近年來，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視，我國(guó)大氣污染得到了遏制，城市空氣質(zhì)量逐步改善。然而，大氣污染狀況依然嚴(yán)峻，細(xì)顆粒物PM2.5仍然是城市主要的大氣污染物。目前，我國(guó)煤電行業(yè)已實(shí)現(xiàn)了煙塵超低排放，非電行業(yè)超低排放和提標(biāo)改造行動(dòng)全面啟動(dòng)，細(xì)顆粒物高效凈化用超細(xì)面層精細(xì)過濾材料的需求日益劇增。

一、超細(xì)面層濾料的概念

1、超細(xì)纖維的定義

   纖維一般可分為超細(xì)纖維、微細(xì)纖維、細(xì)纖維、標(biāo)準(zhǔn)纖維和粗纖維等類型，其標(biāo)定如圖1，超細(xì)纖維的規(guī)格如圖2。目前國(guó)內(nèi)外尚無“超細(xì)纖維”準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)定義，有的指0.2dtex以下(如圖1)，也有的指2.0旦(0.2 dtex)以下(如圖2)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，纖維的纖度越來越細(xì)，超細(xì)纖維細(xì)度的衡量標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。根據(jù)國(guó)內(nèi)外技術(shù)文獻(xiàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)眾多濾料企業(yè)當(dāng)前的加工能力和水平，現(xiàn)提出超細(xì)纖維的定義，即過濾用纖度為0.8旦(0. 89dtex)及其以下的有機(jī)纖維或直徑5μm以下的無機(jī)纖維。

圖1粗細(xì)纖維的標(biāo)定

2、超細(xì)纖維的類型

圖2超細(xì)纖維的規(guī)格

  0.5-0.8旦是目前使用為普遍的超細(xì)纖維，以此纖維制成的超細(xì)面層濾料可以解決大多數(shù)工業(yè)煙氣細(xì)顆粒物PM2.5的超低排放問題，但其對(duì)于1μm左右細(xì)顆粒物的過濾效率稍顯不足。

  橘瓣纖維由于其裂解為超細(xì)纖維的過程需要高壓水刺的沖擊，因此需要專業(yè)的高壓水刺設(shè)備，且濾料的克重高，水針穿透時(shí)能量消耗大，因此開纖的控制難度較大，超細(xì)纖維的比例較難控制，因此濾料的均一性和穩(wěn)定性相對(duì)較差。

海島纖維是近年來新研制的超細(xì)纖維品類，其纖維纖度比橘瓣纖維更細(xì)，也更穩(wěn)定，可有效提高濾料的過濾精度，具有表面過濾的效果，其對(duì)1μm左右的細(xì)顆粒物也有良好捕集效果。

    納米纖維現(xiàn)階段大多處于實(shí)驗(yàn)室或中試階段，目前其工業(yè)化水平不夠，實(shí)際工程應(yīng)用不多，尚未形成主流技術(shù)和產(chǎn)品。

3、超細(xì)纖維面層濾料的結(jié)構(gòu)、性能、加工與制造

濾料結(jié)構(gòu)

將超細(xì)面層濾料設(shè)計(jì)成梯度結(jié)構(gòu)，由上至下依次為面層、中層、基布和底層，面層應(yīng)由超細(xì)纖維構(gòu)成，中層由細(xì)纖維構(gòu)成，底層為相對(duì)較粗的纖維構(gòu)成。目前國(guó)內(nèi)常用的超細(xì)面層濾料結(jié)構(gòu)有0. 08D + 2. 0D/2. 8D, ( 0. 8~1.0) D+1. 5D/2.0D,(0. 8~1. 0 ) D+1. 0D,(0. 8~1. 0)+2. 0D，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，實(shí)際產(chǎn)品斷面如圖4所示。

圖3濾料結(jié)構(gòu)

圖4超細(xì)針刺氈濾料的斷面

濾料性能

研究表明，采用1. 0 dtex的纖維取代3. 3 dtex的纖維，聚酯濾料就可獲得雙倍的纖維表面積，如圖5所示，與此同時(shí)，由于超細(xì)纖維表面可高效隔離更多更細(xì)粉塵，所以超細(xì)纖維排放率會(huì)因其表面積的增加而下降，某公司MPS超細(xì)纖維與普通纖維濾料的排放率對(duì)比如圖6所示。

圖5纖維纖度與纖維過濾面積的關(guān)系

圖6超細(xì)纖維濾料的排放率

加工與制造

       目前超細(xì)面層濾料的制造方式多種多樣，0.8旦到0.5旦纖維主要采用直接梳理，0. 5旦以下的多采用橘瓣纖維或海島纖維，一般需通過針刺或高壓水刺及后整理溶海等工藝得到超細(xì)纖維面層濾料。對(duì)于納米纖維一般采用靜電紡或高速熔噴等方式成網(wǎng)。

