随着人们环保意识的增强，国家在环保法规方面对工业生产提出了越来越高的要求。就水泥工业而言，GB4915-2004对水泥制造过程中的最高允许排放浓度做出了规定，并且于2010年1月1日起全面实施，详见表1。同时还规定，对生产系统禁止非正常排放；除尘装置对于水泥窑通风机的年同步运转率不得小于99%；对现有的所有水泥生产线主要排尘点实行在线监测。
表1 水泥工业大气污染物排放标准GB4915-2004
生产设备
颗粒物
适用范围
排放浓度mg/m3
单位产品排放产量kg/t
水泥窑及窑磨一体机
100
0.30
2006年7月1日～ 2009年12月31日现有生产线及设备
烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机
100
0.30
破碎机、磨机、包装机及其它通风生产设备
50
0.04
水泥窑及窑磨一体机
50
0.15
自2010年1月1日，现有生产线及设备；2005年1月1日新建生产线及设备
烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机
50
0.15
破碎机、磨机、包装机及其它通风生产设备
30
0.24
2、袋式除尘技术代表除尘技术的发展方向
2.1 电、袋除尘技术效果比较
表2 电、袋除尘技术效果比较表
对比项目
袋除尘器
电除尘器
出口排放
选用高性能滤料、适宜的过滤风速可实现“趋零排放”
要达标排放需提高单位电晕功率或增加电场，很难实现“趋零排放”
粉尘比电阻
无影响
高比电阻粉尘难以扑集，且易产生反电晕现象
烟气
粉尘
性质
烟气温度
取决于滤袋的耐温性能，使用玻璃纤维覆膜滤料可在260℃长期使用
温度上升，粉尘层击穿电压下降，烟气运动黏度上升，除尘效率下降
化学成份
无影响
硅、铝、钙含量上升，比电阻上升，除尘效率下降
含尘浓度
适应范围广
高浓度需预收尘
烟气预处理措施
增湿量不到电除尘的一半，且有多种降温方式
需喷雾增湿，要深度调质
供电系统
只有低压，较安全
有高压，要十分注意安全
运转率
同步运行
可同步运行
窑点火时不同步
事故排放
无事故排放
CO超标等产生事故排放
在线检修
可在线检修
不可在线检修
脱硫作用
效果显著
无
表2是一个电、袋除尘技术效果的比较表。从出口排放看，袋除尘器只需选用高性能滤料和适宜的过滤风速，可实现“趋零排放”，而电除尘器要达标排放需提高单位电晕功率或增加电场，很难实现“趋零排放”。粉尘比电阻对袋除尘器没有影响，而对电除尘器来说，高比电阻粉尘难以扑集，且易产生反电晕现象。烟气温度对袋除尘器来说，取决于滤袋的耐温性能，使用玻璃纤维覆膜滤料可以在260℃长期使用，而对电除尘器来说温度上升，粉尘层击穿电压下降，烟气运动黏度上升，除尘效率下降。袋除尘器可与工艺设备同步运行，而电除尘器窑点火时不同步，而新标准规定年同步运转率不得小于99%。袋除尘器可在线检修，无事故排放，而电除尘器不可在线检修，在CO超标或绝缘子结露爬电等情况下会产生事故排放。所以比较的结果是：袋除尘器出口排放更优，可与工艺设备同步运行，可在线检修，无事故排放，优势明显。
2.2 投资、维护费用比较
投资和维护费用是业主非常关心的，这主要取决于过滤材料的价格（初投资）与寿命（维护费）。按过去50mg/Nm3的标准，采用进口滤袋，电除尘器和袋除尘器的一次性投资相当，若采用国产滤袋将节省约200万元投资。若按严格的30mg/Nm3甚至更严格标准，采用国产滤袋，完全可以达到，袋式除尘器在一次性投资方面的优势非常明显。电除尘器和袋除尘器的用电比较见表3。
表3 2500t/d水泥窑尾除尘器综合功率比较表 单位kw
电除尘器
反吹风袋除尘器
脉冲袋除尘器
废气风机
40
213.3
200
高压电源
195
—
—
反吹风机
—
24.4
无
压缩空气
—
—
23.6
振打电机
1.98
—
—
电加热器
4.8
—
—
合计
241.8
237.7
223.6
综上所述，无论从除尘效果、一次性投资和运行费用等方面比较，都表明，袋式除尘技术代表除尘技术的发展方向。目前我国水泥企业除尘的现状是，窑头主要用电除尘器，约占68～70%，窑尾主要用袋除尘器，约占63～68%。与前几年相比，袋除尘的比例有了显著的提高就是明显的例证。
3、高温过滤材料生产技术
3.1 玻璃纤维过滤材料的发展历程
