近幾年，空氣質量不斷惡化，霧霾天氣嚴重，大氣環境污染日益嚴重。目前我國工業基礎比較薄弱，以煤炭為主的能源結構占據主要的地位并長期存在，煤炭在各種能源中比例大于70%，燃煤電廠煙塵排放量占全國總排放量的40%-50%，PM2.5排放量占全國的20%-30%，煤煙型污染仍然是我國大氣污染的主要形式之一。自2014年7月1日起，重點控制區47個城市主城區的燃煤機組執行特別排放限值，煙塵排放要求為20毫克/立方米，部分地區要求排放為10毫克/立方米。從某種意義上來講，目前大氣污染物日益嚴重與終端工廠落后的過濾手段有關。

1、超細面層梯度結構濾料

超細面層梯度結構濾料是針對日益嚴格的煙氣排放標準而開發的一種新型濾料，其主要分為四個部分組成，從上往下依次為：超細纖維層，細纖維層、基布和粗纖維層。傳統的濾料采用夾心層對稱結構，即基布上下層纖維材料完全一樣，過濾方式為深層過濾;該濾料采用纖度/密度分級組合的梯度結構，具體結構見圖1-3：表層過濾層由超細PPS纖維形成致密層，迎塵層填充密度梯度結構，中層為高強低伸PTFE基布，里層與迎塵層形成纖度梯度結構，易于空氣通過的粗孔層。

超細纖維的線密度小，纖維直徑越細，透氣通道越致密，采用超細纖維制作的梯度結構濾料孔徑更加細小，大幅度提高濾料的過濾精度，獲取更高的排放值。該梯度層狀結構的設計有利于濾餅形成，使濾料過濾精度高且保持較大的透氣量，提高粉塵的捕集效率，降低設備運行阻力。

2、超細面層梯

2.1實驗簡介

2.1.1主要儀器

YG026H型多功能電子強力機(武漢);YG461E織物透氣量儀透氣儀(武漢);Topas AFC-132濾料測試臺(德國);Topas PSM165孔徑測試儀(德國);高精度電子秤0.001g。

2.1.2 實驗方法

市場選購三氧化二鋁粉塵和電廠提供的粉塵樣品，由第三方提供粒度分析報告;常規測試使用強力機與透氣儀采用GB/T 3923. 1紡織品織物拉伸性能、GB/T 5453紡織品織物透氣性的標準測試方法進行測試;過濾性能測試使用AFC-133濾料測試儀采用VDI3926評價可清潔濾料的標準測試方法進行測試;濾料孔徑測試使用PSM-165孔徑測試儀采用ISO4003國際標準進行測試。

2.1.3測試裝置

AFC-132濾料測試臺對于濾料的優化和發展以及生產過程中的質量保證具有重要的意義。其中，容塵量和過濾效率是過濾材料特性中最被關注的性能之一，由被測濾料上、下游的壓差和測試顆粒物的粒徑或者質量決定。

圖 2-1為濾料性能測試裝置圖，可模擬實際工況條件下，選擇三氧化二鋁粉塵進行濾料過濾性能特性測試。

2.2 實驗結果及分析

2.2.1 常規性能測試

表2-1為超細面層梯度結構PTFE復合濾料的常規測試結果，通過測試結果，我們可以看出超細面層梯度結構PTFE復合濾料的經向強力平均為1267.8N，緯向強力平均為1812.6N，均符合國家標準要求。濾料的緯向強力主要與纖維之間的抱合力、糾纏程度有關，經向強力與PTFE基布的強力相關。由圖2-1和2-2可知，經向和緯向濾料斷裂曲線不同，經向濾料斷裂主要是由基布承受拉力，緯向濾料斷裂第一個峰值為基布受力，第二個峰值為纖維斷裂受力。透氣性能良好，有利于對粉塵的隔離。這表明常規性能與纖維種類、比例、以及生產工藝相關，與濾料的結構關系不大。

2.2.2 過濾性能測試

由表2-2可知，由于超細面層梯度結構測試結果可知，前30個周期濾料的過濾時間較長，同時排放濃度為0.12mg/m3，遠高于普通濾料過濾排放濃度;穩定階段后，相當于正常使用塵餅層形成，1000Pa定壓噴吹階段排放濃度達到0.027mg/m3，1800Pa定壓噴吹2小時，平均清灰周期為655s，可見濾料阻力上升比較穩定，排放濃度為0，實現了超凈排放。這與濾料表面超細面層結構有直接的關系，表層為超細纖維層，纖維比表面積大，濾料表面過濾面積增大，顯著提高了濾料的過濾性能。

由圖2-3可知，濾料阻力上升比較平穩，初始阻力為30Pa，老化階段結束時的殘余阻力為358Pa。梯度結構濾料，濾料表面為超細面層，纖維分布致密，過濾原理為“類表面過濾”[2]，能夠將粉塵有效截留在濾料表層，降低粉塵的滲透，同時有利于清灰，大大降低了阻力的上升時間。

由圖2-4可知，濾料阻力上升時間均勻，反應了濾料已經達到穩定過濾階段，濾料表層粉餅層已經形成，通過2h定壓噴吹測試，過濾效率達到99.999%，已實現超凈排放。

由圖2-5可知，濾料阻力上升時間均勻，反應了濾料已經達到穩定過濾階段，濾料表層粉餅層已經形成，通過2h1800Pa定壓噴吹測試，過濾效率達到100%，達到了超凈排放的標準要求。

2.2.3 掃描電鏡測試

由圖2-6可知，超細面層梯度結構濾料分層明顯，可以很清晰的看到，梯度結構濾料四層結構：超細面層，細纖維層，基布以及底層，超細纖維主要集中在濾料的表面，也驗證了梯度結構濾料的結構特點，完全符合“類表面過濾”機理。

3 結論

1)溫度方面考慮：梯度結構濾料長期使用溫度為160℃，在溫度方面能夠滿足長期使用條件。

2)力學性能方面：梯度結構濾料的常規性能測試顯示，完全滿足國家標準要求。

3)耐氧化方面考慮：電廠環境下，工況條件下氮硫含量較低，梯度結構濾料能夠完全符合使用工況;針對梯度結構濾料使用高效PTFE滲膜處理，提高其耐酸性、抗氧化腐蝕能力。

4)運行阻力和過濾效率方面考慮：采用梯度結構濾料，濾料結構層次分明，實現“類表面過濾”，能夠將粉塵有效截留在濾料表層，減少粉塵細微顆粒的滲入，大大提高了過濾精度，實現超凈超低排放要求，同時也保證了后期的使用設備的運行阻力穩定。