（环境工程专业论文）燃煤电厂袋式除尘器的仿真设计研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本文通过与电除尘器的比较，分析了袋式除尘器在燃煤电厂中应用的优势及不 宜使用电除尘器的情况，从与燃煤电厂普遍采用电除尘器的现状不相冲突的角度研 究分析，得出了袋式除尘器的适用范围。 针对目前应用于燃煤电厂的三种常用型式的袋式除尘器当中的一种( l x m c 型 袋式除尘器) 进行了仿真设计研究，对其整个除尘工艺开发编制了一套完整的仿真 设计软件。软件界面友好，除尘器设计流程的展示清晰明了，其主要内容包括：燃 煤电厂袋式除尘知识库、燃煤电厂袋式除尘器应用范围、l x m c 型袋式除尘器的设 计等。并利用此仿真软件对某一具体燃煤电厂的袋式除尘器进行设计，从而得出结 论：l x m c 型袋式除尘器仿真设计软件对工程设计人员在除尘器的设计过程中具有 一定的辅助设计作用，具备一定的参考价值。 关键词：l x m c 型袋式除尘器，仿真设计，燃煤电厂，软件，滤料 a b s t r a c t b y 姗耻咖w i t ht h e c l 戗灯o s t a t i c p r c d p i t a t o r t h cp a p 盱a l i a i y z c d t h c a d v 锄t a g e s0 ft h eb a g 丘l t e r 锄dt h cs i m a d o n sw h i c ha r ci j l a p p r o p i i 砸ct oe s pi i lt h c a p p l i 咖i o ni nt h cc d a l f i 捌p 0 帆rp l a m t 1 l es c 叩eo ft h ea p p l i c a t i o no ft h eb a gf i l t e rw 雏 c o n c l u d e d ，w h i c hd i dn o tc o n f l i dw i t hl h es t a t u sq u 0t h a tt h cc o a l - f i r e dp o w c rp l 卸t c 0 衄o i l l y 惦e se s p i i lv j e wo ft h et h r e e0 0 m m o nt y p e so ft h eb a gf i l t c ra p p l i e di nt h ec u r r e mc 0 止f i r e d p 响，c rp l 柚t ，t h el x m c - b a gf i l t e rw 蕊c h o s et 0s t u d yi nt h ep a p e r i t sd e s i 印p r o c e 豁e sw e 坞 s i m u l a t c d 卸d0 n ec o m p l e t es e t0 ft h es i m u l a t i o ns o 舒t w a r ew 弱即d u c e d n es o r w 缸eh 舔 硒如d l yi n t e 血c e 柚dd i s p l a y st h ed e s i 舯p 眦e s so ft h eu ( m c b a gf i l t e rd e a j l y i t sm a i c o n t e n t si n c l u d e ：t h ek i l ( y w l e d g eo ft h eb a g6 l t e ra p p l i e di nc o a l - f i r e dp o w e rp l a n t ，t h es c 0 p e o ft h ea p p l i c a t i o no f t h eb a gf i l t e ri nc o m 一觚dp o w e rp l a i l t 龃dt h ed e s i 印0 ft h eu ( m c - b a g f i l t e r a n d0 n e 【x m c b a gf i l t e rf o ras p e c i f i cc o a l f i r c dp o w e rp l 锄th a sb e e nd e s i 印e db y u s i n gt h es i m u l a t i o ns o 腑a r c ，舶mw h i c ht h ec o n c l u s i o nw 觞r c a c h e d ：t h es i m u l a t i o n s o f t w a r ea b o u tt h ed e s i g i lo ft h el x m c b a gf i l t e r h 勰s o m er e f e r e n c ev a l u ef o fe n 舀n e e r si n t h ed e s i g np r o c e s s0 ft h eb a gf i l t e f p a nx i a o ( e n v i r o n m e n t a ie