燃煤電廠鍋爐袋除塵與電袋除塵應用技術探析

1、燃煤電廠鍋爐袋除塵與電袋除塵應用技術探析摘要:論述了袋除塵器和電袋復合除塵器的工作原理，以清灰方式對袋式除塵器進行了分類，闡述了幾種類型袋式除塵器的優(yōu)缺點；指出電袋復合除塵器是特定背景下的階段性產物，電暈放電過程中產生的臭氧對濾袋使用壽命會產生不利影響；強調了建立合理的煙氣流場是袋式除塵器穩(wěn)定可靠運行的關鍵。1 概述隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，環(huán)境污染問題也越來越受到社會各界的關注，國家對火力發(fā)電廠煙塵排放的標準不斷提高，新建火電廠允許的煙塵排放濃度從國家污染物排放標準火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-1996）中要求的200mg/Nm3提高到2003版標準的50m

2、g/Nm3，北京及沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)要求更加嚴格，如北京地方標準鍋爐大氣污染物排放標準（DB11/139-2007）對新建燃煤電廠鍋爐要求的煙塵排放濃度僅為10mg/Nm3，在用鍋爐也不能超過20mg/Nm3。在這種嚴格的環(huán)保標準要求下，通常的四電場或五電場靜電除塵器已經(jīng)無法滿足排放達標的要求，因此近年來袋式除塵器得到了應用和推廣。在國外，袋式除塵器作為一種過濾式除塵設備應用于燃煤電廠鍋爐已經(jīng)有二、三十年的歷史，并取得了良好的效果。在我國，隨著濾布材料制造技術的發(fā)展，袋式除塵器在燃煤電廠的煙氣治理中也逐漸得到應用并收到了良好效果，除塵器出口煙塵濃度基本上能達到10mg/Nm3以下。袋式除塵器的除

3、塵效率不受粉塵的比電阻、濃度、粒度等性質的影響，鍋爐負荷的變化、煙氣量的波動對袋式除塵器出口排放濃度的影響也不大。然而袋式除塵器并沒有在發(fā)電廠得到大面積推廣，原因在于從業(yè)人員對靜電除塵器運行操作及使用情況非常熟悉，但對袋式除塵器的使用還相對陌生，并且對袋式除塵器的運行阻力和濾袋的使用壽命等存在疑慮，二十世紀八、九十年代電廠應用袋式除塵器失敗的慘痛教訓也給從業(yè)人員造成了很深的影響。但為了滿足當前的環(huán)保排放要求，特別是電除塵器的改造項目，迫切需要一種改造量少、運行阻力低的除塵器設備，因此電除塵器與袋除塵器相結合的電袋復合除塵器應運而生，不少除塵設備生產廠家近兩年也掀起了對這種設備的研究推廣大潮。可

4、以說，電袋復合除塵器就是在這種特定背景下的階段性產物。2 工作原理2.1 袋式除塵器工作原理袋式除塵器是利用纖維編織的袋式過濾元件來捕集含塵氣體中固體顆粒物的除塵裝置。其過濾原理是塵粒在繞過濾布纖維時因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截。細微的塵粒（粒徑為1m以下）則受氣體分子沖擊不斷改變著運動方向，塵粒與纖維碰撞接觸而被分離出來。袋式除塵器過濾原理示意見圖1。繼而影響到系統(tǒng)內部的氣流分布。2.2 電袋復合式除塵器工作原理電袋復合式除塵器是近幾年國內發(fā)展起來的一種除塵設備。電袋復合式除塵器由兩個單元組成，即電除塵單元和袋除塵單元。一般情況下，電除塵單元布置一個或兩個電場。這種電袋復合式除塵器是前電后

5、袋，理論上結合了電除塵器和袋式除塵器各自的優(yōu)點，利用一級電場荷電捕集大顆粒粉塵進而大幅度降低煙氣進入到濾袋倉室內的粉塵濃度，有效避免了大顆粒粉塵在慣性力作用下對濾袋的沖刷，有利于濾袋使用壽命的延長。由于粉塵在電場作用下帶有同種電荷，濾袋外表面附著的粉塵層相對松散，過濾的透氣性非常好，同時清灰更為容易，因而可以有效降低設備運行阻力，節(jié)省設備的運行費用。3 燃煤電廠鍋爐袋式除塵器分類袋式除塵器的種類很多，從目前我國燃煤電廠已投入商業(yè)化運行的袋式除塵器來看，按照清灰方式主要分為低壓脈沖固定行噴吹袋式除塵器、低壓脈沖旋轉噴吹袋式除塵器、分室定位反吹袋式除塵器，其中前兩種應圖1 袋式除塵器過濾原理示意用

