面，发挥了重要作用。
    如江苏某水泥厂水泥磨用除尘，该公司有一套德国KHD设计制造的5250t/d水泥熟料生产线，并采用“一托二”粉磨技术，配套了设计能力为300t/h的水泥粉磨系统，由1台MPS5000BC立磨预粉磨和两台Φ4.2m×12.5m球磨机组成。在窑系统提产到6700t/d以后，为消化增产的熟料量，水泥磨系统经过改造，除了改进了助磨剂、质量改进剂外，还使用大宫PTFE薄膜滤料，将处理能力提高30%，达到352t/h（比表面积也从320±10m2/kg增加到360±10m2/kg）。
    清灰方式为“COANDA”二级喷吹高效清灰，即：压缩空气经喷吹排管进入文丘里喷射器环气腔后，通过文氏环隙喷出，形成垂直向下的高速气流，并在文丘里管上部形成负压，卷吸大量外部空气向下进行清灰。
    原滤袋为普通针刺毡滤袋，运行压差在150mm～175mmH2O.在生产普通水泥和复合水泥时，由于大量使用粉煤灰且比表面积控制在360m2/kg以上，经常造成糊袋，袋收尘入口负压降低，选粉机回粉增加，导致产能降低，必须停磨处理。磨机运转率受很大影响。针对以上情况，并考虑到ISO14000认证对排放的要求，采用了我们DAGONG-TEX誖覆膜滤袋对两台主工艺袋式除尘器进行了改造。
    从2002年8月投入使用后3个月内运行压差始终保持在≤95mmH2O；经环保部门检测，排放浓度＜20mg/m3；半年后压差稳定在115mmH2O左右。球磨系统单位产量增产7%～10%，尤其在生产PC32.5水泥时，产量近400t/h，粉煤灰添加量在20%以上时，从未发生过糊袋现象，生产十分顺利。迄今为止，该批DAGONG-TEX誖覆膜滤袋已正常工作了3年多，并仍在使用。
    球磨工艺袋式除尘器在使用DAGONG-TEX誖覆膜滤袋后，也大大改善了通风和粉尘排放，磨机单位产量和设备运转率提高，维修工作量降低，使综合成本降低。以1台除尘器为例，年节约压缩空气约10万m3，折合电费约5万元，以产量提高5%计算，单位水泥电耗降低约1.5kWh，1台磨机年处理水泥约130万吨，每年节省电费用约85万元。虽然覆膜滤袋一次投资成本较高，但按3年的寿命计算，同普通滤袋相比综合费用更低，所节省费用远远高于成本的增加，故使用覆膜滤袋的经济效益十分明显。
    实践证明，DAGONG-TEX誖覆膜滤袋不仅满足了设计要求，也保证了电-袋复合式除尘器的可靠运行，为国内大量窑头静电除尘器的技术改造提供了宝贵的经验。在这种复合式除尘器中，袋式除尘器起到了收集超细粉尘的优越性，从而弥补了静电除尘器在这方面的弱势。无疑，这对于希望低成本改造原有静电除尘系统的水泥企业来说，是个有效和可靠的选择方案。
    DAGONG-TEX誖覆膜滤袋完全可以满足低于30mg/Nm3的粉尘排放指标。根据生产工况条件选用合适的膜及过滤材料，利用现有的成熟先进技术改造落后设备，不仅可以保证生产的连续稳定，减少人力、物力资源的浪费，还可以减少设备的投资费用，降低生产成本。
    无论从PTFE薄膜的微观结构、工作性能、还是实际使用情况，以及性价比等方面看，DAGONG-TEX誖覆膜滤袋不仅拥有我国的自主知识产权，而且与国际著名品牌产品的质量不相上下，甚至部分性能更为优越，完全可以为我国工业的可持续发展和环保事业作出更大的贡献。