深层过滤与表面过滤有什么区别？
滤袋的捕集位置会给排放浓度和长期压力损失带来怎样的差异？
工业除尘器选择滤袋时，不仅要看其捕集粉尘的能力，还要看运行中能否稳定保持这一性能。因为无论是新滤袋刚装上时、清灰刚结束时，还是产量和烟气量发生变化时，排放浓度都需要受控。
在上一篇专栏《静电除尘器（ESP）与布袋除尘器有什么区别？》中，我们对比了两种除尘方式的原理和适用条件。本篇将范围缩小到布袋除尘器（袋式除尘器）所用的滤料，探讨深层过滤与表面过滤捕集粉尘的方式及其运行特性。
图1. 粉尘被捕集在滤袋外表面，过滤后的气体从滤袋内部进入上部净气室。本图为简化设备构成和气流的示意图，实际工艺中可能还包括其他处理设施和风机等。
资料来源：基于MICROONE股份有限公司内部技术资料 · AI辅助生成的3D示意图
01 · EMISSION CONTROL
为什么颗粒物排放浓度的稳定性变得更加重要？
在韩国，2019年5月公布、2020年1月起施行的《大气环境保全法施行规则》修订案收紧了颗粒物排放限值。根据当时的政府公告，各类设施的颗粒物限值范围由原来的10~70 mg/Sm³调整为5~50 mg/Sm³，收严幅度约为33%。[1]
这是对多类设施限值的汇总，属于当时的修订内容，并不意味着所有设施都适用相同数值。具体设施需根据设施类型、规模、建设时间等确认现行限值和许可条件。
排放限值降低后，即使以相同的排放浓度运行，距离限值的余量也会变小。因此，除尘器的设计和运行不仅要考虑稳定负荷下的性能，还要考虑清灰或工艺波动引起的排放浓度上升。
02 · TMS · 30-MINUTE AVERAGE
TMS 30分钟均值管理意味着什么？
TMS是烟囱自动监测设备，可连续监测烟囱排放的污染物，并将监测数据传送至烟囱远程监控系统CleanSYS。根据设施不同，监测项目包括颗粒物、硫氧化物、氮氧化物（NOx）等。[2]
TMS监测值先在5分钟内累计或平均形成5分钟数据，30分钟数据则由连续6个5分钟数据平均或累计得出。实际数据处理中，还会同时考虑监测设备状态和数据有效性判定。[2]
瞬时上升与30分钟均值超过排放限值，需要区分判断。
清灰刚结束或负荷波动期间出现的浓度上升，如果计入有效监测数据，也可能拉高该30分钟均值。短时的浓度上升并不直接意味着30分钟均值超标；但如果上升幅度大或反复出现，管理余量就会缩小。
因此，滤料除了平时具备较高的捕集性能外，还需要具备清灰后仍能将排放浓度波动保持在较小范围的性能。
03 · FILTRATION PRINCIPLE
深层过滤与表面过滤在哪里捕集粉尘？
深层过滤：纤维层内部也捕集粉尘
在常规的非覆膜无纺布滤料中，粉尘进入纤维层后，与纤维碰撞或接触而被捕集。随着运行进行，表面也会积聚粉尘形成滤饼层，这一层对捕集细颗粒起着重要作用。因此，常规滤袋中内部捕集与表面滤饼过滤是同时发生的。[3]
深入纤维层的粉尘可能无法通过清灰充分去除。粉尘残留并在内部积聚后，气体通过会变得困难，清灰后压差也可能无法充分恢复。此外，清灰使滤饼层被清除或扰动后，在重新形成稳定的滤饼层之前，颗粒穿透可能增加。[4]
表面过滤：主要在膜表面捕集粉尘
表面过滤的典型实现方式，是在支撑基材上覆合ePTFE膜的滤袋。膜可抑制粉尘渗入基材内部，使粉尘主要积聚在表面。
这种结构在厚滤饼形成之前，也有利于捕集细颗粒。[5]此外，它减少了粉尘嵌入内部的现象，使表面粉尘层在清灰时更容易脱落。因此，有利于在清灰后保持捕集性能，并减少长期的内部堵塞。这是MICROONE股份有限公司设计膜和滤袋时所依据的结构特性，实际效果需通过现场的排放浓度和压差趋势来确认。
