0 引言

近年来，雾霾天气的频繁出现致使我国大气质 量受到严重危害，以可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒 物(PM2.5)为特征污染物的区域性大气环境问题 日益突出，不仅危害人类健康，也影响了社会的和谐 稳定，因此《大气污染防治行动计划》的执行刻不容缓[1-3]。2014年7月1日由环保部和国家质监总局 联合发布了新修订的GB1327—2014《锅炉大气污 染物排放标准》已正式开始实施，其中烟尘的排放 质量浓度限值由原来的50mg/m3降低到30 mg/m3，天津、北京等部分地区的地方标准已要求到 10mg/m3[4]。该标准实施之后，高效煤粉工业锅炉 作为高效节能减排产品更加得到用户的认可，其日趋扩大，而作为煤粉工业锅炉系统的重 要组成部分除尘器也在其中起着关键作用。布袋除 尘器因其除尘效率高，受锅炉燃烧工况和粉尘特性 影响小，具有使用寿命长和运行稳定的特点，被广泛 应用于工业煤粉锅炉尾部烟气除尘，而布袋除尘器 的优劣又取决于其核心部件———滤袋，它直接影响 了工业煤粉锅炉系统的烟尘排放[5-8]。煤炭科学技 术研究院有限公司节能工程技术研究分院在某2个 锅炉房项目中选用布袋除尘器作为除尘设备，在运 行一采暖季后，均发现滤袋出现破裂、失效问题。笔 者针对这一问题借助实验设备对失效滤袋进行测试 分析，旨在推断滤袋失效的原因，并提出解决措施， 从而延长布袋使用寿命。

1 实验部分

1.1 实验对象

实验对象为某2个煤粉工业锅炉系统布袋除尘 器使用一采暖季后失效的滤袋，并选用标准聚苯硫 醚(PPS)、涤纶纤维和玻璃纤维样品作为对照组。 每个除尘器分别取一块待测滤袋，共2块(即1号样 品和2号样品)。1号样品取约327mm×287mm滤 袋;2号样品取袋头段长约350mm，内周长约为 395mm。

1.2 实验内容

实验首先对2组样品进行外观的观察分析;然 后利用红外光谱分析样品材质及失效特性;接着通 过电镜扫描仪进行内部形貌的分析判断;最后将样 品进行常规性能测试并在热重分析仪上进行了差热 分析，由此找出可能存在的失效原因。

图1 1号样品外观

图2 2号样品外观

2 实验结果与分析

2.1 外观分析

1号样品外观如图1所示。通过图1观察到 1号样品迎尘面较粗糙，呈绒毛状，存在很多粉 尘，剥离性较差;同时粉尘呈酸性，pH=6;观察清 灰后的滤料，可见滤料纤维层含有直和卷2种纤 维。由此初步分析滤料材质可能是造成失效的 主要原因。

2号样品外观如图2所示。从图2可以看出 2号样品受粉尘污染，呈黑色，粉尘呈酸性，pH= 6;距袋头95mm处有1处约为150mm×65mm 的破口，从迎尘面看可见基布。从上述结果推测 可能是粉尘冲刷、滤袋与袋笼之间摩擦导致滤袋失效。

2.2 光谱结果分析

图3为1号样品的滤料基布及迎尘面和净气面 中直和卷2种纤维的红外光谱图。

图3 1号样品红外光谱

由图3可以看出:滤料基布和直状纤维的吸收 峰与玻璃纤维吻合，卷状纤维的吸收峰与涤纶PE 吻合;这一现象说明该滤料基布为玻璃纤维，纤维层 含有玻璃纤维和涤纶PE两种纤维，与采购所要求 的PPS材质不符，由此导致滤料失效，与外观实验推断吻合。

2号样品和PPS的对照红外光谱图如图4所 示。由图4可知，滤袋迎尘面、基布、净气面的主要 特征吸收峰与PPS滤料基本吻合，且表面出现 1205~1207、1151cm-1归属于C-F的吸收峰，由此 说明该样品材质为PPS，同时表面经过四氟乙 烯(PTFE)乳液处理，并未受到明显的氧化腐蚀，因 此滤料失效原因不是化学氧化腐蚀。

图4 2号样品红外光谱

2.3 电镜扫描结果分析

1号样品迎尘面和净气面的电镜如图5所示。 由图5可知，迎尘面和净气面均含有直径不同的2 种圆形纤维，而且形貌上与PPS有明显差异，较细 的属于玻璃纤维，较粗的是涤纶PE纤维，由此可断 定滤料主要由玻纤和涤纶PE两种纤维组成，最终 证实了上述推测，即1号样品失效主要原因为滤料 材质非PPS。

