聚四氟乙烯在垃圾焚燒煙氣除塵中的應用
來源：中國環保產業 閱讀：2489 更新時間：2010-12-16 14:38摘要：本文介紹了高溫濾料的種類及性能、聚四氟乙烯(PTFE)過濾材料在垃圾焚燒袋式除塵器上的應用，并對PTFE濾料與其他濾料的技術和經濟性能進行了比較。
關鍵詞：固體廢棄物,垃圾焚燒,PTFE濾料
隨著我國社會經濟的發展和人民生活水平的提高，城市化建設迅速加快，城市固體廢棄物(以下簡稱垃圾)也隨之逐年增加。應對垃圾污染已成為我國目前面臨的一個迫切而嚴峻的課題。
為實現社會經濟的可持續發展，保證人與社會的和諧發展，我國正加大投入，力求解決垃圾污染問題，以適應垃圾處理減量化、資源化和無害化的需要。
垃圾焚燒處理作為發達國家廣為采用的主要技術，因其可回收熱能高、減量大、能實現無害化等突出優點，近年來在我國也得到迅速發展，因此與之同步發展的袋式除塵技術及高溫濾料特別是聚四氟乙烯(PTFE) 濾料的應用也逐漸為人們所重視。
1垃圾焚燒煙氣的特點及治理
1．1 垃圾焚燒煙氣的特點
(1)煙氣溫度高且波動大。空氣預熱器后的排煙溫度為140℃～240℃。
(2)煙氣中水蒸汽含量高。由于城市垃圾富含水分，燃燒煙氣中的水蒸汽含量可高達20％以上。
(3)煙氣中顆粒物濃度高。垃圾一煤混合燃燒的流化床焚燒爐，通過空氣預熱器之后的煙氣含塵濃度可達30～509／m3。
(4)煙氣富含酸性氣體：煙氣中包括HCl、SO。、 HF、NO。，燃燒不完全時還有CO。酸性氣體含量高，會提高煙氣酸露點溫度，也就增加了對袋式除塵器的使用要求。
(5)煙氣中含有毒性有機物。垃圾焚燒煙氣中含有微量多氯聯苯(PCB)、多環碳氫化合物(PAN)、氯苯(CB) 和氯酚(CP)。這些有機物12太氣態形式存在，并在適當條件下會轉變成毒性更強的多氯二口惡英(PCDD／PCDF)。
此外，垃圾焚燒爐窯器中還含有重金屬和痕量金屬鉛、鋅、汞、鈷、鉻等，其中鉛和汞的濃度較大，達mg／Nm3數量級。垃圾焚燒煙氣中主要污染物的種類和數量見表1。
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1．2垃圾焚燒煙氣的治理
各種污染物的凈化原理和所采用的技術措施并不相同，需要通過分析比較，采用經濟、合理、安全、可靠、操作方便的凈化方式，但不論采用濕式、半干式或干式煙氣凈化流程，對煙氣中的顆粒物都必須進行分離，最可靠的分離裝置就是袋式除塵器。
1．3袋式除塵器主要的技術要求
必須有優異的化學穩定性，耐酸(堿)腐蝕，抗氧化；耐高溫(低溫)性能好；力學性能好；使用壽命較長，結構可靠。對于袋式除塵器的核心二一濾袋尤其有特別嚴格的要求。
2高溫濾料的種類及性能
目前國內外用于過濾材料的高溫纖維主要有Nomex 、PPS、P84、玻纖和PTFE。
(1)芳香族聚酰胺纖維(Nomex)
按1974年美國聯邦貿易委員會(USFTC)定義，芳香族聚酰胺纖維是“一種人工制造的纖維，它們的成長物質是長鏈合成的聚酰胺，其中至少85％(一CO— NH一)的鏈被直接連到兩個芳香環上”。這類纖維的商品名稱較多，如Conex(帝人)、Apyefl(尤尼吉卡)、 Inconer等，但最負盛名的則是Nomex，其化學式是
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芳香族聚酰胺纖維形狀有短絨、短纖維和連續長絲，有的甚至還制成豆型，橫斷面及線密度也不同，不同的商品性能和過濾效應也不盡相同。該纖維的比重為 1．389／cm3，極限氧指數29，不自燃。可在干燥條件下經受200。C左右的操作溫度。當在有水分及化學腐蝕成分時操作溫度將降低，尤其在SO，存在，且有水分時，強度保留率降低，纖維會被腐蝕。
(2)聚苯硫醚纖維(PPS)
用PPS制成的商品纖維，開發于1973年，由Phlips Fibers Corp以Ryton弓I薦。其化學結構式是
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PPS耐溫性和化學穩定性能較好，阻燃性、尺寸穩定性也較好。短時間能經受住190V的高溫，可抵抗多種酸、堿和氧化劑的化學腐蝕，不會水解。其缺點是對氧化劑敏感。
(5)聚芳族酰亞胺纖維(P84)