图2. 左为无纺布，右为ePTFE膜与无纺布紧密贴合的复合结构。本图为说明捕集位置和层结构的放大示意图。纤维、颗粒、孔隙的尺寸及膜厚并非实际比例，也不是实际显微照片或性能测试结果。
资料来源：基于MICROONE股份有限公司内部技术资料 · AI辅助生成的3D示意图
04 · OPERATING CHARACTERISTICS
捕集位置不同，运行会有什么不同？
下表总结了常规非覆膜无纺布与ePTFE覆膜滤袋的一般趋势。实际性能取决于粉尘特性、过滤风速、清灰条件和滤袋状态。
| 对比项目 | 以深层过滤为主的常规无纺布 | ePTFE膜表面过滤 |
|---|---|---|
| 主要捕集位置 | 纤维层内部和表面滤饼层 | 膜表面和表面滤饼层 |
| 初始捕集性能 | 受滤饼形成状态影响 | 滤饼形成前即有利于捕集细颗粒 |
| 清灰后排放浓度 | 滤饼扰动后可能短时上升 | 膜完好时有利于抑制浓度波动 |
| 长期压差 | 内部粉尘积聚，残余压差可能升高 | 初始压差可能略高，但有利于残余压差保持稳定 |
| 维护管理 | 重点管理内部堵塞和滤饼保持状态 | 重点管理膜的损伤、剥离和表面堵塞 |
05 · PRESSURE DROP OVER TIME
膜覆盖在表面，压差不会更高吗？
新滤袋阶段确实如此，但运行时间一长，情况通常相反。这是首次考虑ePTFE覆膜滤袋的现场最常问的问题。答案取决于在哪个时间点看压差。
初期：无膜滤袋的压差更低
新滤袋阶段，两种滤袋都能很好地捕集粉尘。此时，无膜的常规无纺布滤袋压差往往更低，因为膜的微孔本身会给气流增加阻力。这也是为什么只看换袋后初期的压差，覆膜滤袋显得不占优势。
运行一段时间后：深层过滤滤袋从内部开始堵塞
深层过滤滤袋运行越久，粉尘越会钻入无纺布纤维之间积聚。嵌入纤维深处的细粉尘，即使脉冲喷吹清灰（喷射压缩空气）也很难清除。因此，清灰后仍然存在的残余压差会随着清灰次数增加而逐渐上升。纤维内部堵塞越严重，清灰能恢复的幅度越小，压差持续上升。残余压差升高后，就需要更频繁地清灰，风机电耗和换袋负担也随之增加。
表面过滤滤袋上的粉尘主要积聚在膜表面，清灰时脱落。只要膜未受损，粉尘进入无纺布内部的速度就远慢于深层过滤。表面过滤滤袋的残余压差也会上升，但上升非常平缓。因此，运行一段时间后，其压差会低于深层过滤滤袋，除尘器整体压差也能更长时间地保持稳定。[6][7]
图3. ePTFE覆膜滤袋在运行初期由于膜阻力和表面粉尘层的形成，压差迅速上升，之后平缓上升。常规滤袋初始压差较低，但因粉尘在纤维内部积聚而持续上升，从某一时点起高于覆膜滤袋，且差距逐渐扩大。本图为说明趋势的示意图，并非实测值。
资料来源：MICROONE股份有限公司根据《大韩环境工学会志》（2017）和Advanced Materials Research（2006）研究结果所反映的趋势绘制
| 运行阶段 | 深层过滤（常规无纺布） | 表面过滤（ePTFE膜） |
|---|---|---|
| 新滤袋 | 压差较低 | 因膜阻力和初始粉尘层，压差迅速上升，相对较高 |
| 反复清灰 | 粉尘在纤维内部积聚，残余压差持续上升 | 粉尘从表面脱落，残余压差上升非常平缓 |
| 长期运行 | 内部堵塞，清灰后难以恢复，压差持续上升，清灰频率增加 | 长期保持低压差（膜完好的情况下） |
