袋式除尘用滤料挺度与温度关系的试验研究_毛宁.pdf

文章编号:1009-6094(2023)03-0826-04袋式除尘用滤料挺度与温度关系的试验研究*毛宁，高洋，韩旭，柳静献(东北大学资源与土木工程学院，沈阳 110006)摘要:选用常用的 3 种 袋 式 除 尘 滤 料 聚 苯 硫 醚(Polyphenylene Sulfide，PPS)、涤纶和芳纶，研究不同材质滤料在相同时间、不同温度条件下挺度的变化规律。结果表明，随温度升高，PPS、涤纶和芳纶 3 种滤料的挺度均呈现先缓慢上升后迅速增大的现象，而滤料挺度发生骤升的温度拐点均略大于 3 种滤料常规使用温度，由此，可通过滤料的挺度变化判断滤料在使用过程中是否经历过超温。关键词:安全卫生工程技术;挺度;袋式除尘;温度中图分类号:X511文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2021.1857*收稿日期:2021 10 23作者简介:毛宁，副教授，博士，从事大气污染控制研究，maoning mail neu edu cn。基金项目:国 家 十 三 五 重 点 专 项(2017YFC0211801，2016YFC0203701，2016YFC0801605);国家自然科学基金项目(52174215);辽宁省兴辽人才计划项目(XLYC2002091);辽宁省重点研发计划项目(2019JH2/10100004);浙江省重点研发计划项目(2020C03089);沈阳市项目(20 206 4 09)0引言袋式除尘是控制工业烟尘尤其是微细烟尘的最有效手段，袋除尘的核心是滤料1，其性能直接决定着袋式除尘器的效果及使用成本。探究滤料在不同高温条件下使用挺度的变化规律，对判断滤料是否经历过超温，以及预测滤料的各项性能、防止滤料失效至关重要。聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide，PPS)纤维和芳纶纤维(aramid fiber)及涤纶纤维(polyester)是使用较为广泛的几种常见滤料。聚苯硫醚(PPS)纤维具有高热稳定性，主要用于燃煤电厂的除尘过滤袋，在净化空气、治理大气污染方面发挥了巨大作用2 3。PPS 作为耐高温合成纤维，有较高的熔点(280 左右)和较好的耐热性，常规使用温度在 160 210，由其纤维加工而成的针刺毡过滤材料可长期工作于190 环境。芳纶纤维强度高、密度低，耐磨性好，热稳定性显著4，常规使用温度在 220 240，分解温度在 430 左右，主要用于水泥窑头的烟尘处理等。涤纶是一种强度高、耐腐蚀、热塑性好的合成纤维5，通常在低温条件下使用，使用温度在 130 150，熔点在 260 左右。在袋式除尘器的应用中，经常遇到处理高温烟气的场合，如水泥工业窑头窑尾烟气、钢铁工业高炉煤气、火电厂燃煤锅炉烟气等，这些场合的烟尘治理都需要使用高温滤料6。2008 年，柳静献等7 首先提出温度对 PPS 滤料过滤性能的影响，在超过 190后，滤料性能会大幅下降，工程上应低于此温度使用。高温下滤料会变硬、挺度增加从而导致滤料柔韧性和耐折性下降，滤袋的使用寿命也会因此降低。2007 年，Tanthapanichakoon 等8 引入了 PPS 滤料最高使用温度的思想。PPS 滤料过滤器的运行温度应始终低于 200，防止 PPS 滤袋过滤材料失效和老化。本文基于以上研究背景，以 PPS、芳纶和涤纶为研究对象，研究 3 种滤料在相同时间不同温度的老化处理后挺度的变化规律。1试验1.1主要原料及试验仪器1.1.1试验仪器ZB TD500 挺度仪，杭州纸邦自动化技术有限公司;FED400 多功能热风循环烘箱，德国 BINDE公司。1.1.2试验所用滤料聚苯硫醚(PPS)、芳纶纤维(aramid fiber)及涤纶(polyester)1.2挺度试验1.2.1试验原理挺度又称刚度，是衡量材料耐弯曲的强度性能。挺度测量是通过静态弯曲法，测定一端被夹试样弯曲至给定角度所需要的力或力矩，该力作用在恒定的弯曲长度上。弯曲角度指试样片的初始位置与受力后的位置间的夹角，弯曲长度是试样夹和试样片受力位置之间的径向距离。ZB TD500 挺度仪实物图见图 1。使用选定挺度仪，通过夹定一端、弯曲另外一端测得弯曲力矩。滤料在弹性变形范围内受力弯曲时所产生的挺度可以用数学表达式表示，即S=n式中S 为挺度，mNm;为在 0 100 的实际刻度数;n 为对应于不同分档重铊的分度值，具体见628第 23 卷第 3 期2023 年 3 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 3Mar，2023表 1。1.2.2试验步骤试验所需试样尺寸(长 宽)为 70 mm 38 mm(表面须平整无皱痕)。首先调试仪器，使仪器圆水平器的气泡居中，摆体上端刻线与力度刻盘零线对齐，确定被测试样的挺度范围以选取合适的测量重铊。将试样一端垂直地夹持在钳口内，使中心平面与上部刻线对齐，另一端置于推纸器的两个小辊之间。调节左、右两个调节螺钉，当圆辊接触试样后，反旋 1/4 圈，以使圆辊与试样之间保持一定间隙。按动左右开关，角度盘转至中心刻线与角度盘上的15刻线重合时，关闭开关，记录刻度;反方向重复操作，取两个方向读数值的平均值。2温度对滤料挺度性能的影响分析对 PPS、涤纶和芳纶 3 种滤料分别进行 12 h 的热老化处理，按其常规最高使用温度分别设定热老表 1挺度仪分档重铊参数Table 1Grade heavy thallium parameters of stiffness meter测量范围/(mNm)分档重铊质量编号质量/g力度盘分度值/(mNm)1 51 101 205 5010 10020 20050 50012345675.09810.19720.39450.986101.972203.944509.8600.050.100.200.501.002.005.00图 1ZB TD500 挺度仪Fig 1ZB TD500 stiffness meter化处理温度如下。