因为PPS纤维在较高温度下具有优良的强度、 刚性及耐疲劳性[9-10];可在240℃下连续使用，基本 上不会出现质量损失;在204℃的高温环境下2000 h后仍有90%的强度保持率，同时PPS具有与PTFE 相媲美的优异化学性能，可以抵抗酸、碱、烃、酮、 醇、酯、氯烃等化学品的腐蚀，体现了优良的纺织加 工性能，是高温烟道或特殊热介质中滤料的[11-12];成型收缩率和线性膨胀系数较小，吸水率 低，其制品在高温高湿的环境中不易变形[13]。PPS 具有耐高温、耐腐蚀性、耐磨机械强度高、压力损失 小等特性，而玻璃纤维和涤纶纤维与PPS则差距较 大。在煤粉工业锅炉系统排烟温度低于150℃的正 常运行工况下，玻璃纤维可以满足该工况温度要求， 但涤纶纤维的耐热温度只在120℃以下，低于工况 温度，因此在150℃的工况下由玻璃纤维和涤纶纤 维混纺的1号样品滤料会由于涤纶纤维的强度下降 而导致整体强度下降。其次是在煤粉锅炉运行工况 下，烟气中含有一定的SO2和NOx，也会造成玻璃纤维和涤纶纤维混纺滤料的腐蚀[14]。最后由于玻璃 纤维只能应用于反吹清灰技术(微压清灰)和低流 速(v≤0.6m/s)，而不能应用于煤粉工业锅炉系统 中的脉冲清灰方式(清灰压力在70~700kPa)和高 流速(v=0.8~1.0m/s)运行状态。但是PPS对2 种清灰方式和高风速均适用。

图5 1 号样品电镜

2号样品迎尘面和净气面的电镜如图6所示。 由图6可知，迎尘面纤维多数属于大范围断裂;净气 面部分纤维受损，表现为纤维变尖、变细、发生断裂， 可以初步推断滤料纤维断裂由磨损所致，但仍需进 一步验证。

图6 2号样品电镜

2.4 差热结果分析

2号样品DTA曲线如图7所示。由图7可知， 滤袋的熔点和分解温度分别为283.6、 628.7℃，略高于新袋PPS(熔点279.7℃、分解温度599.3℃)，证实待测滤袋并没有受到较高 温度的腐蚀，保持着良好的热稳定性能。

图7 2 号样品DTA 曲线

2.5 常规性能分析

2号样品常规性能测试结果见表1。

注：200Pa压力下。

由表1可以看出:强力清灰后，质量和透气 量恢复性较差;滤袋横纵向强力分布不均匀，局 部明显降低，并非全部下降，由该现象可确定滤 袋失效不属于化学腐蚀。最终验证了2号样品 失效主要原因为机械磨损，而非化学高温、氧化 腐蚀。通过上述分析可知，喷吹管歪斜造成喷吹 位置不当是造成布袋磨损严重的直接原因，由于 喷吹管上的喷嘴与花板孔之间同心度达不到要 求或喷嘴与花板之间垂直度不够而导致喷吹过 程中压缩空气直接吹到滤袋袋身上，造成了滤袋 局部受冲击过大而破损。建议在安装过程中注 意喷吹口与滤袋袋口中心的相对位置，防止由安 装不当导致压缩空气直接吹到滤袋袋身上而造 成滤袋失效。

3 结论

1)从煤粉工业锅炉系统运行稳定性、运行成 本、系统安全及环保角度等方面综合比较，PPS材质是煤粉锅炉系统运行工况下的，但是PPS 滤料在耐氧化性上稍差，因此锅炉系统应尽量减少 低负荷运行，以免发生高温氧化造成化学腐蚀而导 致滤料失效。

2)1号锅炉系统除尘器滤袋滤料由涤纶纤维和 玻璃纤维组成而非PPS滤料，滤料材质选用不当为 滤袋失效的主要原因，为高效煤粉工业锅炉工程实 践选取同种材质滤料提供理论基础。

3)2号锅炉系统除尘器滤袋失效原因为机械损 伤，主要由于喷吹位置安装不当，喷吹管上的喷嘴与 花板孔之间同心度未达到要求。因此，除尘器安装 时一定要确保袋笼、滤袋垂直安装，且无搭桥、碰撞 现象;喷吹管和喷嘴需设计合理，安装准确，确保喷 吹口正对滤袋袋口中心，以此来避免由喷吹位置安 装不当而造成滤袋失效。