沈恒根¹ 许明珠^1，2 

（1 东华大学环境学院；2 上海特安纶纤维有限公司）

摘  要  燃烧气体是评价耐高温纤维耐阻燃性能指标之一，本文通过设计燃烧试验装置对几种常用袋式除尘器用高温滤料纤维进行高温燃烧，利用烟气分析仪器测定其燃烧产生的CO、NOx、SO₂等有害气体成分及其含量。结果显示，燃烧气体成分及与纤维的化学结构与燃烧温度有关。CO气体含量随温度的变化曲线近似于正态分布，其含量最大值从高到底分别为间位芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、芳砜纶纤维、PPS纤维；NOx气体含量随温度升高呈阶梯状变化；芳砜纶和PPS纤维燃烧气体中含有SO₂。

关键词  袋式除尘器  过滤材料  耐高温纤维  阻燃性能  燃烧气体

1  引言

近几年，袋式除尘器在高温烟气除尘领域中的应用越来越广泛，滤袋是袋式除尘器的关键技术之一，2006年袋式除尘器用过滤材料总生产量初步估算约达5 000万m²之多^[1]。制作滤料的纤维原料的性能决定其滤料的性能，具有耐高温性及阻燃性的纤维是作为耐高温滤料原料的基本要求。

现在滤料的使用量逐年上升，滤料在使用过程中，如果使用不当，过高的烟气中的未燃尽颗粒物在来不及降至滤料的最高使用温度之下，直接间进行过滤，造成“烧袋”现象；另一方面，滤料的使用寿命有限，需要定期更换滤袋来保证袋式除尘器的正常工作。在正常使用下，滤料的要求使用寿命一般为2～3年，如果使用过程中出现异常，滤料往往一年不到或几个月就需要进行更换。大量废弃的滤料的处理，大部分作为工业废弃物直接进行焚烧处理。这些滤料实际使用过程中出现的情况，都使得滤料燃烧而产生烟及燃烧气。这些有毒有害气体不仅对维护、检修的工作人员身体有害，而且每年几万吨的滤料在使用及处理过程中产生的烟及气体进入大气中，将会给大气环境带来一定的污染危害。

目前国内在评价耐高温纤维的阻燃性能时主要考虑纤维的持续使用温度、最高使用温度、碳化温度及氧极限指数等指标，而纤维发烟量及燃烧气体的毒性也是评价阻燃纤维的另外两项重要指标。日本纺织品的燃烧性能评定项目就包含了发烟性和燃烧气两项^[2]。一些国外大型的滤料纤维生产厂家，在评价纤维的阻燃特性时往往也引入烟排放浓度和燃烧有害气体这两项指标，有关这方面的相关研究和测试值得我们重视。

2  几种常见高温纤维的耐温特性

除尘工程中把大于130℃的烟气称为高温烟气^[3]。这类烟气的除尘对过滤材料的耐温性能及阻燃性能要求较高，滤料性能的优劣主要取决于所采用的纤维的性能。目前常用的耐高温滤料用纤维多为化学合成纤维，有聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、芳砜纶纤维、芳香族聚酰胺纤维、PTFE纤维等，各有其优缺点，根据不同的使用场合要求，选用适合烟气特性的滤料用纤维原料。

2.1  高温纤维的耐温性能比较

目前国内在评价滤料用纤维阻燃性能指标时，主要侧重于纤维的持续工作温度、最高使用温度、碳化温度、极限氧指数LOI等指标，表1列出了目前常用的几种高温滤料用纤维的耐温特性指标的比较^[4-6]。

2.2  高温纤维的化学分子结构及燃烧产物

目前广泛应用于高温烟气过滤领域的袋式除尘器滤料多为合成化学纤维制成，滤料燃烧性能与组成织物的纤维高分子化合物结构有关^[2]。这些合成化纤的主要化学元素是C、H、N、S等，这些元素与空气在高温燃烧状态下，经过一系列的热分解、氧化等反应后，生成相应的气态污染物。

氮氧化物是指燃料与空气在高温燃烧中产生的NO经过各种各样的气相反应所生成的。燃烧产生的NO_x几乎就是NO，在大气中会很快被O₃(10～100pbb)氧化为毒性很强的NO₂。合成化纤中的有机硫在高温燃烧下主要被氧化成SO₂，SO₂气体无论对环境还是人体健康的危害都是很大的。以上两种气体都列为大气污染治理的重点控制对象。有机合成纤维燃烧产生的另外一种主要的有害气体就是CO，生成的原因是碳氢化合物的不完全燃烧和热分解。CO是对人体有毒的有害物质^[7]。几种常用耐高温纤维的分子结构式及其燃烧产生的主要气态污染物如表2 所示。

表1  几种常用耐高温纤维的耐高温性能指标比较

注：聚苯硫醚纤维，英文简写PPS，注册商品名有普抗PROCON、特康Torcon等；间位芳纶，化学名为芳香族聚酰胺纤维，英文简写PMIA，注册商品名有Nomex、Conex、纽士达等；聚酰亚胺纤维，英文简写PI，注册商品名有p84、Kermel等；芳砜纶纤维，英文简写PSA，注册商品名有Tanlon。

    由各种纤维的化学结构式可以看出，目前应用较广泛的耐高温化学合成纤维高分子化合物中，碳氢元素占大部分，另外因为带有不同的苯硫基、酰胺基、砜基等官能团而含有氮、硫等元素。所以燃烧产物以碳氧化物为主，其中CO为有害气体，对环境和人体健康危害较大，另外还有两种主要气态污染物就是氮氧化物和硫化物，主要以NO_x和SO₂的形式存在，都是造成大气污染的重要污染物。所以该实验把上述三种污染物作为主要的测定对象。

                              论文全文请点此下载查看

                                                 本文选自2009全国袋式除尘技术研讨会论文集