玻璃纤维过滤材料的发展，经历了连续玻璃纤维平幅过滤布、玻璃纤维膨体纱过滤布、玻璃纤维针刺毡/复合毡和玻璃纤维覆膜滤料等发展阶段，其过滤机理已从“深层过滤”发展到了“表面过滤” ，适用的过滤风速和可达到的除尘效率也不断提高，详见表4。
表4 玻璃纤维过滤材料的发展历程
品种
过滤特点
适用的过滤风速m/min
可达到的除尘效率
备注
连续玻璃纤维平幅过滤布
深层过滤
0.3～0.5
99%以上
第一代
玻璃纤维膨体纱过滤布
0.5～0.7
99.5%以上
第二代
玻璃纤维针刺毡/复合毡
0.5～0.8
99.9%以上
玻璃纤维覆膜滤料
表面过滤
0.8～1.0
出口排放浓度小于30mg/Nm3
第三代
3.2 高温过滤材料生产核心技术
玻璃纤维覆膜滤料的生产工艺流程见图1。其核心技术是覆膜、处理、制膜和制毡。具体介绍如下。
图1 玻璃纤维覆膜滤料的生产工艺流程图
3.2.1表面处理与高温热融覆膜技术
高温热融覆膜技术是先对玻纤进行表面化学处理，再进行高温热融覆膜，图2是覆膜原理图。
图2 高温热融覆膜原理图
表面处理技术的核心是处理剂配方技术。是以聚四氟乙烯为主，再引入其他组份形成配合料，对玻璃纤维浸渍，在其表面成膜，达到保护纤维的作用。先在玻纤的表面通过化学处理形成了一层富含聚四氟乙烯的表面层，再与聚四氟乙烯滤膜通过高温高压融合成一体，形成覆膜滤料，详见图3，黑色部份就是膜和布的交织点通过覆膜融成了一体，而其白色部份就是起过滤作用的膜。
图3 热融覆膜效果图
目前市场上还有一种覆膜技术是粘结剂覆膜，这种覆膜产品，布和膜结合强度低，膜浮在布的表面，使用效果没保障，详见图4。
图4 粘结剂覆膜效果图
目前滤料市场上有所谓的PTFE渗膜、PTFE镀膜，实质上就是前面所说的表面化学处理，是在纤维表面成膜，其作用是保护纤维，延长滤袋的使用寿命，对过滤本身没有直接作用，与真正的覆膜有本质的区别。
3.2.2 膨化微孔聚四氟乙烯滤膜制备技术
膨化微孔聚四氟乙烯滤膜是由微丝节点组织成的立体网状结构，其制备技术的核心是小孔径、高强度。小孔径是确保过滤精度，高强度是确保材料的使用寿命。
图5是中材科技股份有限公司公司生产的滤膜的扫描电镜照片。从图中可以看出，滤膜的孔径非常小，在1微米以下，这样就确保了过滤精度。而目前市场上的覆膜滤料，膜的孔径都比较大，达几个微米，甚至更大。
图5 滤膜SEM照片
3.2.3 复合针刺毡生产技术
复合针刺毡生产技术的核心是超细玻纤技术和纤维配方技术。复合针刺毡是超细玻纤和耐高温化纤混杂，梳理成单纤维，再针刺到玻纤网布上制成的，玻纤越细，强度越高，越柔软。
纤维配方技术主要是指耐高温化学纤维品种选择和配比多少。我们采用的是P84纤维，详见图6，这种纤维具有异型截面，比表面积大，过滤性能好，同时耐温达260度，与玻纤耐温匹配性好。
图6 P84纤维断面图
目前市场上复合毡品种很多很乱，采用的化学纤维耐温性差，但从外观看不出来。我们是否有过这样的经验，在换袋的时候，发现滤袋紧紧的包裹在笼骨上，笼骨都抽不出来，这就是用了耐温低的纤维，滤料收缩导致滤袋紧紧的裹在笼骨上了，只能用剪刀剪下来。
4、产品性能特点
水泥行业应用的高温过滤材料产品有四大系列，分别是FT-WM系列玻纤布覆膜滤料、FT-MM系列复合毡覆膜滤料、FT-M系列复合毡滤料和FT-W系列膨体玻纤布滤料。主流过滤材料是覆膜滤料。
覆膜滤料有其独特的优点， 1、过滤效率高，2、过滤阻力低，3、处理风量大，4、使用寿命长。这些优点都是来源于膜的结构。
覆膜滤料表面的这层膜，替代了传统深层滤料的滤饼，过滤过程中，使粉尘不会渗入滤料内部或透过滤料，从而保证了滤料的洁净性，这就是表面过滤。由于膜的微孔非常小，所以覆膜滤料具有过滤效率高的特性；由于粉尘不会渗入滤料内部，使滤料不会堵塞而增加阻力甚至失效，所以能保持滤袋运行阻力平稳，长期保持在低阻状态下运行，具有过滤阻力低的特性；由于膜的存在，即便过滤风速提高，也能达到好的过滤效率，所以具有处理风量大的特性；由于表面膜非常光滑，使滤袋清灰容易，所以覆膜滤袋所需的清灰压力低、清灰频次少、间隔时间长，这样对滤袋的损伤小，从而具有使用寿命长的特性。
4.1 玻纤布覆膜系列
玻纤布覆膜系列是经典成熟的玻璃纤维覆膜滤料品种，使用效果有保障，使用寿命可达5到6年。但对除尘器及运行维护要求极高。适合于水泥窑尾除尘。其性能指标见表5。