6、較為普遍。3.1 低壓脈沖固定行噴吹袋式除塵器低壓脈沖固定行噴吹袋式除塵器的脈沖噴吹裝置采用固定管噴式結構（噴吹結構見圖2），一只脈沖閥對應一根噴吹管，而一根噴吹管上有1416個噴嘴，噴嘴孔徑大小不一，呈規(guī)則排布，并與濾袋逐一對應，脈沖閥開啟時間為0.1秒，補氣時間為10秒。電磁脈沖閥采用進口產品，噴吹壓力為0.2M0.3MPa（可調），氣量為0.20.25m3/次。袋式除塵器的過濾過程分兩個階段：（1）含塵氣體通過清潔的濾料，此時起過濾作用的主要是濾料纖維的阻留；（2）當被阻留的粉塵不斷增加，一部分粉塵嵌入到濾料的內部，另一部分覆蓋在濾料表面形成粉塵層，此時主要靠粉塵層過濾含塵氣體。隨著除塵

7、器過濾工作的延續(xù)，除塵器濾袋表面的粉塵將越積越厚，直接導致除塵器阻力的上升，因此，需要對濾袋表面的粉塵進行定期的清除，即清灰。袋式除塵器的清灰系統(tǒng)及清灰制度的設置合理與否將直接影響到除塵器運行的穩(wěn)定性、安全性及濾袋的使用壽命。從袋式除塵器的除塵機理來看，除了濾料本身的過濾作用外，袋式除塵器外粘附的粉塵層也有過濾作用，即所謂的“粉塵過濾粉塵”。因此，對袋式除塵器的清灰來說，清灰不能太徹底，因為這樣會失去粉塵層的過濾作用，更多的超細粉塵會直接進入濾料內部而引起過濾阻力不斷上升，清灰力過大還會影響濾袋壽命等；清灰太不徹底也不行，因為這樣會使濾袋的過濾阻力過高，而影響整個機組的正常運行。另外，袋式除塵

8、器的清灰還必須盡可能地保證整個濾袋及各個區(qū)域清灰低壓脈沖固定行噴吹袋式除塵器噴吹清灰的原理是：依靠脈沖閥膜片快速開啟，在瞬間釋放壓縮空氣，3.2 低壓脈沖旋轉噴吹袋式除塵器低壓脈沖旋轉噴吹袋式除塵器結構見圖3。每個濾袋束設置一個清灰裝置，其中包括一個脈沖壓縮空氣儲氣罐、電磁隔膜閥和旋轉支管。脈沖清灰壓縮空氣由羅茨風機提供。羅茨風機將壓縮空氣通過輸氣管道輸送到位于除塵器頂蓋上部的壓縮空氣儲氣罐中，當清灰指令下達后，壓縮空氣從儲氣罐經(jīng)過隔膜閥和旋轉風管將壓縮空氣噴入濾袋實現(xiàn)脈沖清灰。旋轉風管在花板上部分為36個支管，在旋轉風管的底部有一個密封軸承支座。在每一圈布袋上都對應若干個數(shù)量不等的噴嘴，旋轉

9、風管通過法蘭與支管連接，并穿過凈氣室頂部，通過齒輪傳動裝置由馬達驅動，轉速約為1轉/分。3.4 各種清灰方式對比（1）低壓脈沖固定行噴吹袋式除塵器清灰方式每個噴嘴與濾袋一一對應，清灰比較徹底，且噴吹系統(tǒng)沒有運轉部件，因而運行穩(wěn)定可靠。脈沖閥數(shù)量較多（規(guī)格通常為3”），每只脈沖閥對應的濾袋面積一般小于60m2，因而個別脈沖閥出現(xiàn)故障時，對除塵器總體的運行性能影響不大。采用圓形濾袋并呈矩形布置，各濾袋表面承受的含塵氣體壓力相同，有利于保證濾袋壽命。采用的單倉過濾面積一般為6001500m2，倉室數(shù)量可靈活調整，對場地的適應性很好，更容易實現(xiàn)離線清灰和不停機檢修。（2）低壓脈沖旋轉噴吹袋式除塵器清灰

