八、超高温滤料
超高温滤料在本书指耐高温超过280℃的工业除尘滤料。
1.陶瓷纤维滤料
1）技术性能 陶瓷纤维技术性能见表
早期的硅铝陶瓷纤维酮传统的纺织和无纺纤维一样做成滤料。20世纪70年代研制出陶瓷纺织纤维，纤维成分含铝、硼和硅。经过近30年的不断改进，其新一代陶瓷纺织纤维滤袋可承受近800℃的高温。目前，陶瓷纺织纤维滤袋已在许多高温烟气净化中使用。尽管陶瓷纺织纤维滤袋在性能上有很大改进，但这种陶瓷滤料的最大问题是纤维很脆，易断。
2）制造方法
①化学气相反应（CVR）法。它是以B2O3为原料，经熔纺制成B2O3在于较低浓度氨气中加热，使B2O3与氨气反应生成硼氨中间化合物，再将这种晶型不稳定的纤维在张力下进一步在氨气或氨气与氮的混合气中加热至1800℃，使之转换为BN纤维，其强度可高达2.1GPa,模量345GPa。
②化学气相沉积（CVD）法。即将钨芯硼纤维氮化而成，首先将硼纤维加热至560℃进行氧化，再将氧化纤维置于氨中加热至1000-1400℃，反应约6h即可制得BN纤维。
③有机前躯体法。由聚硼氮烷熔融纺丝制成纤维后，进行交联，生产不熔化的纤维，再经裂解制成纤维。
Si3N4纤维有两种制法：一是以氯硅烷和六甲基二硅氮为起始原料，先合成稳定的氢化聚硅氮烷，经熔融纺丝制成纤维，再经不熔化和烧制而得Si3N4纤维；二是以吡啶和二氯硅烷为原料，在惰性气体保护下反应生成白色的固体加成物，再在氮气中进行氨解得到全氰聚硅氮烷，再于烃类有机溶剂中溶解配成纺丝溶液，经干法纺丝制成纤维，然后在惰性气体或氨气中于1100-1200℃温度下进行热处理而得氮化硅纤维。
SiBN3C纤维也是采用聚合前躯体法生产的，是最新陶瓷纤维，起始原料为聚硅氮烷，经熔融纺丝、交联、不熔化和裂解后而得纤维产品。
SiO2纤维主要是通过与制备高硅氧玻璃纤维一样的工艺制得的，先制成玻璃料块，再进行二次熔化，用铂金坩埚拉丝进行熔融纺丝，温度约1150℃，得到纤维或进一步加工成织物等成品后用热盐酸处理，除掉B2O3 HNa2O成分，在烧结使纤维中SiO2的质量分数达到95%-100%，另外，还有以SiO2为原料，配置成高粘度的溶胶后进行纺丝，得到前躯体纤维，再加热至1000℃，便可制得纯度为99.999%的石英纤维。此外，还可用石英棒或管用氢氧焰熔融拉成粗纤维，再以恒定速度通过氢氧焰或煤气火焰高速拉成直径为4-10μm的连续纤维，SiO2含量为99.9%。
2.玄武岩纤维滤料
玄武岩滤料主要有SiO2、AI2O、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、TiO2等多种氧化物陶瓷成分组成。
1）技术性能 玄武岩纤维的密度2.65g/cm³，拉伸强度4100-45000MPa，研制强度可达4840MPa，模量为225GPa，皆优于E-玻纤和S-玻纤，软化点960℃，最高使用温度为900℃，在70℃的温水中其强度可保持1200h，而一般玻纤只有200h，伸长率3.1%，单丝直径为7-17μm，热导率为0.031-0.038W/(M*K),烧结温度1050℃，在400℃下的强度保持率为82%，电阻率为1*1012Ω*cm，介电损耗角正切（在1MHz频率下）为0.05，比E-玻纤低50%，耐热介电性能极好，耐酸、碱性也比玻纤号，隔热、隔声性能也好，对电磁波可反射或吸收，屏蔽性好。与树脂复合时，其黏合强度比玻璃纤维和碳纤维高，可以与碳纤维制成混杂复合材料，使其抗拉强度、模量和其他性能都得到明显提高。其耐高温、耐燃性优良，过滤讲话特性突出。玄武岩针刺毡性能如表