n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f h uz h i g u a n g k e yw o r d s ：l x m c - b a gn i t e r ，s i m u i a t i o nd e s i g n ，t h ec o a l - 矗r e d p o w e rp i a n t ， s o f t w a r e ，n i t e rm a t e r i a l 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本文通过与电除尘器的比较，分析了袋式除尘器在燃煤电厂中应用的优势及不 宜使用电除尘器的情况，从与燃煤电厂普遍采用电除尘器的现状不相冲突的角度研 究分析，得出了袋式除尘器的适用范围。 针对目前应用于燃煤电厂的三种常用型式的袋式除尘器当中的一种( l x m c 型 袋式除尘器) 进行了仿真设计研究，对其整个除尘工艺开发编制了一套完整的仿真 设计软件。软件界面友好，除尘器设计流程的展示清晰明了，其主要内容包括：燃 煤电厂袋式除尘知识库、燃煤电厂袋式除尘器应用范围、l x m c 型袋式除尘器的设 计等。并利用此仿真软件对某一具体燃煤电厂的袋式除尘器进行设计，从而得出结 论：l x m c 型袋式除尘器仿真设计软件对工程设计人员在除尘器的设计过程中具有 一定的辅助设计作用，具备一定的参考价值。 关键词：l x m c 型袋式除尘器，仿真设计，燃煤电厂，软件，滤料 a b s t r a c t b yc 0 缸i 耻u r i s o nw i t ht h cd 仪舡o l s t a t i cp r c c i p 吨l t c r t h cp a ；p 盱a i i a i y z o dt h c a d v 柚t a g e so ft h eb a g6 l t e r 锄dt h cs i t u a d 伽sw l l j c ha 圮i j l a p f i r o p r i 砸ct oe s pi i it h c a p p l i 伽i o ni nt h cc d a l f i 硎p 0 帆rp l a i i t t 1 l es c 叩eo ft h ea p p l i c a t i 佃o ft h eb a gf i l t e rw 雒 c o n c i u d e d w h i c hd i dn o tc o n f “c tw i t ht h es t a t u sq u ot h a tt h ec 0 越- f i r e dp o w c rp l 卸t c 0 删咀o i l i yu s e se s p 。 i i lv i e wo ft h et 1 1 r e ec 0 姗伽t ) r p e so ft h eb a gf i l t e ra p p l i e di nt h ec i l e n tc o a i - f i r e d p 佣，c rp l 柚t ，t h el x m c - b a gf i l t e rw 硒c h o s et 0s t u d yi nt h ep a p e r i t sd e s i 印p r o c e 豁e sw e 坞 s i m u l 鼬e d 锄do n ec o m p l e t es c to ft h es i n m l a t i o ns o f i t w a r ew 弱p f o d u c e d t h e f t w a r eh 舔 衔e n d l yi n t e 血c e 柚dd i s p l a y st h ed e s i 萨p 眦e s so f 比d ( m c b a gf i l t e rc l e a j l y i t sm a i n c o n t e n t si n d u d e ：t h ek n o w l e d g eo ft h eb a g6 l t e fa p p l i e di nc o a l f i r e dp o w e rp l a n t ，t h es c 0 p e o ft h ea p p l i c a t i 叩o ft h eb a gf i l t e ri nc o a j f h dp o w e rp l a i l t 龃dt h ed e s i 印0 ft h eu ( m c - b a g f i l t e r a n do n e 【x m c b a gf i l t e rf o ras p e c i f i cc o a l f i r c dp o w e rp l 锄th a sb e e nd e s i 即e db y u s i n gt h es i m u l a t i o ns o r w a r c ，行o mw h i c ht h ec o n c l u s i o nw 嬲r e a c h e d ：t h es i m u l a t i o n s 0 脚a r e 曲o u tt h ed