主要由奧地利Lenzing開發，現在美國Inspect Fi— bres公司生產的P84纖維，具有代表性的化學結構式是式中R=C6H4‘CH2，或R=C6H4’CH2‘C6H4。
P84耐高溫，能連續暴露在240。C的高溫中，并且耐化學腐蝕。由于其是一種三葉瓣形的纖維，表面積大，對顆粒的捕集率高，透氣性能好。其缺點是不耐水解，與PPS相比，價格較高。
(4)玻璃纖維
玻璃纖維是無機質，主要成分為SiO，，耐高溫，能連續暴露在260V的高溫下，尺寸穩定性好，耐化學腐蝕，但對氫氟酸、強堿的耐腐蝕性較差。
(5)聚四氟乙烯(PTFE)
PTFE纖維是氟聚合物纖維中最具代表性的高性能纖維，其常溫力學性能見表2。
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由于PTFE具有內在穩定性和聚合物鏈結構的不活潑性以及與分子問力和鏈的有序功效，因而對高溫和化學作用的聯合影響具有極強的適應能力。其熔點為 327℃，瞬間耐溫可達300℃，抗氧化能力強，不會水解，力學性能好，因而廣泛作為垃圾焚燒爐上的除塵器濾料。DuPont、Lenzing、Albang、Gore等公司均有生產。產品有長纖維、短纖維和短絨等形式，不同的工藝還有褐色和白色產品之分。就化學穩定性、耐高(低) 溫性、力學性能等綜合指標來看，PTFE具有上述列舉的高性能纖維難以比擬的優越性，而且使用壽命長。以 PTFE膜覆在PTFE纖維制成的基布上，制成的濾料性能遠高于其他濾料。
3 PTFE過濾材料在垃圾焚燒袋式除塵器上的應用
由于PTFE濾料具有獨特的優點，其在原子能、航天、電子、化工、機械、儀器儀表等行業得到了廣泛應用，在環保行業的應用亦越來越多，國外的垃圾焚燒爐、電廠燃煤鍋爐、工業窯爐除塵上也廣泛使用PTFE濾袋。
PTFE濾袋的形式有：PTFE薄膜覆于高溫濾料(如 P84、PPS、玻纖等)制成的基布上；使用效果更好的則是薄膜和基布均用PTFE，縫線也用PTFE。由于垃圾焚燒爐煙氣中酸性氣體含量(如HCl、SO。)高、水蒸汽含量多、煙氣溫度高、顆粒物濃度高，使用PTFE做濾袋更有明顯的優越性。
深圳某垃圾焚燒廠應用PTFE濾袋的袋式除塵器情況見表3。
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4 PTFE濾料與其他濾料的技術和經濟性能比較
現有的袋式除塵器濾袋多采用玻纖或PPS濾料，但由于垃圾焚燒的煙氣具有高溫、高濕和腐蝕的特性，因此這些濾袋使用壽命不長，一般為10～12月，而PTFE過濾材料的使用壽命可達48個月。
我國目前已形成純PTFE濾料的工業化生產，用聚四氟乙烯長纖維編織基布、用聚四氟乙烯短纖維敷在基布表面經加工制成針刺氈，其成分是100％聚四氟乙稀；克重8009／m2；耐溫260。C；縱向斷裂強力600N／5cm；緯向斷裂強力600N／5cm；過濾效果99．9％。根據需要還可在PTFE針刺氈的表面覆聚四氟乙烯薄膜。
PTFE與目前用的PPS、P84j(H比，強度指標相當，但其耐溫性、耐腐蝕眭和水解陛則好于PPS與玻纖；長期的過濾效果也好于PPS、P84與玻纖。從經濟性方面看，目前純PTFE過濾材料的價格比PPS要高出3倍以上，比玻纖還要高一些。但考慮到濾料的使用壽命及更換濾袋的勞動成本、工作人員的勞動強度等綜合指標，使用純 PTFE濾料的價格綜合指標比現有的PPS、P84和玻纖濾料高出并不多，仍是多數企業可以接受的。而且由于我國的勞動力成本在不斷提高，因此純PTFE濾料的使用即使從經濟角度看，也越來越有競爭力。
5 PTFE濾料的應用前景
PTFE過濾材料可以使用全聚四氟乙烯制品，也可以使用混合聚四氟乙烯制品。混合聚四氟乙烯過濾材料是以聚四氟乙烯長纖維作基布，用聚四氟乙烯短纖維、玻纖和PPS短纖維混合針刺于基布上制成的過濾氈。混合聚四氟乙烯過濾材料的價格與技術性能都介于純聚四氟乙烯過濾材料與上述其他組分相應的過濾材料之間。
根據發達國家已有的發展經驗。隨著我國綜合國力的不斷提高和更加嚴格的環保要求；聚四氟乙烯的優勢越來越為社會所認同，聚四氟乙烯的應用必將越來越廣泛。
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