2）制造方法 首先将玄武岩矿石破碎至50mm大小，然后将它投入专用的池窖中，在1450-1500℃温度下熔融，再将熔融导入熔融槽并用铂铑喷丝板纺成直径9-15μm、长度无限的玄武岩连续长丝，每次可制成200-400条细丝，冷却后在细丝上涂覆油剂，以保持其柔软性，然后将该长丝在收丝机上，摆丝并制成所要求线密度的丝束，干燥后经质检、包装而得连续长丝产品。若要生产短切纤维，则将丝束切断成所需长度的短纤成品。此外，还可通过熔喷法生产超细的玄武岩非织造布。
3.热塑成形滤料
将聚合物热压成单孔型过滤元件，再涂以特殊材料而成滤料。波浪形塑烧版是几种高分子化合物粉体经过铸形、烧结形成一个多孔母体，然后对母体表面进行特殊处理，在其表面形成一层微孔氟化物树脂。塑烧板除尘器具有以下特点：①可在较高进口粉尘浓度下使用，捕尘效率高，对过滤风速2m/min以下的粉尘捕集效率可搞到99.99%；②压力损失稳定，由于塑烧板表面黏合一层氟化物树脂，表面不沾灰，粉尘很难进入塑烧版内部，所以压力损失随工作时间变化小，其阻力可控在1500Pa左右；③具有较好的疏水性和疏油性，在气体含湿量大或粉尘潮湿的状态下也可以连续稳定运行；④塑烧板表面结构形成波浪形，使同等体积下的过滤面积大，每片过滤面积达9㎡，从而使得除尘器整天结构紧凑，设备小型化，大大节省空间；⑤烧结成形的塑烧板，具有较强的刚性，维护工作量小，寿命长。
4.多孔陶瓷滤料
多孔陶瓷滤料是以耐火原料为骨料，配以黏合剂等经过高温烧结而制成的过滤材料，其内部具有大量贯通的可控孔径的细微气孔。陶瓷滤料具有耐高温、耐高压、耐酸碱腐蚀等特点，此外还具有孔径均匀、透气性好的优点，因此，可广泛用作过滤、分离、布气和消声材料。但陶瓷滤料性脆易碎，容易产生应力，不适合用于气体温度骤冷骤热的场合。
5.金属纤维滤料
金属纤维毡采用直径为微米级的金属纤维经无纺铺制、叠配及高温烧结而成，多层金属纤维毡由不同孔径层形成孔径梯度，可控制得到极高的过滤精度和较单层毡更大的纳污容量。金属纤维毡产品孔径分布均匀，具有渗透性好、强度高、耐腐蚀、耐高温、可折叠、可再生、寿命长等特点，是适合于在高温、高压和腐蚀环境中使用的新一代的高效金属过滤材料。金属纤维和金属纤维毡的性能分别见下表
采用金属纤维可达到与通常织物滤料相同的过滤性能，阻力小，清灰容易。能够用于高粉尘负荷和较高的过滤速度。
此外金属纤维滤料还有防静电、抗放射辐射的性能，寿命也较一般纤维长。但金属纤维滤料的造价高，只能在特殊情况下采用。
九、滤筒专用滤料
1.滤筒的尺寸系列及过滤面积
滤筒是滤筒式除尘器的过滤原件，是滤筒式除尘器重要原件之一。如图，它是由折叠滤材、支撑框架、上下端盖、黏胶、密封圈组成。
滤筒的有效过滤面积是指滤筒上的滤材展开后，能够有效起到过滤作用的面积。有效面积公司如下：
S=(H-2a)*n*2t*10-6
式中，S为有效过滤面积，㎡；H为滤筒高度，mm；n为滤材槢数；t为滤材槢深，mm；a为黏胶层厚度与端盖板料厚度之和，mm，一般为8-10mm。