e s i g i lo ft h el x m c - b a gf i l t e r h 弱s o m er e f e r e n c cv a l u ef o re n 舀n e e r si n t h ed e s i g np r o c e s s0 ft h eb a gf i l t e r p a nx i a o ( e n v i r o n m e n t a ie n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f h uz h i g u a n g k e yw o r d s ：l x m c b a gn i t e r ，s i m u i a t i o nd e s i g n ，t h ec o a l - n r e dp o w e rp i a n t ， s o f t w a r e ，n i t e rm a t e r i a l 声明户明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文燃煤电厂袋式除尘器的仿真设计研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：导师签名： 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 主要介绍课题选题的背景以及袋式除尘技术在国内外的发展现状，提出本课题 的研究意义及主要研究内容。 1 1 选题的背景和意义 我国的资源国情决定了我国能源结构以火电为主、水电为辅、核电风能作补， 电力结构发展很不平衡。我国火电装机占电力总装机的7 4 以上，发电量占8 1 以 上，2 0 0 3 年火电燃煤8 5 亿t 左右，约占我国燃煤量的5 3 8 ，造成严重的大气污染。 2 0 0 3 年底全国火电装机容量已达到2 8 6 亿k w ，为保证国民经济快速发展和人民生活 水平的提高，我国电力工业仍将高速发展，预计2 0 1 0 年将达到6 亿k w ，2 0 2 0 年将达 到9 亿k w ，而且火电仍会是主力，届时火电燃煤将占全国燃煤7 0 以上【2 l 。烟尘的 排放将会大大增加，大气环境质量会大受影响，人民的身心健康也会受到极大危害， 因此对煤烟型污染的治理力度必须大力增强。 面临如此严峻的大气环境问题，国家对大气环境保护也日益重视，出台了新的 火电厂大气污染物排放标准g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ，提高了烟尘、s 0 2 排放标准要求。 目前，在除尘方面应用最多的是袋式除尘器和电除尘器，二者均属高效除尘设备， 国外电力行业( 美、澳、南非、欧盟电厂) 广泛应用袋式除尘器而我国目前普遍使 用的是电除尘器。但由于我国以煤炭作为主要能源，煤炭资源丰富，煤种很多，烟 尘特性的差别很大，单靠电除尘器难以实现烟尘达标排放，将袋式除尘器引入电力 行业意义重大。因为袋式除尘器不但除尘效率高，而且不受烟尘特性的影响，并可 有效捕集超细粉尘尤其是对p m 2 - 5 以下的粉尘，同时还能协同脱除s 0 2 等有害气体。 因此袋式除尘器的设计研究，对今后袋式除尘器的普遍使用具有十分重要的意 义，而本课题的仿真设计目的是将计算机引入到袋式除尘器的设计过程中来，进行 辅助计算以避免设计人员重复计算的麻烦，并直观地展现袋式除尘系统的整个设计 流程，最终以软件的形式呈现出来。软件经过打包处理可安装在计算机上，可以方 便工程设计人员查看使用，对其设计工作具有帮助指导的作用，可简化其繁琐的重 复计算量。在一定程度上，会对袋式除尘器的设计发展起到推动作用。 1 2 国内外袋式除尘现状及袋式除尘技术的发展 1 2 1 国外袋式除尘现状及袋式除尘技术的发展 ( 1 ) 世界上的工业发达国家的燃煤电厂在2 0 世纪5 0 年代以使用电除尘器为主，从 2 0 世纪7 0 年代开始将袋式除尘器应用于燃煤电厂烟气净化，迄今已基本走完用袋式 华北电力大学硕士学位论文 除尘器取代和改造高压静电除尘器和其它除尘器的历程。美国、日本、德国、加拿 大、澳大利亚等国家已纷纷将燃煤电厂静电除尘改为袋式除尘。 对于大型燃煤锅炉电站烟气粉尘净化，国外已经形成比较成熟的袋式除尘工艺 路线和安全保护措施。 ( 2 ) 目前国际袋式除尘技术的发展，主要包括滤料性能的改进、对特殊烟气的处 理以及对有害气体的协同脱除等方面。 滤料是袋式除尘的核心，目前国际上先进的产品：l y t o n ( 莱登) 、n o m e x 、 p 8 4 等滤料，都可以满足燃煤烟气温度高、含有酸性腐蚀性气体的要求。美国g o r e 利用膨化聚四乙烯，开发出薄膜复合滤料，实现了表面过滤，解决了常规滤料粉尘 积累、阻力大、使用寿命短的问题。美国俄亥俄大学开发出薄膜静电滤尘器，利 用碳、硅和相似的纤维材料织成1 3 m m 厚的薄膜，有效地脱除细微颗粒和重金属 物质。但由于该类材料价格昂贵，其工程应用受到限制。 对特殊工业烟气的处理，通常采用烟气调质、烟道喷粉等工艺。 