選自2009全國袋式除塵技術(shù)研討會論文集
孫熙1 柳靜獻1 李熙2
（1 東北大學；2 撫順恒益工業(yè)濾布有限公司）
摘 要 文章介紹我國袋式除塵過濾材料的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀，并從多各方面論述了袋式除塵濾料的技術(shù)進步，指出現(xiàn)存問題。
關(guān)鍵詞 袋式除塵器 濾料 技術(shù)進步
資助項目：國家863, 2007AA06Z346
1 概述
從50年代中期我國鞍山焦耐設(shè)計院開始獨立設(shè)計脈沖袋式除塵器以來，中國自主知識產(chǎn)權(quán)袋式除塵技術(shù)走過50年了。袋除塵器被廣泛應(yīng)用于電力、鋼鐵、水泥、有色、垃圾焚燒等諸多領(lǐng)域，不同的煙氣環(huán)境給袋除塵器濾料提出了新的要求，袋除塵器濾料也與袋式除塵技術(shù)互為依托，相互促進，相輔相成，不斷前進。濾料在國產(chǎn)化的進程中也逐步發(fā)展了從絨布、機織布到針刺氈、特種針刺氈、功能化濾料等諸多品種，濾料也由一個附屬性配材發(fā)展到一個年產(chǎn)值30億元的產(chǎn)業(yè)，制造設(shè)備技術(shù)快速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量已接近國際水平，并逐步進入國際市場。
2 歷史進程
上世紀五、六十年代，袋式除塵器使用的濾料為普通工業(yè)機織布，個別高端應(yīng)用場合采用工業(yè)呢。1974年武漢安全研究所研制了208滌綸絨布并，廣泛應(yīng)用于各種常溫工業(yè)場所，開始了濾料國產(chǎn)化的進程，也使我國袋式除塵器進入新的時期。盡管目前已有許多性能更加優(yōu)良的濾料，但208滌綸絨布至今尚有個別地區(qū)在使用。208滌綸絨布是我國袋式除塵濾料由天然纖維織造轉(zhuǎn)向采用合成纖維材料的開始，其研制使我國袋式除塵濾料從使用一般工業(yè)織物跨越到開始專門制造袋式除塵專用工業(yè)織造物——袋式除塵過濾材料的時代。從五十年代起，到八十年前可以作為我國濾料的第一發(fā)展時期，形成我國第一代袋式除塵過濾材料。同一時期，高溫場所使用玻纖織布（素布）。
1980年東北大學與撫順第三毛紡廠研制開發(fā)了針刺氈非織造濾料，由傳統(tǒng)的織造濾料走向非織造濾料是濾料織造技術(shù)革命性的轉(zhuǎn)變。與織造濾料相比，非織造濾料具有低阻高效的特點，且生產(chǎn)流程短，易于形成一條龍自動化生產(chǎn)線，具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品成本低、質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點；更重要的是，非織造濾料便于根據(jù)不同行業(yè)、不同除塵設(shè)備對濾料種類、品種型號等要求實時進行材質(zhì)、工藝及織物參數(shù)調(diào)整（包括符合），量身定做適合于當時當?shù)毓r所需要的過濾材料，這也是非織造濾料幾十年快速發(fā)展的根本原因。非織造針刺氈可廣泛用于反吹風、機械振打、脈沖反吹等多種袋除塵器，該種濾料至今仍是行業(yè)的主流濾料。同一時期，在高溫濾料場所開始對玻纖紗線作硅油、石墨處理，形成的耐高溫玻纖稱作第二代玻纖布。
1985年寶鋼設(shè)計院與上海火炬工業(yè)用布廠合作研制開發(fā)筒型聚酯機織濾料729濾料，用于反吹風長袋。729濾料的研發(fā)不僅解決了我國急需的高強低伸的過濾材料，采用緞紋織造方法和熱定型后處理工藝，也為我國后續(xù)機織濾料的研發(fā)提供了新思維和技術(shù)平臺。729濾料的研發(fā)使我國袋式除塵進入大型化、長濾袋的歷史階段。