过滤面积的选择对滤筒性能起到了比较关键的作用：在滤筒外形尺寸不变的条件下过滤面积过大，槢叠牙纹过密，牙纹间隙过小，就回造成清灰困难，工作阻力高；而过滤面积过小时，不能充分利用滤筒的整个空间，造成过滤风速过高或者滤筒数量过多，不利于节约成本。因此，需要结合实际情况合理选择过滤面积，在保证正常清灰的条件下，尽量使滤筒过滤面积大些，以便能更多地节约成本，但对于颗粒小、黏度大、粉尘浓度很大、湿度高及易爆的粉尘，可选择单个滤筒较少的过滤面积，增加滤筒数量使总体过滤面积增大，以降低过滤风速。这样就能有效改善清灰性能，从而达到比较理想的使用效果。
2.滤筒专用滤料特点
滤筒专用滤料除必须保证通常滤料所具备的过滤性能外，还应符合以下要求。
①有一定的硬挺度，能够叠槢保证牙纹的形状，并且能够承受一定的负压不变形。如图：（a）位滤料挺度不足的情况，在压力作用下，叠槢之间没有了间隙，能够透气的地方非常小，大部分滤料已经失去了通风的能力；（b）为正常工作状态的滤料。
②滤料不能太脆，叠槢后叠痕不能破损，并在长期经受脉冲作用下也能保证完好，且不变形。
③滤料不能过厚（过厚的滤料不利于增加过滤面积）。
④必须有足够的轻度，能抵抗脉冲长期冲击而不破损，使用寿命长。
⑤湿度、温度等条件变化后，滤料的尺寸及形状不能有太大的变化，必须要有较好的稳定性。
⑥符合环保要求，在使用过程中，特别是在脉冲冲击下，滤料本身不能有危害人体健康的物质释放出。
3.滤筒专用滤料的过滤机理
新滤筒刚装上除尘器时，很快会有大量的粉尘吸附到滤料表面上，粉尘层不断加厚。当脉冲反吹时，大量急速气流进入滤筒内框，所产生的瞬间冲击了使滤料产生振动和玩去变形，滤料表面最外层的粉尘剥落并伴随着气流排出，从而达到脉冲清灰的效果。当清灰后，我们希望滤料表层能保留一层初始的稳定粉尘层不被清掉。这层粉尘名为初尘饼。它是保证过滤效率的关键，并且它能最大限度地阻止后来的粉尘进入滤料芯部，有小弟保护滤料不被堵塞（如图），这就是表面过滤的机理。如果初尘饼稳定性不好，粉尘容易进入滤料芯部，即使有脉冲反吹系统，进入滤料芯部的粉尘也会比排出的粉尘多，从而导致滤料阻塞及排放超标等现象。所以清灰时必须保证不能过度清灰，否者会造成滤筒寿命缩短排放超标。但是，当清灰效果不佳时，粉尘层不断增加会使滤料严重堵塞。这也不是我们想达到的效果，所以脉冲清灰要适当，不能过度清灰或清灰不足。
4.目前最常用的滤筒专用滤料
1）空气滤纸 最早用于滤筒的滤料是木浆纤维的空气滤纸。随着造纸技术进步，现在比较好的滤纸普遍会在木浆纤维中加入一定比例的合成纤维，以滤纸的性能。木浆纤维滤纸强度较低，使用温度通常≤80℃，用于滤筒制造时，使用寿命较短。
2）纺粘聚酯（PET）热轧无纺布 它的制造工艺如图，纤维层在网帘带上成网后再通过一对带花点的高温轧辊轧制，轧辊上凸出的花点将纤维压紧焊合，从而产生出滤布。由于在生产过程中，纤维时连续喷出的，所以该滤料具有强度高、使用寿命长、抗潮性好、使用温度高（≤135℃）等优点，特别适用于滤筒用滤料。
3）其他形式的无纺布 由于可以制造无纺布的化学纤维有很多，并且制造工艺也各不相同，为了满足不同的使用要求，可以选用不同的纤维和不同的无纺布制造工艺，可以同时将几种纤维混合使用，或者将不同粗细种类的纤维分层复合使用。例如SMS（纺粘、熔喷、纺粘三层复合）无纺布、针刺无纺布或水刺无纺布经强化处理后均可应用于滤筒制造。
5.滤筒专用滤材的特种功能
