近年來，隨著國家對環(huán)保的重視，我國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峻，細顆粒物PM2.5仍然是城市主要的大氣污染物。目前，我國煤電行業(yè)已實現(xiàn)了煙塵超低排放，非電行業(yè)超低排放和提標(biāo)改造行動全面啟動，細顆粒物高效凈化用超細面層精細過濾材料的需求日益劇增。

一、超細面層濾料的概念

1、超細纖維的定義

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

圖1粗細纖維的標(biāo)定

2、超細纖維的類型

圖2超細纖維的規(guī)格

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

  橘瓣纖維由于其裂解為超細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，水針穿透時能量消耗大，因此開纖的控制難度較大，超細纖維的比例較難控制，因此濾料的均一性和穩(wěn)定性相對較差。

海島纖維是近年來新研制的超細纖維品類，其纖維纖度比橘瓣纖維更細，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1μm左右的細顆粒物也有良好捕集效果。

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

3、超細纖維面層濾料的結(jié)構(gòu)、性能、加工與制造

濾料結(jié)構(gòu)

將超細面層濾料設(shè)計成梯度結(jié)構(gòu)，由上至下依次為面層、中層、基布和底層，面層應(yīng)由超細纖維構(gòu)成，中層由細纖維構(gòu)成，底層為相對較粗的纖維構(gòu)成。目前國內(nèi)常用的超細面層濾料結(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，實際產(chǎn)品斷面如圖4所示。

圖3濾料結(jié)構(gòu)

圖4超細針刺氈濾料的斷面

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，由于超細纖維表面可高效隔離更多更細粉塵，所以超細纖維排放率會因其表面積的增加而下降，某公司MPS超細纖維與普通纖維濾料的排放率對比如圖6所示。

圖5纖維纖度與纖維過濾面積的關(guān)系

圖6超細纖維濾料的排放率

加工與制造

       目前超細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纖維面層濾料。對于納米纖維一般采用靜電紡或高速熔噴等方式成網(wǎng)。

針對超細面層此種精細過濾濾料，為更好地確保其長期穩(wěn)定的高性能運行，除需重點關(guān)注其性能測試指標(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，提出以下幾點建議:

1)需選用細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，各層不同細度的材料分別經(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)超細面層濾料的后整理修面宜采用水刺工藝。

性能評價指標(biāo)

    超細面層濾料是精細過濾材料，其功能是有效捕集PM2.5等細顆粒物并實現(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、強力特性及伸長率、阻力特性等各項指標(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性能評價指標(biāo)，以滿足特殊性要求(見下表)

 超細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，對安裝要求苛刻，有些惡劣煙氣工況不宜采用。而超細面層濾料雖在過濾精度方面稍遜，但其實際使用要求與常規(guī)濾料相似，因此使用日益廣泛。超細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

為充分闡明超細面層濾料優(yōu)異的過濾性能，驗證其在工業(yè)煙氣超低排放上的先進性和可靠性，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際工程案例，并對數(shù)據(jù)進行對比分析。典型案例主要參數(shù)如下表所示。

 由上表可知:超細面層濾料對于實現(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現(xiàn);

2)前置預(yù)荷電利于超低排放和降低阻力，實現(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)超細面層濾料的采用是實現(xiàn)超低排放的有效措施。

2)超細面層濾料的加工質(zhì)量是實現(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)對于細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、制造到安裝等各個環(huán)節(jié)均需精益求精，確保全過程高質(zhì)量的實施，這是實現(xiàn)超低排放的重要保障。

5)嚴格而規(guī)范地安裝、運行及維護管理，對于實現(xiàn)超低排放至關(guān)重要。