1985年，應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需求，東北大學與晶花產(chǎn)業(yè)用布廠研制了Nomex耐高溫針刺氈，并在高溫煙氣領(lǐng)域推廣應(yīng)用。這項研究采用粗紗工藝解決了高靜電纖維在沒有適當消靜電劑條件下紡紗技術(shù)。Nomex針刺氈的研制應(yīng)用標志著我國步入了高端濾料的研制和生產(chǎn)，對高溫煙塵的合理排放提供了有效的控制手段。
80年代末我國開展了燃煤鍋爐袋式除塵技術(shù)的應(yīng)用研究。在北京勞動保護研究所牽頭，東北大學等單位參加的七五攻關(guān)項目中，開始使用過濾理論對濾料結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)設(shè)計，并根據(jù)制造設(shè)備和工藝的特點進行了參數(shù)優(yōu)化，使濾料的研制與生產(chǎn)進入了較為科學化時代。該研究探索了玻璃纖維氈暨玻纖復(fù)合氈的基本工藝，自此玻纖濾料也快速發(fā)展。90年代初期，南京玻纖研究院與南京三五二一廠研制出玻璃纖維氈、后處理工藝及配方，隨后撫順博格工業(yè)濾布廠和營口玻纖二廠合作研制并推廣玻纖復(fù)合針刺氈。性價比優(yōu)良的玻纖復(fù)合針刺氈的研制化解了在高溫纖維由國外公司完全控制、高溫纖維價格居高不下、纖維數(shù)量受控形勢下，高溫濾料無法大規(guī)模推廣應(yīng)用的難題。玻纖復(fù)合針刺氈成為我國獨樹一幟的濾料技術(shù)。
90年代中期，上海凌橋環(huán)保設(shè)備廠和上海四氟塑料廠先后自主研制出聚四氟乙烯膜過濾材料。覆膜濾料本是美國戈爾公司控制的專有技術(shù)，長期以高技術(shù)濾料傲居于中國市場。國產(chǎn)覆膜濾料打破了戈爾公司一統(tǒng)天下的壟斷局面，使覆膜濾料得以在我國迅速推廣使用。覆膜濾料的研制與推廣應(yīng)用標志著我國濾料進入世界先進水平行列。
同期東北大學與撫順晶花產(chǎn)業(yè)用布廠研制推廣高密面層過濾材料。高密面層濾料是以超細纖維組成面層，粗纖維做底層，經(jīng)特殊扎光工藝的梯度濾料。它是一種阻力比覆膜濾料，過濾效率與覆膜濾料相近的濾料——即高效低阻節(jié)能型過濾材料。近十多年來，該種濾料結(jié)構(gòu)型式得以迅速發(fā)展。
進入二十一世紀，大批高性能纖維陸續(xù)研發(fā)并推向市場。芳綸纖維技術(shù)日臻成熟，PPS纖維、芳砜綸纖維已經(jīng)研制試用，從而把我國袋式除塵濾料推向創(chuàng)新時期。
3 產(chǎn)品進步
根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用需求的變化，在50年中，濾料無論從品種上、設(shè)備上還是規(guī)模上都有了很大的發(fā)展。
3.1 濾料品種
按照濾料的加工方式和產(chǎn)品形式，濾料在發(fā)展過程中出現(xiàn)了如下產(chǎn)品：
1）208滌綸絨布。它是以滌綸短纖維交織形成斜織物之后，又在表面起絨的過濾材料。位于容塵面的絨毛在過濾時被壓緊覆于布面上，較大地提高了過濾效率。在反吹時，成為松散狀態(tài)，有利于粉塵剝離。
208滌綸絨布具有較好的耐腐蝕性、較小的吸濕性和較高的過濾效率以及在干燥狀態(tài)下較好的清灰性能。所以研制出來以后迅速地替代了普通工業(yè)機織布和工業(yè)濾氣呢。但是，結(jié)露后粉塵粘結(jié)到絨毛層上，通常無法清理并會使濾料阻力迅速增高，導致除塵器無法工作。
2）729機織濾料。它是我國首次采用緞紋織造，并經(jīng)過熱定型后處理的機織濾料。前期Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型采用棉型纖維（1.4×38mm），Ⅳ選用高強低伸型中長纖維（2.0×51mm）。棉型纖維過濾性能好，中長纖維有利于清灰。前期采用反織法工藝，塵面（五枚三飛經(jīng)線緞紋）在外，凈面（五枚二飛緯線）在內(nèi)，適用于外濾。后又開發(fā)適用于內(nèi)濾塵面在內(nèi)，凈面在外的正織法工藝。
729濾料組織致密耐磨性好，高強低伸型經(jīng)向伸長小，適用于反吹清灰類弱清灰強度的長濾袋除塵器。