在实际工况中所碰到的情况是千变万化的，简单的几种滤料很难满足实际使用的需求，比如对易燃易爆粉尘进行处理时，要避免静电跳火现象。由于化学纤维（高绝缘性）滤料很容易积聚静电，若要避免静电跳火的发生，就需要对滤料进行抗静电处理。目前滤筒专用滤料具有的主要功能有：①阻燃（将可燃材料作抗燃处理，降低发生火灾的可能性）；②抗静电防爆；③聚四氟乙烯（PTFE）覆膜（改善清灰性能，提高过滤精度）；④防油、防水、防污（降低滤材表面张力，使清灰更容易）。
6.《滤筒式除尘器》（JB/T 10341）对滤筒专用滤料的要求
1）合成纤维非织造滤料
①按加工工艺可分为双组连续纤维纺粘聚酯热压及单组分连续纤维纺粘聚酯热压两类。
②合成纤维非织造滤料的主要性能和指标如下
③滤料作表面防水处理，疏水性能测定应符合GB/T 4745的规定。处理后的滤料其浸润角应大于90°，沾水等级不得低于Ⅳ级。
④防静电滤料应符合下表
⑤对高温等其它特殊工况，滤料材质的选用应满足应用要求。
2）改性纤维素滤料
①改性纤维素滤料可分为低透气度和高透气的两类。
②改性纤维素滤料的主要性能和指标应符合下表规定
3）聚四氟乙烯覆膜滤料
①合成纤维非织造聚四氟乙烯覆膜滤料的主要性能和指标如表
②改性纤维素聚四氟乙烯覆膜滤料的主要性能和指标
7.滤筒专用滤料的介绍
广州白云美好滤清器厂是一家集研发、制造、销售于一体的专业生产除尘滤筒的厂家。前身是国营企业，与1998年正式转型为股份合作制公司。该公司一直致力于自主研发高性能优质滤筒专用滤料。经过十多年努力，已开发出五大系列的滤筒专用滤料，并且目前在不断升级研发新产品。
1）普通系列 普通滤料是未经后处理、不具备特种功能的滤料，主要型号技术参数如下表
2）防静电聚酯无纺布系列 防静电聚酯无纺布滤料是在普通聚酯无纺布上覆上一层导电的铝涂层。主要是起抗静电、防爆的作用。另外可根据实际情况加上防油、防水、防污功能（F2）。该系列材料不适合在有酸碱性或湿度高的场合使用。技术参数如下表
3）防油、防水、防污功能（F2）防油、防水、防污功能（F2）滤料是使普通聚酯无纺布上每一根纤维都包裹了一层极薄的（纳米级）氟树脂涂层，降低滤料的表面张力，使滤材具有不粘性，因而脉冲反吹除尘时，粉尘更容易脱落，对于高湿度的情况效果更为明显（适用于容易吸湿的大颗粒径粉尘或高湿度的场合）。但对于处理含油烟的粉尘时（特别是粉尘浓度小，油烟占的比例较大时），直接过滤的火，效果会很不理想，我们必须根据实际情况采用特殊工艺进行处理，以境地油脂对滤料的阻塞。其技术参数见下表
4）覆膜（F3、F4、F5）系列 覆膜滤料是一种典型的表面过滤型材料，它是在滤料表面覆贴上一层非常薄并且微孔非常多的薄膜，其实它就是一种非常稳定的人造初尘饼，对滤料起到保护作用，使其不被堵塞，降低过滤阻力并提高过滤精度。结构如图：
①氟树脂多微孔膜（F3）系列 氟树脂多微孔膜（F3）系列实在普通聚酯无纺布上覆上一层非常薄而均匀的氟树脂多孔膜。该系列滤料是表面过滤型滤料，它具有价格低、过滤精度高、使用寿命长、透气性和疏水性好等特点。适用于排放要求较高。粉尘粒度小、湿度大等场合，如粉体输送、重金属粉尘、抛丸除尘、粉末喷涂、大气除尘等。其技术参数见表：