針對(duì)超細(xì)面層此種精細(xì)過濾濾料，為更好地確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定的高性能運(yùn)行，除需重點(diǎn)關(guān)注其性能測(cè)試指標(biāo)外，加工過程高質(zhì)量的保障是前提，因而加工制造各個(gè)環(huán)節(jié)的把控至關(guān)重要，應(yīng)引起濾料廣家的高度重視。為此，提出以下幾點(diǎn)建議:

1)需選用細(xì)度面層材料和濾料結(jié)構(gòu)，采用針刺、水刺、紡粘、熔噴等各類非織造方式加工并經(jīng)過后處理制成。

2)采用針刺方法制造時(shí)，各層不同細(xì)度的材料分別經(jīng)過開松、梳理、疊網(wǎng)后成網(wǎng)，毛網(wǎng)均勻性偏差宜＜2.5%鋪網(wǎng)完成后按梯度結(jié)構(gòu)，經(jīng)過預(yù)針刺、多道主針刺、后整理成型，針刺密度應(yīng)>>1300針/m2為宜。

3)超細(xì)面層濾料的后整理修面宜采用水刺工藝。

性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

    超細(xì)面層濾料是精細(xì)過濾材料，其功能是有效捕集PM2.5等細(xì)顆粒物并實(shí)現(xiàn)超低排放。鑒此，其性能要求除外觀質(zhì)量、形態(tài)性能、透氣性、強(qiáng)力特性及伸長(zhǎng)率、阻力特性等各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)全面優(yōu)于常規(guī)濾料外，還應(yīng)在鋪網(wǎng)均勻性、表面孔徑和濾塵特性等方面提出專項(xiàng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，以滿足特殊性要求(見下表)

 超細(xì)面層濾料與覆膜濾料比較

    袋式除塵滿足超低排放可采用覆膜濾料或超細(xì)面層濾料，兩種濾料各有優(yōu)劣，覆膜濾料孔徑更小、精度更高、可實(shí)現(xiàn)表面過濾，但膜的質(zhì)量及覆膜的牢度極其關(guān)鍵，是性能優(yōu)劣的決定性因素，膜材料易受損傷，對(duì)安裝要求苛刻，有些惡劣煙氣工況不宜采用。而超細(xì)面層濾料雖在過濾精度方面稍遜，但其實(shí)際使用要求與常規(guī)濾料相似，因此使用日益廣泛。超細(xì)面層濾料與覆膜濾料的優(yōu)劣比較如下表所示。

 典型案例分析

為充分闡明超細(xì)面層濾料優(yōu)異的過濾性能，驗(yàn)證其在工業(yè)煙氣超低排放上的先進(jìn)性和可靠性，現(xiàn)例舉鋼鐵煙氣凈化、電廠鍋爐煙氣凈化及電解鋁煙塵治理等實(shí)際工程案例，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。典型案例主要參數(shù)如下表所示。

 由上表可知:超細(xì)面層濾料對(duì)于實(shí)現(xiàn)5 mg/m3以下的超低排放作用顯著。

1)相近條件下，適當(dāng)增加濾料單重利于超低排放的可靠實(shí)現(xiàn);

2)前置預(yù)荷電利于超低排放和降低阻力，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排;

3)相近條件下，適當(dāng)降低過濾風(fēng)速利于實(shí)現(xiàn)超低排放，濾速以0. 9 m/min為宜，有前置預(yù)荷電裝置也不宜>1. 0 m/min，高濃度工況濾速宜<0. 8 m/min 。

結(jié)論

1)超細(xì)面層濾料的采用是實(shí)現(xiàn)超低排放的有效措施。

2)超細(xì)面層濾料的加工質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)超低排放的關(guān)鍵保障，加工過程各道工序的質(zhì)量控制至關(guān)重要，應(yīng)高度重視。

3)對(duì)于細(xì)顆粒物的捕集與過濾風(fēng)速的合理選擇極其關(guān)鍵，建議濾速<0.9m/min為宜，高濃度工況濾速宜<0.8m/min 。

4)從設(shè)計(jì)、制造到安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)均需精益求精，確保全過程高質(zhì)量的實(shí)施，這是實(shí)現(xiàn)超低排放的重要保障。

5)嚴(yán)格而規(guī)范地安裝、運(yùn)行及維護(hù)管理，對(duì)于實(shí)現(xiàn)超低排放至關(guān)重要。