在有害气体的协同脱除方面，尽管袋式除尘工艺对烟气中氧化硫、重金属及有 机污染物等具有一定的脱除效果，但仅靠滤料表面粉尘的吸附与脱除效果，效率较 低，不能满足环保标准。要实现对烟气中多种前驱体物质的协同脱除，必须在原有 袋式除尘工艺的基础上进行改进。近年来，国外一般采用在袋式除尘器前段注入反 应吸收剂和反应助剂，将袋式除尘器作为反应装置，来达到脱除有害气体的目的。 例如：日本开发的脱硫除尘一体化袋式除尘器和袋式脱硝除尘器等。鉴于美国 环保局于1 9 9 7 年制定出大气中p m 2 5 的环境标准，美国有关研究机构近年来也加大了 对燃煤排放微细颗粒控制技术的研究：开发研制出电一袋结合的袋式除尘技术，可 将烟气出口粉尘浓度控制在每立方米几毫克以下。目前，在此基础上，与前段注入 反应剂相结合，开发以袋式除尘为基础的多种污染物协同脱除技术。 1 2 2 国内袋式除尘现状及袋式除尘技术的发展 ( 1 ) 在2 0 世纪7 0 年代，我国发电厂的锅炉多半采用文丘里水膜除尘器，到目前为 止，大多采用了电除尘器。2 0 世纪8 0 年代初，北京市劳动保护科学研究所曾在1 0 t 的煤粉锅炉上应用了脉冲袋式除尘器，积累了不少实践经验，但由于当时国内只有 n o m e x 滤料，这种滤料不耐水，影响了使用寿命。在“七五 期间，鉴于袋式除尘 器的优良性能，被国家环保局列入“七五一攻关项目，并在苏州热电厂进行了多种 滤料使用性能的比较试验。这项研究为我国的锅炉应用袋式除尘器积累了宝贵的经 验。直到2 0 0 1 年在呼和浩特市丰泰发电厂才首次应用成功，发展到现在已有1 0 余家 公司的袋式除尘器在全国不同地区的应用，如天津开发区5 号热源厂、张家港保税 2 华北电力大学硕士学位论文 区热电厂、焦作发电厂；而且许多燃煤电厂的静电除尘器改造成了袋式除尘器，如 呼和浩特热电厂、赤峰市富龙热力股份有限公司热电厂。近1 0 年来，袋式除尘器发 展很快，尤其是大型袋式除尘器的出现，新的滤料和新的脉冲阀的开发，改进了袋 式除尘器的安全可靠性，不仅比电除尘器的除尘效率高，而且受粉尘特性和烟气成 分的影响也很小。 ( 2 ) 我国袋式除尘器的技术发展主要体现在以下几方面： 结构形式的改进：袋式除尘器从小型单室结构发展到多室结构，过滤面积从 几平方米发展到几万平方米，规格越来越大，并且采用滤袋架整体安装的单元组合 形式，开发了多种结构紧凑轻巧的袋式除尘技术。 清灰系统的技术进步：清灰系统是袋式除尘器的消化器官，袋式除尘器的运 行效果在很大程度上取决于清灰机构及其控制系统。 采用国际标准设计开发了高、低压脉冲阀系列产品，使脉冲阀的喷吹压力由 0 5 0 7 m p a 降低到0 1 5 0 2 5 m p a ：对脉冲喷吹类袋式除尘器，在原高压小孔脉冲 的基础上开发了大型低压长袋脉冲技术；控制系统程序由时序发展到定阻力式，由 开环控制发展到死循环控制；控制仪的档次由继电器逻辑程控器发展到单板机、单 片机，可编程控制器( p l c ) ，多功能计算机控制仪；控制系统的功能从两地控制 ( 中央自动，现场手动) 、状态显示、故障报警，到分室检漏、数据处理、打印报 表。 辅助清灰技术的开发与应用 预涂层技术：当采用袋式除尘器过滤细颗粒性烟尘时，为了防止烟尘钻入滤袋 内壁堵塞孔隙或在表面板结糊袋，在除尘器投运前先投入干燥滑爽的或对粘性具有 吸附作用的矿物尘对滤袋进行预涂层处理，藉以改变烟尘的粘附性，形成多孔粉尘 层，提高过滤效率，降低过滤阻力。在燃煤锅炉启动和低负荷稳燃时需要燃油，为 了避免油烟使滤袋堵灰，在袋式除尘器投用前，对老滤袋不清灰，保持一定的灰尘。 对新滤袋也应进行预喷涂。 预荷电技术：在袋式除尘器烟气入口处设置预荷电装置，使粉尘荷电。荷电后 的微粒尘可以凝聚成较大粒子，并在滤袋表面形成结构疏松的粉尘层。试验表明： 经预荷电的袋式除尘器，过滤效率可提高一个数量级，而过滤阻力明显降低，有利 于提高过滤速度，延长滤袋使用寿命。 声波助清灰技术：在袋式除尘器内安装声喇叭，使用0 2 5 0 5 m p a 压缩空气， 产生1 5 1 0 0 0 h z ，1 2 0 1 5 0 d b 声波，与袋壁形成共振，使表面粉尘层结构松散； 清灰时易于脱落。我国于2 0 世纪8 0 年代末引进f u l l e r 公司的声波助清灰技术。“七五” 3 华北电力大学硕士学位论文 期间先后在宣化水泥厂7 0 0 t d 分解窑窑尾袋式收尘器、郑州第二砂轮厂刚玉电炉排 烟系统除尘器进行生产性应用试验，取得了一定的效果。 滤料和滤袋的技术进步：滤袋是袋式除尘器的核心部件。滤料的品种和质量、 滤袋的结构和缝制水平是衡量袋式除尘器技术水准的一个重要因素。我国的滤料工 业近1 0 年来取得了较大进步；开发了针刺毡及机织布两大系列产品，在表面处理技 术方面，也有很大的进展。上海凌桥环保设备厂在2 0 世纪9 0 年代初，率先开发出覆 膜滤料，大大推动了我国袋式除尘技术的发展。 袋式除尘器的制造工艺及生产装备逐步走上正规化，建立了进料、钢板预处 理、下料、成形、组装、焊接、校正、涂装、包装发运的完整工艺流水线。已做到 焊接自动化、半自动化，通用件加工模具化。 袋式除尘器软件数据逐步建立。我国已初步建立了袋式除尘器的标准体系， 制订了国家、专业及企业三级标准。