表5 玻纤布覆膜系列特性
滤料型号、名称
FM/EWTF400
FM/EWTF750
滤料材质
玻纤、PTFE膜
玻纤、PTFE膜
质量（g/m2）
400±40
750±75
拉伸断裂强力
经向
≥1400（N/25mm）
≥2200（N/25mm）
纬向
≥1200（N/25mm）
≥2400（N/25mm）
透气率（cm/s）
2～8
2～8
适合除尘形式
高速反吹风袋滤器
低压脉冲袋滤器
使用温度（℃）
高于露点20℃，小于260℃
过滤风速（m/min）
＜0.6
＜1.0
滤袋规格
实际情况而定
￠160×6000
袋笼竖筋数量（根/3.5mm）
24
使用寿命
正常工况下：3 ～6年
正常工况下：3～5年
排放浓度
＜ 30mg/Nm3
＜ 30mg/Nm3
4.2复合毡滤袋系列
综合了玻璃纤维的耐高温和化学纤维抱合能力强的优点，经双面针刺，毡层密实。对收尘器及笼骨的精度要求相对较低，可降低除尘器成本。但使用后期阻力较大，使用寿命只能保证2年。适用于水泥窑尾和窑头袋收尘器。其性能指标见表6。
表6 复合毡滤袋系列特性
滤料型号、名称
FM/E-P84MN950
滤料材质
玻纤、P84纤维、PTFE膜
质量（g/m2）
950±95
拉伸断裂强力
经向
≥1500（N/50mm）
纬向
≥1500（N/50mm）
透气率（cm/s）
2～8
适合除尘形式
低压脉冲袋滤器
使用温度（℃）
高于露点20℃，小于260℃
过滤风速（m/min）
＜1.0
滤袋规格
￠160×6000
袋笼竖筋数量（根/3.5mm）
16～20
使用寿命
正常工况下：3年以上
排放浓度
＜ 30mg/Nm3
4.3复合毡覆膜系列
克服了复合毡后期阻力大的缺点，具有“表面过滤”特性，且对收尘器及笼骨的精度要求相对较低，与我国目前除尘器水平适应性强。适用于水泥窑尾袋收尘器。其性能指标见表7。
表7 复合毡覆膜系列特性
滤料型号、名称
FM/E-P84MN950
滤料材质
玻纤、P84纤维、PTFE膜
质量（g/m2）
950±95
拉伸断裂强力
经向
≥1500（N/50mm）
纬向
≥1500（N/50mm）
透气率（cm/s）
2～8
适合除尘形式
低压脉冲袋滤器
使用温度（℃）
高于露点20℃，小于260℃
过滤风速（m/min）
＜1.0
滤袋规格
￠160×6000
袋笼竖筋数量（根/3.5mm）
16～20
使用寿命
正常工况下：3年以上
排放浓度
＜30mg/Nm3
5、应用情况
5.1覆膜滤料应用情况
中材科技股份有限公司覆膜滤料已广泛应用于水泥、钢铁、炭黑、铁合金等行业，其中新型干法水泥生产线68条。应用数量达412万平方米。
推广地区包括东北、西北、西南在内的全国24个省、自治区、自辖市，并出口巴西、伊拉克、哈萨克斯坦、越南等地。
5.2 项目产品使用效果
在某水泥有限公司日产2500吨水泥生产线应用，于2003年11月28日点火投产，出口排放浓度18mg/ Nm3，滤袋阻力在1200 Pa左右，目前使用状况良好，使用寿命已近6年。
在某化学工业有限公司年产15000吨炭黑生产线应用，于2007年7月1日开始运行，系统通风量由原来的13200 Nm3/h提高到14200 Nm3/h，除尘室压差也由原来的3400 Pa降低到840Pa（原压差的1/4），起到了很好的示范作用。
项目产品使用效果已达国外同类产品先进水平，产品售价只有进口产品的60%，产品性价比高。在水泥行业应用，节能减排、节省投资效果明显，详见表8。
表8 水泥窑尾应用能效
水泥窑尾效果
节能
减排
节省投资
运行效果
运行阻力
1000Pa左右
出口排放
30mg/ Nm3以下
替代进口
1条5000T/D
水泥生产线可实现
160万度/年
100万元/年
360吨/年
220万元
200条5000T/D
水泥生产线可实现
3.2亿度/年
2亿元/年
72000吨/年
4.4亿元
水泥行业
全面推广可实现
12亿度/年
7.5亿元/年
27万吨/年
16.5亿元
6、结语
袋式除尘及高温过滤材料生产技术为我国节能减排、实现趋零排放提供了技术支撑；产品替代进口，对促进我国过滤材料行业和相关行业的技术进步具有重要意义。
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