3）針刺氈濾料。它以基布為基礎(chǔ)，在其上將纖維通過梳理成網(wǎng)或氣流成網(wǎng)，通過針刺機將纖網(wǎng)針刺，形成上下勾連、具有三維結(jié)構(gòu)的非織造濾料，再經(jīng)燒毛、扎光、熱定型等后處理制成成品。針刺氈纖維呈三維立體結(jié)構(gòu)，過濾效率高，透氣性好，阻力低，在過濾過程中阻力增長慢。在經(jīng)過先進技術(shù)優(yōu)化后，憑借細纖維和高密面層三維結(jié)構(gòu)使其具有更高的捕集效率、低阻力和堪比覆膜濾料的清灰能力，具有較好的可靠性，在業(yè)內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用，成為目前袋除塵器濾料的主流。
針刺氈的出現(xiàn)開創(chuàng)了我國非織造濾料的時代，技術(shù)研發(fā)與成品改良層出不窮。針刺氈按纖維材質(zhì)結(jié)構(gòu)等分為十余個種類，百余個型號。
4）覆膜濾料是以機織濾料或針刺氈濾料為基底，在其表面上覆一層經(jīng)過雙向拉伸制作成的微孔聚四氟乙烯薄膜。濾料覆膜以后形成以表面過濾為主、疏油、疏水的過濾材料，具有過濾效率高、易清灰的特點。
3.2 產(chǎn)量規(guī)模
濾料品種不斷創(chuàng)新的同時，濾料的產(chǎn)量也飛速發(fā)展，1985年、2005年和2008年全國濾料產(chǎn)量見表1和圖1所示。
表1 全國濾料產(chǎn)量變化 單位：萬m2
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年代 |
濾料總產(chǎn)量 |
化纖濾料產(chǎn)量 |
玻纖濾料產(chǎn)量 |
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1985 |
180 |
130 |
50 |
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2005 |
4000 |
3000 |
1000 |
|
2008 |
7000 |
5200 |
1800 |
圖1 全國濾料產(chǎn)量變化
可以看出，我國濾料產(chǎn)量從1985年到2005年， 20年產(chǎn)量翻22倍。本世紀濾料更是快速發(fā)展，從2005年到2008年，僅3年的時間里，濾料產(chǎn)量幾乎翻了一倍。2008年我國年產(chǎn)量150萬m2以上濾料企業(yè)15家，另有外資企業(yè)5家，其中年產(chǎn)量超過500萬m2大型企業(yè)2家。
3.3 設(shè)備進步
我國濾料制造行業(yè)從最初的國產(chǎn)化研制到目前年產(chǎn)值30億元，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個明顯特征是企業(yè)裝備水平有了極大提高，部分企業(yè)已淘汰了老式梳理、針刺設(shè)備，采用新型梳理機、針刺機。在開松、梳理和鋪網(wǎng)工序上，由老式的機械棉箱改進為氣壓棉箱，并采用大毛倉，梳理機由單錫林單道夫改進為雙錫林雙道夫，并且有少數(shù)企業(yè)采用帶有自動稱重和不勻度自動調(diào)整系統(tǒng)的梳理機械。由于梳理設(shè)備的進步，使纖網(wǎng)不均勻度已可達到1℅左右。針刺機的針刺頻率已達到1500次/min，布針密度達到5000針/m，針板已采用重量更輕的鋁合金材料，整機由單針板改進為雙針板。針刺機的技術(shù)進步提高了生產(chǎn)速度和濾料的制造質(zhì)量，降低了能耗、占地面積及噪聲。后處理已由過去的分單元進行燒毛、熱定型、扎光、浸漬、涂層、干燥等處理改造為連續(xù)進行各種后處理工藝的一條龍后處理生產(chǎn)線，不僅提高了生產(chǎn)效率，更重要的是提高了后處理的品質(zhì)。
后處理的燒毛機由單火口發(fā)展為雙火口，可以更好的調(diào)整燒毛的溫度、速度，控制燒毛的強度。扎光機由原來的雙輥軋機發(fā)展到三輥軋機、軋輥表面溫度達到300℃，不均勻度小于1℃。