PPS 样品:常温(20)、100、150、200、250、260。涤纶样品:常温(20)、100、150、200、220。芳纶样品:常温(20)、100、150、200、250、300。经过不同温度的热老化处理后，分别测定 3 种滤袋的径向挺度和纬向挺度，探究温度对滤料挺度的影响。相同老化时间不同温度下，PPS、涤纶和芳纶滤料的挺度变化趋势分别见图 2、3 和 4。当温度低于 250 时，PPS 的纬向挺度随温度升高缓慢增加，但在 250 260 滤料挺度发生急剧升高;径向挺度在 20 150 保持平稳，此后开始增加，在 250 260 滤料挺度发生骤升。径向和纬向整体变化趋势相同，均在温度低于 250 时，挺度变化不明显，在250 260 滤料挺度发生急剧上升。涤纶纬向挺度在20 100 无明显增加，在150之后匀速上升，在 200 附近开始急剧升高;径向挺度在 20 150 缓慢上升，在 150 200 上升速度加快，此后上升幅度减小，增加缓慢。图 2PPS 挺度随温度的变化Fig 2Variation of PPS stiffness with temperature图 3涤纶挺度随温度的变化Fig 3Variation of polyester stiffness with temperature7282023 年 3 月毛宁，等:袋式除尘用滤料挺度与温度关系的试验研究Mar，2023芳纶纬向挺度在 20 150 有小幅度增加，在200 以上挺度上升速度明显提高，且近似匀速;径向挺度整体变化趋势呈线性，近似匀速上升，低温和高温变化较小。将 3 种材料经向和纬向挺度随温度变化趋势进行对比(图 5 和 6)，可以看出如下内容。1)低温下涤纶滤料挺度最先开始出现骤升，温度在 100 之后上升速度较大，在到达涤纶熔点温度 260 之前纬向挺度已达到 18 mNm 左右。涤纶滤料在使用中如果挺度超过 6 mNm 意味着此图 4芳纶挺度随温度的变化Fig 4Variation of aramid fiber stiffness with temperature图 5PPS、芳纶和涤纶径向挺度变化曲线Fig 5adial stiffness variation curves of PPS，aramidfiber and polyester图 6PPS、芳纶和涤纶纬向挺度变化曲线Fig 6Zonal stiffness variation curves of PPS，aramidfiber and polyester滤料经历过超温，对滤料的性能会有极大影响。2)芳纶在温度超过 200 之后挺度会有小幅度增加，增加速率较小，纬向挺度最大在 10 mNm 附近。在温度超过芳纶常规使用温度后其挺度也会越来越大，在挺度小于 6 mNm 时芳纶还处于常规使用温度范围内，没有经历超温。3)PPS 在超过常规使用温度的 200 附近挺度开始急剧上升，且温度越高上升速率越快，纬向挺度可以到达 12 mNm 左右。在常规使用温度范围内，挺度均小于6 mNm，可以此作为判断 PPS 是否经历过超温的挺度界限。3结论通过对 PPS、涤纶和芳纶 3 种滤料耐热处理后的挺度试验，可以得出如下结论。1)PPS 挺度先随温度升高缓慢增加，在 250 260 滤料挺度发生骤升，挺度骤升温度大于 PPS常规使用温度 190 及瞬时使用温度 210。2)涤纶挺度随温度升高先缓慢增加，然后上升速度加快，在超过常规使用温度 150 后挺度增大较为明显。3)芳纶挺度在 150 前变化不大，从 200 开始挺度迅速增加，200 为芳纶常规使用温度。4)3 种材料纬向挺度均明显大于径向挺度且纬向挺度变化幅度均大于径向挺度变化幅度。5)PPS 和芳纶为高温滤料，涤纶为低温滤料，高温滤料常规使用温度与熔点均大于低温滤料，涤纶挺度骤升温度远小于 PPS 或芳纶。6)本试验方法可以通过对滤料挺度的测量来判断材料是否经历过超温，经历超温的滤料其挺度会有明显的增加。温度有超温时，挺度会急剧上升，PPS、涤纶和芳纶 3 种滤料在经历超温前挺度均小于6 mNm，根据滤料挺度判定滤料是否经历过超温。参考文献(eferences):1 柳静献，毛宁，孙熙，等 我国除尘滤料历史、现状与发展趋势综述 J 中国环保产业，2020(11):6 18.LIU J X，MAO N，SUN X，et al Summary of history，current situation and development trend of dust removalfilter materialsinChina J ChinaEnvironmentalProtection Industry，2020(11):6 18.2 彭梓航，吴鹏飞，黄庆 聚苯硫醚纤维的制备及改性技术现状与展望J 合成纤维工业，2021，44(3):71 77.PENG Z H，WU P F，HUANG Q Current status and828Vol 23No 3安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 3 期outlook of preparation and modification of polyphenylenesulfide fiberJ China Synthetic Fiber Industry，2021，44(3):71 77.3L C J，WANG H Y，LIU Z J，et al A fluorine-freesuperhydrophobicPPScompositecoatingwithhighthermal stability，wear resistance，corrosion resistance J Progress in Organic Coatings:An Internationaleview Journal，2017，110:47 54.4李明专，王君，鲁圣军，等 芳纶纤维的研究