尽管有些标准还比较粗糙，但对除尘器的制造、 新产品的开发以及验收评价起到了积极作用。 1 3 课题研究内容 本课题针对燃煤电厂排放的烟尘气体，通过对其性质进行分析，综合考虑锅 炉型号、煤种成分、灰分、大气环境条件等方面因素，设计出合理的袋式除尘器 并开发出界面友好、具有通用价值的仿真设计软件。 主要研究内容如下： 1 研究燃煤电厂采用袋式除尘器的优势并对其可行性进行分析； 2 研究适用于燃煤电厂的袋式除尘器，并选择其中一种型式作为研究对象， 利用v b 软件对其设计过程进行仿真，开发出此型式袋式除尘器的仿真设计软件； 3 利用已编制完成的仿真设计软件对某一具体燃煤电厂的袋式除尘器进行 设计，以检验软件的适用性；并采用a u t o q 绘图软件绘制袋式除尘器本体结构 图和主要部件结构图等； 4 从技术、设计、经济的角度分析所设计的袋式除尘器，分析其可行性。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章袋式除尘器基本知识及与电除尘器的比较 2 1 袋式除尘器的过滤机理【2 6 1 2 1 1 经典的粒子捕获机理 含尘气流通过纤维层，粉尘被捕集属于过滤机理。由于气体中所含粉尘的尺寸 往往较过滤层中的孔隙要小得多，因此通过筛滤效应清除粉尘的作用很小。粉尘之 所以能从气流中分离出来，主要是截留、惯性碰撞和扩散效应，其次还有重力和静 电力的一定作用。如图2 1 所示。 图2 - 1 经典粒子捕获机理 ( 1 ) 截留：随气流一起流动的粒子，因与捕集体直接接触而被阻留。 ( 2 ) 惯性碰撞：粒子因惯性与捕集体相碰撞而被捕集。 ( 3 ) 扩散：微小粒子在气体分子撞击下，像气体分子一样作布朗运动，如果粒子 在运动过程中与捕集体表面接触，就会粘附在捕集体的表面上。 ( 4 ) 重力作用：比较大的粒子依靠重力自然沉降，从气流中分离出来。 ( 5 ) 静电力作用：带电的粒子和( 或) 纤维使得它们之间产生了静电引力，通过静 电力的作用使尘粒从气流中分离。 2 1 2 滤料使用初期的收尘机理 利用滤料收尘，初期的收尘机理对于织造布和非织造布是不同的。织造布首先 是粉尘粒子在布的孔眼内架桥形成粉尘层，然后收尘效率上升。而非织造布则与空 气净化器相似，粉尘粒子不仅能附着于纤维( 棒状) 上形成粉尘层，而且还能浸入滤 布的内部，有内部过滤的倾向因而可以认为滤料收尘的初期，起主要作用的收尘 机理是惯性碰撞、扩散和截留，此外，静电力和重力也有一定作用。在此期间的收 5 华北电力大学硕士学位论文 尘效率约为5 0 8 0 。 2 1 3 滤料正常使用期的收尘机理及收尘效率 含尘气体通过滤料时，随着它们深入滤料内部，使纤维空间逐渐减小，最终形 成附着在滤料表面的粉尘层( 称为初层) 。袋式除尘设备除了在收尘的初期，主要 是依靠这个初层和以后逐渐堆积起来的粉尘层起收尘作用。收尘效率的低劣主要是 由于已捕集粉尘的二次飞扬。莱兹( k i t h ) 和弗斯特( f i r s t ) 则认为粉尘粒子穿透 滤料造成收尘效率下降，主要是由于三种因素，即图2 2 中所示的直通( s t r a i g h t t h r o u g h ) 、压出( s e e p a g e ) 和气孔( p i n h o l ep l u g s ) 。如果粉尘层有一个最适厚度， 那就不仅对粗粒子( 1 m 以上) 而且对细粒子( 1 m 以下) 都能很好地捕集，并认 为过滤风速越低越好。随着粉尘堆积层的变厚，直通现象减少，但是压出与气孔现 象则有增强的趋势。 奎a n 咖。i 图2 2 粉尘通过滤料的机理图2 。3 收尘效率与堆积粉尘负荷的关系 图2 3 表明了不同滤速条件下，粉尘负荷与收尘效率变化的关系。从提高收尘性 能的角度来看，则希望选取低的过滤风速。 2 2 滤料 袋式除尘器最核心的部件是滤袋，而滤袋是用各种不同的织物滤料制成的，织物滤 料的不同，一在于其所用的纤维材料不同，一在于其制作方法不同。 2 2 1 纤维材料 织物的基本结构单元是单根纤维。可以用来做织物滤料的纤维材料可分为天然纤维 和非天然纤维两大类，非天然纤维又可分为化学纤维( 包括人造纤维和合成纤维) 与无 机纤维( 包括玻璃纤维和金属纤维) 两类。 6 ，删撕 门 i ， 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 天然纤维：以棉、毛纤维为主。 ( 2 ) 无机纤维：包括玻璃纤维、碳纤维、不锈钢纤维。 ( 3 ) 化学纤维：种类很多，主要有聚酰胺类( p l 商品名尼龙、锦纶) 、芳香族聚酰类 ( 商品名为诺美克斯、p 8 4 ) 、聚氯乙烯类( p v c 商品名接纶) 、聚丙烯腈类( a c 商品名 腈纶) 、聚丙醇( 商品名聚丙纶) 、聚乙烯醇( 维尼龙) 、聚酯( 商品名涤纶) 、聚苯硫醚 类( 商品名r y r o np p s ) 、聚四氟乙烯类( 商品名泰氟龙、p 1 1 毛) 。 2 2 2 制造方法 依滤料的编织工艺不同可将其分为两类：编织类( 平织、斜纹织、缎织等) ；针刺 类( 基布料和针刺纤维料可以是同材料或异种材料) 。 滤布的编织方法有四种：平纹、斜纹、缎纹和针刺毡( 见图2 - 4 ) 。 