熱定型設(shè)備由蒸氣加熱變?yōu)槿細饧訜帷⒂械倪€輔以紅外加熱，熱定型溫度普遍可達到300℃，定型機內(nèi)溫度不均勻度小于5℃。
博格工業(yè)用布有限公司已裝備有5.2m寬幅濾料生產(chǎn)線及5.2m寬幅處理生產(chǎn)線，已接近國外濾料生產(chǎn)水平。
濾袋縫制在80年代僅有晶花產(chǎn)業(yè)用布廠采用三針縫紉機三線同時縫制?，F(xiàn)在所有制袋企業(yè)基本采用三針縫制。博格工業(yè)用布、撫順恒益、撫順天宇等企業(yè)業(yè)已采用自動縫合（熱合）生產(chǎn)線縫合濾袋，縫合速度達到15m/min。
3.4 國際競爭
就針刺氈濾料而言，我國自80年代中期就對日本有少量出口，但直到2000年后，才有較大量增長，但仍以常溫濾料為主，高溫濾料主要是隨國外項目中的袋式除塵器一同供應(yīng)。
2000年以來，多家外資濾料企業(yè)登陸中國，在中國設(shè)廠，搶奪中國市場。同時值得指出的是，在殘酷的市場爭奪中，中國濾料（包括合資企業(yè)和中國民營企業(yè)的濾料）憑借著優(yōu)良的品質(zhì)、較低的價格在國際舞臺上占據(jù)越來越重要的位置并開始進入歐美市場。
4 濾料研發(fā)
我國濾料行業(yè)早期是依靠產(chǎn)學研結(jié)合發(fā)展起來的。30多年前，中國的計劃經(jīng)濟為早期濾料的研發(fā)提供了生產(chǎn)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)，產(chǎn)學研優(yōu)勢互補、強強聯(lián)合的模式也不斷促進著我國濾料技術(shù)的快速進步。從30年前的208絨布、針刺氈、729機織布、耐高溫針刺氈、覆膜濾料到高密面層濾料、梯度濾料，從天然纖維濾料、滌綸濾料、玻纖濾料到NOMEX、PPS、PTFE濾料，已由原來的幾年一個新品種發(fā)展到現(xiàn)在的每年十多個品種，新產(chǎn)品研發(fā)已經(jīng)成為企業(yè)的首要任務(wù)，企業(yè)在濾料研發(fā)中也扮演著越來越重要的角色。
在濾料研發(fā)中，國家也相當重視，在科技立項上給予了大力支持。當前，國家863項目PPS纖維及濾料國產(chǎn)化研究、電袋復(fù)合除塵器用濾料研究，以及去除重金屬的濾料研究等一批前沿項目正在進行。除了高性能濾料的研發(fā)外，差別化、功能化濾料如聚四氟乙烯纖維及濾料也已研制成功，垃圾焚燒用同步除塵去二惡英濾料正由際華三五二一廠研制。
濾料的性能依賴于纖維的特性，濾料需求的巨大市場推動著纖維的創(chuàng)新與進步。近年來，高性能纖維得到迅速發(fā)展，芳綸纖維國產(chǎn)化可達到70%以上，PPS纖維國產(chǎn)化在即，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的芳砜綸纖維已在進行推廣，P84纖維也正在研制中。
5 濾料標準與質(zhì)量檢測
質(zhì)量是產(chǎn)品的生命，隨著社會的發(fā)展和行業(yè)應(yīng)用水平的提高，產(chǎn)品質(zhì)量逐漸成為決定市場的最主要因素。產(chǎn)品質(zhì)量的提高依賴于兩個因素，一是產(chǎn)品質(zhì)量保證的標準，一是產(chǎn)品質(zhì)量保證的檢測技術(shù)。
5.1 標準制訂
80年代，在中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會袋式除塵委員會組織下，開展了袋式除塵系列標準的起草與制定工作，其中包括濾料及配件標準。1990年，由東北大學、撫順晶花產(chǎn)業(yè)用布廠起草并完成了國家標準GB12625-90《袋式除塵用濾料技術(shù)條件》。2007年，國家標準化管理委員會下達的GB12625-90修訂工作計劃初完成，新的標準正在報批中。與德國、美國和日本三個世界上具有濾料標準的國家相比，中國濾料國家標準兼顧了方法標準和產(chǎn)品標準兩個方面，內(nèi)容完善、實用。僅20年的現(xiàn)場應(yīng)用和實踐表明，這些標準在推動我國濾料技術(shù)進步和質(zhì)量監(jiān)督中起到了重要作用。