10、方式旋轉支管底部的噴嘴對應濾袋束進行噴吹，邊吹邊旋轉，噴吹氣量較大，壓力較小，噴吹下來的壓縮空氣并不能完全直接射入到濾袋內部，部分空氣吹到花板或濾袋邊緣，清灰并不徹底。脈沖閥數(shù)量較少（規(guī)格通常為8”12”），每只脈沖閥對應的濾袋面積一般小于15002500m2，因而個別脈沖閥出現(xiàn)故障，對除塵器總體運行性能影響較大。因采用旋轉噴吹方式，濾袋通常為扁圓形，呈同心圓布置。濾袋排布緊密但倉室四角閑置，因而其外圍濾袋和中心區(qū)濾袋表面承受的含塵氣體壓力有所不同。單倉過濾面積較大，如果單倉離線檢修，會使除塵器過濾風速形成較大幅度的增加，為了保證濾袋的使用壽命和避免除塵器阻力過分增大，單倉檢修時一般需要鍋爐減

11、負荷運行。（3）分室定位反吹袋式除塵器清灰方式采用鍋爐引風機出口的凈化煙氣作為清灰氣源，與除塵器內的煙氣等溫、等氧含量，可避免溫差和氧量增加對濾袋產生的影響，但應防止粉塵排放超標現(xiàn)象，否則會出現(xiàn)“倒灌灰”現(xiàn)象。回轉定位反吹裝置對應濾袋束進行吹掃，吹掃氣量很大，壓力很小，吹掃下來的凈化煙氣并不能完全直接射入到濾袋內部，部分會吹到花板或濾袋邊緣，清灰并不徹底?；剞D定位反吹裝置因有轉動機構，因而存在一定的故障隱患。1.進口煙箱；2.濾袋；3.花板；4.隔膜閥驅動電機；5.灰斗；6.入孔門；7.通風管；8.袋籠；9.清灰臂；10.支架；11.平臺樓梯圖3 低壓脈沖旋轉噴吹袋式除塵器三維效果3.3 分室

12、定位反吹袋式除塵器分室定位反吹袋式除塵器結構見圖4。采用鍋爐引風機出口的凈化煙氣作為清灰氣源，通過反吹風機、回轉定位反吹裝置反吹到濾袋內部，風量為總風量的1%左右，風壓為3000Pa。4 濾袋材質的選擇圖4 分室定位反吹袋式除塵器三維結構袋式除塵器的過濾系統(tǒng)主要由濾袋和籠骨組成，對于整臺鍋爐袋式除塵器而言，濾袋是其核心部件。濾料質量直接影響除塵器的除塵效率，濾袋壽命又直接影響除塵器的運行費用。因而濾料的材質通常需要根據(jù)除塵器的運行環(huán)境和介質情況選用。燃煤電廠除塵器通常采用的濾料有PPS、P84、PTFE等，最常用的是PPS，標重550g/m，通常采用燒毛、熱定型處理，如果含濕量10%或含氧量1

13、0%且溫度160時，需另進行PTFE浸漬處理，以提高其抗水解和抗氧化性能。也可以用PPS+P84針刺氈復合氈，通常P84含量為10%15%，主要是為了進一步提高過濾精度，其它性能不發(fā)生改變，濾袋的成本也稍高一些。常見濾料材料的性能比較見下表。常見濾料材料性能比較表纖維種類中文名聚苯硫醚聚酰亞胺工作溫度極限瞬溫耐水解耐酸性能性能英文名產品名（）（）PPSP84RYTONP84TEF-LON160220260190260280優(yōu)中優(yōu)優(yōu)良優(yōu)耐堿性能優(yōu)中優(yōu)耐磨性能優(yōu)良中抗張強度中良優(yōu)2PPS不會水解，但會因氧化而降解，以致變色發(fā)脆，嚴重時氈體的纖網(wǎng)會破碎而脫離基布。溫度一旦超過100，PPS能夠承受的

14、氧含量就要隨著溫度的上升而減小。PPS能承受的氧含量與溫度的關系見圖5。200短暫溫度峰值溫度（）16012080051015O2（%體積）2025圖5 PPS能承受的氧含量與溫度的關系除氧外，另一個危害PPS的因素是煙主要缺陷抗氧化性差易水解價格較高氣中的NO2。因為燃燒時，空氣中的氮和燃料中的氮化物在高溫下會氧化成NOX，其中既有NO，也有NO2，主要為NO，大約占總NOX的95%。通常NO通過下式反應轉化為NO2：NO+O3NO2+O2NO對PPS是無害的，有害的是侵蝕聚四氟乙烯PTFE在燃煤電廠所采用的袋式除塵器中，PPS濾料由于性價比較高，通常作為首選，但其抗氧化性能較差，因此最好在