缎织：i 圭 l 瑚 i 嘣 三-卜 广【 一f 一 = 一i _ 斜纹织珐 针_ 幸l 毡织法 图2 4 滤布的编织方法 ( 1 ) 平纹织法：由每要做经纬线一上一下相互交错织成，织物无方向性，纱交接点间 距很近，纱线互相压紧，受力时不易变形和伸长；但平纹织法透气性差且压损大，难清 灰，易堵塞，作为过滤材料用得较少。 ( 2 ) 斜纹织法：由两根以上经线和纬线交错织成，表面呈斜纹状，受力后纱线容易错 7 n一，i ，珊 -，一一，n，i 华北电力大学硕士学位论文 位，弹性较好。作为滤料，其耐磨性好，堵塞少，处理风量高，除法效率和清灰效果都 较好，是织布中常用的滤料。 ( 3 ) 缎纹织法：具有斜纹弹性好的优点，织纹平坦，与平纹、斜纹比较不易粘灰。而 且缎纹织法透气性好，压损小，粉尘剥落性好且很少堵塞，但除尘效率较低。 ( 4 ) 针刺毡织法：透气性好，若纤维截面是非圆形的化纤类织物( 如p 8 4 纤维截面为 棱形) ，则透气性能更好。另外，针刺毡织法易于清灰，除尘效率高，并且可经清灰后 再用，故是除尘器中最常用的滤料。 在四种织物中，针刺毡织法透气性能最好，缎纹次之，斜纹再次之，平纹最差。 2 2 3 后处理 为改善滤料的性能，还需对滤料作如下处理，如表面烧光或砑光，热定型处理，防 水防油处理，防火花处理，浸渍处理，覆膜处理，抗静电处理等。 ( 1 ) 烧毛、砑光：是用高温或碾夺的方法使滤料的一面变得光滑，此种滤料表面处理 的目的是使滤料的清灰性能更好。 ( 2 ) 防水防油处理：是将滤料在防水、防油剂中处理一下，以提高滤料在含水、含油 介质中的使用性能。 ( 3 ) 防火花、抗静电处理：是在滤料纺织时放入些金属纤维以提高滤料的导电性能， 使滤料在产生静电时能够及时地把电荷释放掉，以免产生电火花，引起易燃易爆物的爆 炸。 ( 4 ) 浸渍处理：是将滤料在p t f e 溶液中作浸润处理，然后烘干。此种工艺处理后的 滤料其耐温性能、抗化学腐蚀能力均有所提高。 ( 5 ) 覆膜处理：是在滤料的表面用热熔或粘接的方法覆上一层经膨化的p 1 f 1 礓膜，此 层滤膜空隙率高，孔径极其微小，从而大大提高了除尘效率，几乎能达到零排放。 ( 6 ) 热定型处理：是把纺织好的滤料经高温预处理，以防止滤料在高温环境下收缩引 起滤袋尺寸的变化。 2 - 3 袋式除尘器与电除尘器的比较 燃煤电厂除尘器世界上应用最多的是电除尘器和袋式除尘器两种，在我国目 前主要以电除尘器为主，袋式除尘器刚刚开始应用于燃煤电厂。袋式除尘器以其电 除尘器所不具备的优势，必将随着环保标准的提高而被燃煤电厂广泛使用。但袋式 除尘器也并不是万能的，有其自身特点和使用范围，针对当前我国燃煤电厂普遍采 用电除尘器的现状，本课题主要研究范围是：电除尘器不适宜的或达不到排放要求 8 华北电力大学硕士学位论文 的除尘项目，避免与电除尘器冲突。 以下从技术与经济两方面来对两种除尘器进行比较。 2 3 1 除尘原理的区别 袋式除尘器的除尘原理是靠滤袋和滤袋上已经形成的一层滤饼( 滤床) 对烟 气中的粉尘颗粒的机械拦截来实现的，在滤袋上收集到的粉尘周期性地按清灰装置 清除并落入灰斗，再通过输灰系统排出。 电除尘器的除尘原理是利用强电场电晕放电，使气体电离产生大量自由电子 和离子，并吸附在通过电场的粉尘颗粒上，使烟气中的粉尘颗粒荷电，荷电后的粉 尘颗粒在电场库仑力的作用下被吸向极板( 阳极和阴极) 并集聚在极板上，集聚在 极板上的粉尘颗粒周期性地被除去并落入灰斗，再通过输灰系统排出。 2 3 2 影响除尘器除尘效率和寿命因素的区别 1 影响袋式除尘器除尘效率的主要因素是：气布比、滤料、清灰方式和与除 尘有关的系统的合理选择，运行维护的管理。 气布比和滤料是根据烟气的特性，粉尘的特性，除尘后的排放标准，允许的 阻力损失，清灰的方式等来选择的。气布比选得太高，虽然袋式除尘器的体积小， 造价低，但运行阻力大，清灰频繁，粉尘颗粒容易嵌入滤料的内部，大大地缩短滤 袋的寿命，甚至影响袋式除尘器的正常运行；相反，气布比选得太低，造价明显增 加，但带来的效益并没有相应提高。滤料选择得是否合适直接影响到袋式除尘器的 效率和寿命，也与造价有很大的关系。烟气的特性及粉尘的特性对袋式除尘器的影 响见表2 1 。 清灰方式主要有三种：烟气反吹、机械抖动、脉冲反吹。目前在燃煤电厂应 用最多的是脉冲反吹，包括高压、中压、低压脉冲方式，除尘效率和使用寿命都比 较理想，没有太大的区别。与除尘有关的系统的合理选择对袋式除尘器的使用寿命 有一事实上的影响，主要有：烟道的布置，烟速的选择；调温装置的合理选择( 若 采用的话) ；保护装置的选择，控制系统的可靠性；测量元件的合理布置，调试时 各种参数的合理设定；锅炉和输灰系统运行的合理配合。 良好的运行维护管理对于袋式除尘器也非常重要，比如：严格控制烟气的温 度，因为滤料的氧化老化速度会随温度的升高而显著加快( 一般温度升高1 0 ，氧 化速度增加一倍) ；严格控制滤料的某些敏感成分( 比如：对r v t o n 滤料对含氧量比 较敏感) ；保持最佳清灰等。 2 影响电除尘器的除尘效率和寿命的主要因素是：烟气特性，粉尘特性，电 9 华北电力大学硕士学位论文 除尘器的结构和运行维护。 