1998年制定了國家環(huán)保產(chǎn)品認定條件HCRJ 015-1998《袋式除塵器 濾袋》、HCRJ 042-1999 《袋式除塵器用濾料》。2006年，在對該標準作一定修訂的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)為國家環(huán)境保護行業(yè)標準HJ/T327-2006《袋式除塵器 濾袋》、HJ/T324-2006《袋式除塵器用濾料》。
在此期間，還制定了覆膜濾料標準，玻纖濾料標國家準。
鑒于中國濾料研發(fā)歷史、研究水平、國家標準的歷史和影響力，并考慮中國濾料市場和中國濾料企業(yè)參與國際競爭、進入國際市場的需求，目前，我國正在與德國、美國、日本、奧地利一起進行濾料過濾性能測試ISO國際標準制定工作。
5.2 檢測技術(shù)
檢測技術(shù)對行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督、維護行業(yè)秩序、保護用戶合法權(quán)益起著關(guān)鍵的作用。
我國濾料產(chǎn)品的性能測試和研究起源于80年代，國家環(huán)保產(chǎn)品（濾料）質(zhì)量檢測單位——東北大學濾料檢測中心經(jīng)過近30年的發(fā)展，已擁有世界一流水平的測試系統(tǒng)和設(shè)備，能完成過濾材料全部性能檢測，其中包括濾料的織物性能、強力性能、透氣性能、過濾性能、耐熱性能、疏水疏油性能、防靜電性能、阻燃性能及材質(zhì)分析，不僅滿足濾料研發(fā)，而且對全國濾料質(zhì)量監(jiān)控、用戶招標的公正性測試、用戶質(zhì)量糾紛仲裁起到了重要作用。中材科技（南京玻纖院）建有先進的玻璃纖維檢測實驗室，可完成玻璃纖維的強度、模量、化學穩(wěn)定性、電性能、甚至材料結(jié)構(gòu)分析等各種檢測分析。
目前企業(yè)也加強了對產(chǎn)品測試的投入，一些濾料排頭企業(yè)已經(jīng)或正在建立濾料生產(chǎn)和質(zhì)量控制所需的實驗室，可完成濾料常規(guī)織物性能的檢測，有少數(shù)企業(yè)還配有防靜電性能及纖維性能等檢測設(shè)備。
6 問題與展望
由于我國在客觀條件上的限制和行業(yè)的特殊性，該行業(yè)也出現(xiàn)了一些問題。我國濾料企業(yè)基本上都是民營，絕大多數(shù)企業(yè)規(guī)模小，資產(chǎn)量不高，難以同時承擔多個大型項目，亟待快速發(fā)展，擴大生產(chǎn)能力，擴充資金來源；另外，濾料行業(yè)高水平管理人才及技術(shù)人才奇缺，以致管理水平、技術(shù)水平總體上不高。由于人才缺乏及各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不平衡，造成人才流動性大，一定程度延緩了企業(yè)的發(fā)展速度；再者，盡管我國濾料品種種類已基本上與世界水平同步，但產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，這成為國產(chǎn)高端濾料在國內(nèi)市場推廣的瓶頸，也是我國濾料缺乏國際競爭力的關(guān)鍵所在。
日前，隨著環(huán)境保護標準的不斷提高，差別化、功能化過濾材料的研究已經(jīng)提到日程上來。我國同時去除二惡英的垃圾焚燒用過濾材料和同時去除重金屬的過濾材料正在研制。超高溫過濾材料也在研制中，其中玄武巖纖維已有初步進展。相信在未來幾年內(nèi)，將會涌現(xiàn)出一批具有廣闊市場前景的新型過濾材料。
我國早期的濾料企業(yè)通過資金的積累，已具備快速發(fā)展的條件，在未來十年會有一批企業(yè)走進國際市場大顯身手。
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