15、溫度在160以下、含氧量在9%以下運行，運行壽命可超過3萬小時。同時對NO2、SO2、SO3也應進行控制，特別是NO2的氧化作用往往易被忽視，這些參室及應用中得到了驗證。數(shù)與溫度有關，都是損壞濾袋的重要原因，已經(jīng)在試驗性氧化劑NO2。溫度越高，煙氣中允許的NO2含量越低；NO2含量越高，使用溫度就必須越低。PPS能承受的NO2濃度與溫度的關系見圖6。3025201510505 電暈放電產生臭氧對濾料的影響電除塵是利用強電場使氣體電離，即產生電暈放電，使粉塵荷電，將荷電粉塵驅入到收塵極收塵。臭氧發(fā)生器的工作機理就是通過電暈放電使氧氣電離，因而電除塵電暈放電必定會產生臭氧，特別是火花放電時更為嚴重

16、。設計時會用最佳火花放電頻率和最佳電壓控制，但每分鐘火花放電3070次，會產生較多的臭氧。臭氧很不穩(wěn)定，在高溫及一定的濕度下易與煙氣中其它成分迅速反應，特別是與NO、SO2反應生成NO2、SO3，NO2、SO3是侵蝕性氧化劑，對PPS濾袋有很強的腐蝕性。O3因與其它成分反應迅速，很難單獨測到O3的存在，可通過測量電除塵入口的NO和出口的NO2來折算O3的含量。NO2(mg/Nm)3120140160溫度（）180200圖6 PPS能承受的NO2含量與溫度的關系PPS在工業(yè)實際應用中，由于在煙氣中同時有Ox、NOx、SOx、水等物質存在，綜合對PPS作用時，PPS強度下降的情況可能更為嚴重。特別

17、是SO2在O3作用下會生成SO3，在水分較大時，對PPS的影響會更大。從目前投運的電袋復合除塵器來看，由于臭氧的存在，會與NO、SO2的反應生成NO2、SO3而對濾袋造成氧化及腐蝕損傷。硫酸、SO3都是磺化劑，可以取代苯環(huán)中碳原子上的氫直接磺化產生破壞，會加速濾袋的破損。因此這些新的特征要特別注意，應深入研究。6 燃煤電廠鍋爐袋式除塵器的氣流分布袋式除塵器與電除塵器一樣對除塵器內的氣流分布均勻度有較高的要求，但氣流分布不均勻對兩種除塵器的影響是不同的。對電除塵器而言，直接的影響是除塵效率下降。對袋式除塵器來說，對除塵效率的影響并不明顯，但會造成整臺除塵器濾袋的濾塵負荷不均勻，在氣流比較集中區(qū)域

18、的濾袋由于濾塵負荷比較大，過濾風速較高，容易造成破袋，而一旦出現(xiàn)了濾袋的破損，該區(qū)域的氣流流動阻力會更低，氣流也就會更集中，從而也就會造成更大區(qū)域濾袋的破損。因此，袋式除塵器在運行過程中一旦發(fā)現(xiàn)破袋，應及時更換或將破損濾袋的袋口封堵住。對袋式除塵器來說，煙氣在除塵器內的流動路徑及流場要復雜得多，無論采取何種進風方式，袋式除塵器內的煙氣流動都是一條曲折的不斷變速的路徑。因此，要實現(xiàn)除塵器內的氣流均布相對要更復雜、困難，不僅需要考慮除塵器入口處煙氣流通截面上的均流措施（與電除塵器一樣設多孔均流板，由于需要它兼有一定的導流作用，因此，上下孔板孔徑的大小及密度是不同的）及導流措施，還需要在除塵器靜壓室、潔凈室等處考慮導流、阻流等措施，以求得整臺除塵器結構阻力上的平衡。袋式除塵器的阻損比電除塵器要大得多，其中約80%來自濾袋的過濾阻力，還有約20%來自結構阻時應盡可能減少其結構阻力，使煙氣進入除塵器后能順暢、平緩地流動，并盡可能縮短煙氣在除塵器內的流程，盡可能減少和消除局部渦流。袋式除塵器能否實現(xiàn)氣流均勻分布以及盡可能地降低其阻損，除與是否采取均流、導流、阻流等措施外，還與其進風方式、分室方式以及濾袋的型式及布置等因素有著密切的關系。7 結束語總之，袋式除塵器是利用過濾原理來達到凈化煙氣的目的，