烟气特性中：温度在1 4 0 1 8 0 ( 通常的排烟温度范围内) 时，粉尘的比电阻 最高，比电阻高对除尘效率不利；水蒸气利于粉尘的凝结和粉尘颗粒的荷电，能提 高除尘效率；硫氧化物和氧等负电性气体利于除尘；流量直接与流速有关，流速越 高效率越低；含尘浓度高会使除尘效率下降气流分布不均会使除尘效率下降达2 0 3 0 之多。 粉尘特性中：粉尘的粒径在o 3 o 舡m 范围内( 亚微米级) 的粉尘难以收集， 除尘效率很低；粉尘的真密度和堆积密度的比大会降低除尘效率；比电阻值超过1 0 4 5 1 0 1 0 q c m 这个范围，除尘效率会下降；低硫煤( 硫含量在1 0 以下) 燃烧后的 粉尘难收集，其它化学成分对除尘效率的影响也很大。 电除尘器结构中：阴极线、阳极板和极配；清灰方式；供电电源等对除尘效 率有明显影响。 同样，良好的运行维护管理对电除尘器也非常重要。 2 3 3 经济比较 两者的经济比较是指总费用：主体费用( 含安装费用) 与运行维修费用之和 的比较。 1 影响袋式除尘器总费用的因素 影响袋式除尘器主体费用的主要因素是气布比和滤料。气布比高，体积就大， 用的滤袋数多，除尘单元增加，配套的挡板阀和清灰装置的设备也相应地增加，主 体费用明显增加。不同的滤料价格相差很大，能差几倍到十几倍。 运行维护费用方面的影响因素是滤袋更换费用和电能消耗。滤袋更换费用取 决于滤袋的价格，滤袋的数量和寿命。电能消耗以锅炉引风机的轴功率的增加来衡 量。 2 影响电除尘器总费用的因素 影响电除尘器主体费用的最主要因素是比收尘面积。比收尘面积大，烟气流 速小，极板的用钢量大，电除尘器的体积大，为确保强度，钢结构的用钢量显著增 、加，主体费用也就显著增加。比收尘面积的增加与其主体费用的增加呈非线性关 系，比收尘面积增加一倍，其主体费用的增加远远走过一倍。 运行维护费用方面的影响因素是电能消耗，以电除尘器的电场耗电量来衡 量，但这是很难计算的。根据美国“怀特”的电除尘效率与电晕功率的关系曲线显示： 当电除尘器的除尘效率大于9 9 3 以上时，电场耗电量的增加越来越快，甚至会超 1 0 华北电力大学硕士学位论文 过因采用袋式除尘器后锅炉引风机的轴功率的增加量。 表2 1 袋式除尘器与电除尘器的比较 比较的内容名称袋式除尘器电除尘器 烟气烟气的温度敏感，绝不能超温对效率有影响 特性 压力影响极小影响小 的影 湿度不利，不能超过极限有利，但要防腐蚀 响 氧，硫氧化物( s o 。) 影响滤料的选择 有利 烟气的其他成分几乎没影响几乎没影响 流量对效率影响不大对效率影响较大 含尘浓度效率稳定，影响寿命效率有一定变化 气流均布不敏感，效率稳定对效率影响较大 粉尘 粉尘的粒径分布影响小，效率稳定对效率影响较大 特性 真密度，堆积密度影响极小比值大时影响较大 影响 黏附性不利有一定影响 比电阻无影响，效率稳定对效率影响大 粉尘的化学成分影响滤料的选择对效率影响大 粉尘硬度影响滤袋寿命几乎没影响 设备结构的影响各种形式都效率高对效率有一定影响 运行及机组启停的影响影响较大，要求严格影响小 维修技术含量低工作量小 经济费用( 按达到相同的除尘 投资低，占地小，引风机容量投资高，占地大，运行费用 效率考虑)大，换袋费用高，综合费用相 低一些，综合费用相当或更 当或低高 设备故障运行的影响 对负荷率影响较大 可暂时维持运行，对负荷率 影响较小 两者相比较，袋式除尘器主体费用低，但运行维护费用高：电除尘器主体费 华北电力大学硕士学位论文 用相对较高，但运行费用低，两者的总费用相当。但是，如果按与袋式除尘器相同 的除尘效率来衡量的话，电除尘器的总费用会高出很多。 2 3 4 运行维护的易难程度 主要从运行和检修维护的角度来比较，见表2 1 。 综上分析，电除尘器不宜使用而袋式除尘器适用的情况有： 1 煤种：燃煤电厂使用的是( 低硫煤含量在1 0 以下) 时； 2 排放标准：排放标准要求排出的烟气含尘浓度3 0 m g n m 3 时； 3 锅炉型式：燃煤电厂使用循环流化床锅炉时； 4 脱硫工艺：燃煤电厂采取干法脱硫工艺时； 5 粉尘性质：粉尘比电阻太大或太小( 超过1 0 4 5 1 0 1 0q c m 范围) 时；粉尘 的粒径在0 3 o 鼽m 范围内( 亚微米级) 时；粉尘真密度和堆积密度的比大于1 0 时； 6 烟气性质：烟气流量很大时；烟气含尘浓度很大时；烟气分布很不均匀时等。 7 运行维护：运行维护技术人员技术水平低时； 8 占地面积：要求占地面积小时。 同时，在使用袋式除尘器时也应考虑： 1 滤料对烟气温度、湿度、化学成分等的敏感性：温度绝不能超温，湿度也不 能超过极限，氧、硫氧化物等化学成分对某些滤料有影响，否则会影响滤袋寿命或 造成堵袋： 2 对运行的要求严格：烟气温度超过范围或压降太大( 堵袋，炉膛正压) 时， 必须打开旁路烟道或停机；滤袋有破洞，整个单元组必须停用来更换或维修滤袋等。 2 4 燃煤电厂袋式除尘器类型及课题研究对象 2 4 1 燃煤电厂袋式除尘器的类型 目前国内袋式除尘器按其清灰方式的不同大致可分为：分室定位反吹式、固定 行喷吹脉冲式及低压旋转脉冲式等3 种类型：国内燃煤电厂常用的主要有三种：分 室定位反吹袋式除尘器、固定行喷吹脉冲袋式除尘器及低压旋转脉冲袋式除尘器 ( l x m c 型袋式除尘器) 。 