韩国研究团队在实验室规模的布袋除尘器中，对比了PTFE覆膜滤袋与未覆膜的PTFE针刺毡滤袋。结果显示，运行初期约5小时内，覆膜滤袋的压力损失略高；此后情况逆转，稳态时覆膜滤袋约为36 mmH₂O，未覆膜滤袋约为160 mmH₂O。[6]该结果是在试验用二氧化硅（SiO₂）粉尘、过滤风速2.5 m/min、入口浓度0.6 g/m³、清灰周期20分钟的条件下得出的，可能与实际现场数值不同。另有海外研究也报告称，常规针刺毡随着过滤和清灰的反复进行，残余压力损失不断增大，而ePTFE膜则几乎保持不变。[7]
不过，如果膜表面被水分或黏性物质覆盖，表面过滤滤袋的压差也可能上升。因此，比较滤袋时不应只看换袋后初期的压差，而应关注反复清灰后的残余压差以及以数月为单位的压差趋势。
06 · SELECTION & MAINTENANCE
如何将表面过滤的优势转化为实际性能？
仅凭采用了ePTFE膜，并不能保证整台除尘器的性能。需要同时确认膜整个表面的孔径分布和缺陷、与基材的覆膜结合状态，以及缝制部位和安装部位的密封状态。还需要选择与烟气温度和化学组成相适应的基材。
运行条件同样重要。过滤风速过高或清灰条件不当，都可能导致压差和颗粒穿透增加。实际评估时，建议同时比较排放浓度、压差、清灰频率、风机电耗和滤袋更换周期。[8]
在颗粒物排放限值收严、以30分钟平均浓度管理排放状态的环境下，滤袋的瞬时捕集效率和反复运行中的稳定性都很重要。表面过滤通过减少粉尘内部渗透的结构来应对这些要求，其效果应通过实际工艺中的排放浓度和压差趋势来确认。
FAQ
常见问题
常规无纺布滤袋也在表面捕集粉尘吗？
是的。运行中表面形成粉尘滤饼层后，这一层也会捕集粉尘。比较深层过滤与表面过滤，并不是说捕集只发生在一个位置，而是指由于滤料结构不同，主要捕集位置和内部渗透程度有所不同。
表面过滤滤袋的压差也会上升吗？
会。新滤袋阶段，由于膜本身的阻力，压差可能比常规无纺布滤袋略高。但随着运行时间延长，常规无纺布因内部积尘，残余压差持续上升，而覆膜滤袋上升非常平缓，往往能长期保持在较低水平。如果表面被水分或黏性物质覆盖，覆膜滤袋的压差也可能上升。
换成ePTFE覆膜滤袋就能达到排放标准吗？
仅靠更换滤袋无法保证达标。需要同时确认过滤风速、粉尘特性、清灰条件、滤料适用性以及缝制部位和安装部位是否泄漏，并根据实际运行数据进行评估。
- 韩国环境部（大韩民国政策简报），《2020年起收严大气污染物排放限值》（韩文）（2019.5.1）。颗粒物限值范围和收严幅度以当时公告为准。
- 韩国环境公团 CleanSYS，术语词典：烟囱远程监控系统、5分钟（平均）数据、30分钟（平均）数据（韩文）。
- 美国EPA，Operation and Maintenance Manual for Fabric Filters.
- 美国EPA，Bag Leak Detection Systems — Guidance.
- 美国EPA，Air Pollution Control Cost Manual, Section 6 Chapter 1 Baghouses and Filters (2018). 1.3.5.3 Membrane media.
- Kim J.-H. 等，《PTFE覆膜滤袋离线清灰时的细颗粒物捕集特性》（韩文），大韩环境工学会志（J. Korean Soc. Environ. Eng.）39(7), 391–402 (2017).
- Residual Pressure Drop Using ePTFE Micro-Filtration Membrane as Filter Medium, Advanced Materials Research 11–12, 701–704 (2006).
- 美国EPA，Monitoring by Control Technique — Fabric Filters.