②聚四氟乙烯（PTFE)覆膜(F4)系列 聚四氟乙烯（PTFE)覆膜(F4)系列滤料实在普通聚酯无纺布上做PTFE覆膜处理（如图）。另外可根据实际的使用场合加上阻燃防水功能，该系列滤料是表面过滤型滤料。由于聚四氟乙烯覆膜表面及其光滑，是目前世界上最光滑的材料，表面张力特别低，脉冲反吹时粉尘特别容易脱落，并且从电镜放大图中可看到聚四氟乙烯膜是由很多0.2μm左右的纤维网所组成，所以它们都是具有过滤精度极高、寿命长、透气性好、价格高等特点，加抗水功能后可使用于高湿度的环境。该系列滤料主要适用于处理各种颗粒小、黏性大的粉尘及排放要求极为严格的场合，如焊割、熔炼烟气。重金属粉尘，炭黑，白炭黑等。其技术参数见表：
③纳米海绵膜（F5）系列 纳米海绵膜（F5）系列滤料是在普通聚酯无纺布上覆上一层＜2g/㎡的超薄海绵状多孔材料，因而工作时对气流的阻力非常小，并能有效地滤除亚微米级的粉尘。它具有价格较低、过滤精度很高、寿命长等特点，适用于排放要求很高的场合，如过滤超细粉体、重金属粉末及有要求严格的大气除尘等。其技术参数如表：
5）高温芳纶系列 高温芳纶系列滤料使用毕达福环境技术（无锡）有限公司生产的芳纶针刺毡作基材，然后进行耐高温硬挺处理及PTFE覆膜处理，耐高温可达200℃。其技术参数如上表
6)开发中的新品 新型无轧点式纺粘聚酯（PET）热轧无纺布。该产品与传统纺粘聚酯热轧无纺布最大的区别在于没有轧点，在传统无纺布加工过程中，由于所采用的轧辊上均匀分布了很多的凸点，这些凸点对于无纺布纤维起到压紧焊合的作用，因而所生产出的无纺布布面上带有很多均匀的轧点。我们从图中显微放大图中看出轧点上式没有微孔的，已失去了过滤的作用。一般情况下轧点总面积占布面总面积的20%-25%，意味着传统滤料有效过滤面积只有总面积的75%-80%。而新型滤料采用一对光面轧辊对滤料进行轧制，并引进了一种特殊的工艺使每条纤维之间接触点产生很好的黏合而且不会对纤维本身产生损伤。由于没有花纹凸点对纤维的破坏，所以信息滤料比传统滤料轻度显著提高，有效利用面积能够达到100%。如图，从数据中可以看出新型滤料透气度提高约70%。强度提高一倍以上，这样就为降低过滤风速、节约能耗、延长滤筒寿命创造了良好的条件。而且，现在所有后处理工艺都可以用在新型滤料上。
十、塑烧板滤料
塑烧板是除尘器的关键部件，是除尘器的心脏，塑烧板的性能直接影响除尘的效果。塑烧板由高分子化合物粉体经塑性、烧结成孔的母体，并在表面即空隙处上PTFE（氟化树脂）涂层，再用黏合剂固定而成，塑烧板内部空隙直径为40-80μm，而表面空隙为1-6μm。
塑烧板的外形类似于扁袋，外表面则为波纹形状，因此较扁袋增加过滤面积。塑烧板内部有空腔，作为净气及清灰气流的通道。
1.材质特点
波浪式塑烧过滤板的材质，由几种高分子化合物粉体、特殊的结合剂严格组成后进行塑型、烧结，形成一个多孔母体，然后通过特殊的喷涂工艺在母体表面的空隙里填充PTFE涂层，形成1-4μm左右的空隙，再用特殊黏合剂加以固定而制成。目前的产品主要是耐热70℃及耐热160℃两种。为防止静电还可以进行预先在高分子化合物粉体重加入易导电物质，制成防静电型过滤板，从而扩大产品的应用范围。几种塑烧板的剖棉如图：
塑烧板外部形状特点是具有像手风琴箱那样的波浪形，若把他们展开形成一个平面，相当于扩大了3倍的表面积。波浪式过滤板的内部分成8个或18个空腔，这种设计出来考虑零件的强度之外，更为重要的气体动力的需要，它可以保证在脉冲气流反吹清灰时，同时清去过滤板上附着的尘埃。
