燃煤电厂除尘用聚苯硫醚(PPS)滤料寿命与功能化问题研究

摘要

静电除尘技术和袋式除尘技术是当前燃煤电厂常用的两类高效除尘技术。静电除尘技术受限于煤种、烟气温度、粉尘特性等因素而无法满足日益严格的排放标准要求；袋式除尘技术不受煤种变化影响，能够长期保持高效、安全、可靠运行，且兼具协同脱汞作用，对下游湿法脱硫设备长期安全稳定运行及脱硫石膏的质量保证具有关键性作用，是燃煤电厂应对新排放标准首选的除尘技术。本文针对燃煤电厂除尘用聚苯硫醚（PPS）滤料在工程应用中存在的寿命和功能化问题即 PPS滤料的机械寿命、过滤寿命和功能化技术等方面开展研究，主要工作和成果概括如下：
　　(1)采用量子化学从头计算方法研究燃煤电厂烟气中O2、SO2、SO3和NO2等4种氧化剂对PPS的氧化机理，得到4种氧化剂对PPS氧化能力的大小顺序为SO3＞NO2＞SO2＞O2，选择NO2、SO3模拟对PPS氧化反应，经外观、机械性能、微观形貌及熔点分析，验证了量子化学计算结果；采集了15个不同大小机组燃煤电厂的PPS滤料样品，通过工况对比、力学性能测试、傅立叶红外光谱分析、差热曲线分析、扫描电镜等手段，总结了PPS在工程应用过程中失效的规律性。
　　(2)以水刺压力分布、水针板型号、生产速度等水刺工艺因素为研究对象，探索高强型PPS滤料的最佳制备工艺，从力学性能、耐磨性能、耐喷吹性能等方面进行表征，并与传统PPS滤料进行对比，高强型PPS滤料凸显出更优异的机械性能，可有效提高PPS滤料在工程应用中的机械寿命。同时，在过滤性能上也有显著的提高，具有高效低阻的过滤特性，而在原材料使用上，克重减少了近100g/m2，可节省20％原料。
　　(3)建立了滤料的过滤寿命模型即压差与运行时间的关系，通过一系列过滤实验求解得到高强型和传统PPS滤料的过滤寿命模型，可用于工程应用中滤料过滤寿命的预警，同时，通过求解模型的对比，发现了不同制备工艺的PPS滤料过滤机理的差异，即传统PPS滤料过滤机理为“深层过滤”，而高强型PPS滤料过滤机理为“表层过滤”。
　　(4)通过表征不同混纺比例的PPS+PTFE复合滤料的高温抗氧化性和抗HNO3性能，得出随着PTFE比例的增加，PPS+PTFE复合滤料的高温抗氧化性和抗HNO3氧化性均有明显的提升，且高温氧化实验破坏了纤维间的缠结，而HNO3氧化则对纤维间缠结的影响甚小。采用VDI过滤性能测试方法对PPS+PTFE复合滤料与纯PPS滤料的过滤性能进行对比，结果表明随着PTFE含量的增加，PPS+PTFE复合滤料过滤压差增大，清灰周期缩短、排放浓度提高，即复合滤料的过滤性能呈下降趋势，特别是PTFE含量超过20%时，过滤性能明显下降。通过工程挂袋试验，采用烟气分析仪、断裂强力测试、傅立叶红外光谱、扫描电镜等测试方法进行分析，结果表明PPS+PTFE复合滤料抗酸结露能力随着PTFE含量增加而增强，在频繁酸结露的工况中，这类产品可以实现48个月的设计寿命。
　　(5)采用多巴胺法和化学界面法制备了2种具有催化脱硝功能PPS滤料，并利用扫描电镜、X射线光电子能谱仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜等测试手段对2种催化脱硝功能滤料进行表征，自制脱硝效率检测装置对2种功能滤料进行脱硝实验，多巴胺法制备的催化脱硝功能PPS滤料在140-180℃范围内脱硝率可达60%；而化学界面法制备的催化脱硝功能PPS滤料在160-180℃的温度范围内脱硝率可达70%。考察了2种方法制备的具有催化脱硝功能PPS滤料的耐磨性、抗氧化性及过滤性能，得到2种方法制得的催化脱硝功能PPS滤料机械性能和化学性能略有提升，过滤性能与空白样品相当，表明2种制备方法对PPS滤料的基本功能无负面影响，工艺可行。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 影响中国燃煤电厂除尘技术选择的因素分析

1.3 不同除尘技术协同脱汞及对下游湿法脱硫的影响

1.4 燃煤电厂袋式除尘技术应用现状

1.5 燃煤电厂除尘用聚苯硫醚滤料研究进展及存在问题

1.6 本课题的研究技术路线与内容

1.7 本课题的研究目的与意义

第2章 燃煤电厂除尘用PPS滤料失效研究

2.1 引言

2.2 主要实验原料及仪器

2.3 PPS滤料失效机理的理论研究

2.4 PPS滤料失效机理的实验验证

2.5 燃煤电厂除尘用PPS滤料失效规律分析

2.6 小结

第3章 高强型PPS滤料制备工艺与性能研究

3.1 引言

3.2主要实验原料、仪器设备和实验方法

3.3 高强型PPS滤料制备工艺研究

3.4 高强型PPS滤料性能表征

3.5 小结

第4章 PPS滤料过滤寿命模型研究

4.1 引言

4.2 主要实验原料及仪器

4.3 滤料阻力模型的建立与实验设计

4.4 小结

第5章 具有抗酸结露功能PPS+PTFE复合滤料性能与应用研究

5.1 引言

5.2 主要实验原料及仪器

5.3 实验方法

5.4 结果与讨论

5.5 小结

第6章 具有催化脱硝功能PPS滤料制备与性能研究

6.1 引言

6.2 主要实验原料、试剂、仪器与设备

6.3 具有催化脱硝功能PPS滤料制备

6.4 测试方法

6.5 结果与讨论

6.6 小结

第7章 总结

7.1 结论

7.2 本课题研究的创新点

7.3 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果