2 4 1 1 分室定位反吹袋式除尘器 分室定位反吹袋式除尘器又称烟气回转反吹扁袋除尘器，采用外滤结构，净烟 1 2 华北电力大学硕士学位论文 气微正压离线反吹。滤袋的支撑采用高密度扁形袋笼，布袋与袋笼紧密结合。使扁 形滤袋始终处于张紧、拉平状态，紧密结合的滤袋和袋笼通过机械外力压紧在花板 上，实现原烟气室与净烟气室的密封。1 个袋室中有2 0 3 0 个滤袋。花板下面是含 尘烟气室，上面是净化烟气室。在净化烟气室中，每1 个袋室的花板上面，都设有1 个独立的分室集气罩。同一袋室的滤袋，袋口被罩在同一个分室集气罩下。分室集 气罩上设有集气口。每1 组袋室的分室集气罩的集气口，以圆周向分布。向上对应 着分室定位回转反吹机构旋转风筒清灰时的每个定位停止位置。清灰空气直接引用 引风机出口的净化烟气，清灰空气压力约3 k p a ，喷吹时间约1 0 s ，风机采用普通离心 风机。每台分室定位反吹机构下面对应大约1 0 2 0 个袋室，每台分室定位回转反吹 机构有0 2 0 个定位停止位置，为1 组袋室清灰。分室定位反吹机构采用机械传动的 间歇机构实现。反吹风口从停止位置转到一个集气口，停止1 0 秒钟，此时屏蔽了该 袋室的过滤气流，导通净化烟气，从滤袋的上口反向吹入滤袋内表面，在净化烟气 的作用下，吹落了附着在滤袋外表面的粉尘层，从而实现离线清灰。 2 4 1 2 固定行喷吹脉冲袋式除尘器 如图2 5 所示为固定喷吹脉 冲袋式除尘器原理图，含尘气体 从布袋式除尘器入口进入后，通 过烟气分配装置均匀分配进入滤 袋，当含尘气体穿过滤袋时，粉 尘即被吸附在滤料上，而被净化 的气体则从滤袋内排出。当吸附 在滤料上的粉尘达到一定厚度 时，电磁阀开启，压缩空气从滤 袋出口处自上而下与气体排除的 相反方向进入滤袋，将吸附在滤 袋外表面的粉尘清落至下面的灰 斗中。 卸辩口r 弋 出风口 广j l 1 - 放大 图2 - 5 固定行喷吹脉冲袋式除尘器原理图 固定喷吹脉冲袋式除尘器由滤袋组件、导流装置、脉冲喷吹系统、控制系统、 离线保护系统、箱体等组成。含尘气体由导流管进入各单元室，在导流装置的作用 下，大颗粒粉尘分离后直接落入灰斗，其余粉尘随气流均匀进入各仓室过滤区，过 滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体、提升阀、排风管排出。随着过滤工况的进行， 当滤袋表面积尘达到一定厚度时，由清灰控制装置( 差压或定时、手动控制) 按设 定程序打开电磁脉冲阀喷吹，抖落滤袋上的粉尘。清灰空气压力为0 2 0 4 m p a ，喷 吹时间2 0 0 m s 。 1 3 毕匕电力大学硕十学位论文 3 ，0 0 0 8 ，0 0 0 m m 。扁圆形滤袋配合低 压大流量脉冲喷吹方式，清灰时振动 图2 7 低压旋转脉冲袋式除尘器结构示意图 效果好，同时滤袋和袋笼在花板上呈同心圆方式排列，但径向上错歼布置，这种设 计比传统的布袋除尘器要求的空间更少，结构更紧凑，减少了占地面积。每台除尘 器一般包含几个袋室( 排成一排和双排) 。每个袋室内有一个或多个袋柬。滤袋由 1 4 华北电力大学硕士学位论文 花板悬吊下来，花板将除尘器原、净烟气两侧分隔开来。每个袋室灰斗入口各装有 1 个单叶片百叶窗式挡板门，在净烟气室装有提升阀或百叶窗式出口挡板门，设备 维护时起隔离作用。低压旋转脉冲喷吹布袋除尘器在清灰方式上可选择在线清灰， 也可选择离线清灰。在线清灰可提高除尘器的工作效率。在正常情况下一般采用在 线清灰，清灰循环可以通过监测整个除尘器袋室压差自动启动，或者按照预先设定 的时间间隔进行，清灰空气压力为0 0 7 5 0 1 m p a 。 2 4 2 本课题研究对象 三种类型袋式除尘器的特点： 分室定位反吹袋式除尘器采用扁形袋笼方形布置，占地面积小；滤袋通过机械 外力四周压紧密封( 有时甚至需要涂密封胶) ，安装检修不便；离线清灰，增加了 运行袋室的负担；低压长时间反吹( 1 0 秒) ，后期清除的灰尘由于不能以滤饼形式 落入灰斗，基本上又溶入烟气中，二次扬尘严重。 固定行喷吹脉冲袋式除尘器结构简单，无回转机构；布袋考自带弹簧涨圈实现 断面密封，安装检修方便；采用常规脉冲电磁阀，易于采购：靠脉冲力整体抖落灰 饼，确保收集到的飞灰落入灰斗，可以在线检修滤袋，基本可以避免二次扬尘。在 布置上结构较为紧凑，占地面积小，并且袋式除尘器的三维尺寸调节范围大，适用 于在建电厂的除尘器改造升级。目前这种形式的袋式除尘器在我国应用广泛，并且 在国内3 0 0 m w 及以下大中型燃煤机组烟气除尘上使用较多。 低压旋转脉冲袋式除尘器采用低气压、大气量的清灰模式，不但清灰效果好， 而且有利于提高布袋的使用寿命。利用旋转的清灰臂对整块花板进行清灰，一根旋 转臂顶部集中架设一个大型的脉冲阀，脉冲阀数量少，检修维护方便；结构紧凑， 占地面积小。 综合比较三种类型的袋式除尘器，可以看出分室定位反吹袋式除尘器较之其它 两种除尘器缺点较多，在今后燃煤电厂的应用有一定的局限性；固定行喷吹脉冲袋 式除尘器与低压旋转脉冲袋式除尘器相比较，脉冲阀数量较多，相应维护工作量较 多，脉冲清灰压力也相对较高。而且低压旋