塑烧板的母体基板厚约4-5mm。在其内部，经过对时间、温度的精确控制烧结后，形成均匀空隙。然后又喷涂PTFE涂层处理使得空隙达到1-4μm。独特的涂层不仅只限于滤板表面，而是深入到空隙内部。塑烧过滤原件具有刚性结构，其波浪形外表及内部空腔间的筋板，具备足够的强度保持自己的形状，而无需钢制的骨架支撑。刚性结构其不变形的特点与袋式除尘器反吹时滤布纤维被拉伸产生形变现象的区别，也就使得两者在瞬时最大浓度有很大区别。塑烧板结构的优化，使得安装与更换滤板极为方便。操作人员在除尘器外部，打开两次检修门，固定拧紧过滤板上部仅有的两个螺栓就可完成一片塑烧板的装配和更换，其结构形式及优点如图所示：
2.性能特点
1）粉尘捕集效率高 塑烧板的捕集效率是其本身特有的结构和涂层来实现的，它不同于袋式除尘器的高效率是建立在黏附粉尘的二次过滤上。从实际测试的数据看，一般情况下除尘器配齐含尘质量浓度均可保持在2mg/m³以下。虽然排放浓度与含尘气体入口浓度及粉尘粒径有关，但通常对2μm以下的超细粉尘仍可保持99.9%的超高捕集效率。见图：
2）压力损失稳定 由于波浪式塑烧板是通过表面的PTFE涂层对粉尘进行捕集的，其光滑的表面使粉尘极难透过与停留，即使有一些极细的粉尘可能会进入空隙，但随即会被设定的脉冲压缩空气流吹走，所以在过滤板母体层中不会发何时能堵塞现象，只要经过很短的时间，过滤元件的压力损失就趋于稳定并保持不变。这就表明，特定的粉体在特定的温度条件下，损失仅与过滤风速有关而不会随时间上升。因此，除尘器运行后的处理风量将不会随时间而发生变化，这就保证了吸风口的除尘效果。如图可以看出压力损失随过滤速度。运行粒径的变化。
3）滑灰效果 树脂本身固有的惰性与其光滑的表面，使粉体几乎无法与其他物质发生物理化学反应和附着现象。滤板的刚性结构，也使得脉冲反吹气流从空隙喷出时，滤片无变形。脉冲气流直接由内向外穿过滤片作用在粉体层上，所以滤板表层被气流吸附的粉尘，在瞬间即可被消去。脉冲反吹气流的作用力不会因滤布袋变形后被缓冲吸收而减弱。
4）强耐湿性 由于制成滤板的材料及涂层具有完全的疏水性，水喷洒其上将会看到有趣的现象：凝聚水珠汇集成水滴淌下。故纤维织物滤袋因吸湿而形成水膜，从而引起阻力急剧上升的情况在塑烧板除尘器上不复存在。这对于处理冷凝结露的高温烟尘和吸湿性很强的粉尘如磷酸铵、氯化钙、纯碱、芒硝等，将会得到很好的使用效果。
5）使用寿命长 塑烧板的刚性结构，消除了纤维织物滤袋因骨架磨损引起的寿命我的念头。寿命长的另一个重要表现还在于，滤板的无故障运行时间长，它不需要经营的维护与保养。良好的清灰特性将保持其稳定的阻力，是塑烧板除尘器可长期有效的工作。事实上，如果不是温度或一些特殊气体未被控制好，塑烧板除尘器的工作寿命会相当长。及时因偶然的因素损坏滤板，也可用特殊的胶水黏合后继续使用，并不会因小小的一条黏合缝而带来不良影响。
6）除尘器结构小型化 由于过滤板表面形状呈波浪形，展开后的表面积是其体面积的3倍。故装配成除尘器后所占的空间仅为相同过滤面积袋式除尘器的一般，附属部件因此小型化，所以具有节省空间的特点。
7）更换塑烧板方便，操作条件好 不足之处在于，塑烧板价格贵，自身的压力损失高（过滤风速为1m/min时，压力损失为500-600Pa）。
3.规格尺寸
根据所用材质的不同，塑烧板由SL70及SL160两种类型，其耐温限度分别为70℃及160℃。还有在高分子化合物粉体重加入易导电物质而制成的消静电型塑烧板。塑烧板由若干不同的规格（如表），以组成各种规格的除尘器。
摘自：《袋式除尘器配件选用手册》
作者：协昌环保-电磁脉冲阀专家