电袋复合除尘器滤料的过滤能研究.doc

燃煤电厂烟气净化不同滤料的应用研究摘要：关键词：Key Words:0 引言随着“超低排放”、“超超低排放”、“近零排放”概念的提出，火电厂烟气排放中烟尘的排放标准日趋严格。电袋复合除尘器是处理燃煤锅炉烟气的一种应用广泛的大型设备，其中，袋区是电袋复合除尘器的重要部分，而滤袋是袋区的核心部件。滤袋的材料性能直接影响到除尘器的除尘效率。目前常用的基础滤材为聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（PI）、聚四氟乙烯（PTFE）。为了提高除尘器的除尘效率，本研究引进德国 FilT Eq公司的FEMA 1-AT（常温型），利用VDI滤料测试平台，从滤料的材质，滤料的克重，滤料的涂层处理方式、滤料的配方四个方面，对滤袋的除尘性能进行了试验研究。超低排放电袋复合除尘新技术日益严重的环境污染导致环保政策越来越严，尤其是近期，有的地方政府和电力集团提出了比国标更为严格的超低排放要求，要求烟尘的排放达到5mg/m3以下，给现有的除尘技术的应用带来严峻的挑战和机遇，电袋复合除尘器也面临着技术革新。电袋复合除尘器已投运近500台，据大量工程经验总结分析，影响其排放性能的重要因素有：电场区细颗粒荷电和电凝并程度、滤滤袋区入口烟尘浓度、滤料过滤精度、过滤风速、设备内部烟尘泄漏程度以及设备制造和安装质量等。因此，电袋复合除尘要实现超低排放，应该采取以下技术措施：采用高精过滤滤料滤袋是决定电袋复合除尘器出口排放值最关键的部件，它的过滤精度直接关系到烟尘排放值。常用工业滤料中，在相同条件下，过滤精度高低依次为PTFE覆膜滤料、超细纤维梯度滤料、普通滤料。PTFE覆膜滤料是当前精度最高的过滤滤料，其次为超细纤维梯度滤料，两者均属于高精度过滤滤料，是超低排放电袋复合除尘器滤料的首选。滤料过滤精度越高，电袋实现超低排放就越可靠，适应工况变化能力也越强，而且中长期运行阻力更低更平稳。图39：PTFE覆膜微孔图 图40：超细PPS梯度滤料结构示意图除了滤袋材质的选型，还可以在滤袋加工方面提高过滤精度。水刺毡是近年无纺布加工工艺的一种改进。与传统针刺工艺相比，滤料无残余针眼，减少烟尘渗透；基布长丝无损伤，延长使用寿命。针刺、水刺工艺比较，详见图41。图41 针刺、水刺滤料残余针眼比采取最佳参数匹配选型技术电袋复合除尘器电场区、滤滤袋区选型直接影响到排放、阻力、滤袋寿命。当电袋复合除尘器选定滤料时，影响出口排放值的主要因素为滤滤袋区入口烟尘浓度、过滤风速。要实现超低排放，必须保证不同煤种、烟气工况条件下，滤滤袋区工作于稳定的低烟尘浓度工况。研究发现：滤袋区入口浓度小于10g/m3、过滤风速1.21.5m/min（常规燃煤锅炉袋式除尘器过滤风速1.0m/min）时，能有效提高电袋产品的性能和技术经济性，为超低排放提供保障。采取强化颗粒荷电与电凝并技术电袋复合除尘器之间存在相互影响的机制，特别在滤袋表层，因颗粒的荷电特性，其过滤机理发生了重要变化。滤料过滤试验表明，颗粒经电场作用发生荷电和极化，在纤维上形成颗粒链，能显著提高纤维对颗粒的捕集能力。通过采用强放电的电场极配型式（如图42）、前后小分供电（如图43）等技术可以增强颗粒荷电与电凝，进一步提高电袋复合除尘器对细颗粒物（PM2.5）脱除效率。 图42：不同极配板电流密度对比 图43：电场小分区供电结构图电袋复合除尘技术的发展方向随着越来越多工程应用以及经验的总结和积累，电袋技术很好地解决了烟尘排放达标问题，也解决了滤袋破损的难题。随着大型化电袋的广泛应用及超低排放要求的提出，需要深入研究的问题：正确的滤料匹配选型技术燃煤锅炉工况变化大，滤袋在使用过程中经历的烟气成分和温度多变，这就加大了滤料选型的难度。因此，必须继续收集整理电袋除尘项目的系统运行参数，继续建立各电袋项目的滤袋寿命周期管理，通过实践与试验不断总结、完善滤料匹配选型技术。保证所选滤料在设计寿命期内能够抵御各种烟气条件下的化学破坏，同时又具有良好的性价比。 电袋复合除尘高效捕集细颗粒物（PM2.5）的技术电袋复合除尘机理中荷电作用产生的电凝并提高对细颗粒物（PM2.5）的捕集效率。但它并不是唯一的保证条件，仍有较多因素影响电袋捕集细颗粒物效率。如：细微颗粒物的产生量与炉型、燃烧方式、煤种有关，捕集效率与电袋的气流分布、滤袋型式、运行阻力、过滤风速等因素有关。需要继续深入开展研究工作，系统分析影响因素和变化规律，系统研发电袋高效脱除PM2.5的技术。完善电袋复合超低排放技术电袋复合超低排放技术是一个系统工程，包括高过滤精度滤袋技术、电场区与滤袋区的分级效率及参数选型，嵌入式电袋专利技术、制造和工程安装质量监管等，需要进一步总结工程经验，完善超低排放电袋技术。高精度长寿命滤料技术袋是除尘器的心脏，是电袋复合除尘器最核心部件，其结构、性能的好坏直接影响除尘器的出口排放是否达标，整体阻力能否满足运行要求。同时滤袋材质对工况条件的适应性，又将影响滤袋的使用寿命及系统的稳定性。另外，滤袋更换费用又是电袋复合除尘器主要的运行维护成本。因此选择性价比高、工况适应性好的滤料便显得极其重要了。常用滤料每种滤料材质都具有特定的物理、化学性能，行业中通常使用耐温、抗酸、抗碱、抗氧化、抗水解5项指标来评测滤料物理、化学性能的优劣。燃煤锅炉烟气常用以下几种滤材，其性能见表4：表4 燃煤锅炉常用滤材物理、化学特性表滤材名称耐温（）化学稳定性学名简称连续瞬时抗酸抗碱抗氧化抗水解无机酸有机酸聚苯硫醚PPS19016011141聚酰亚胺PI240200222323聚四氟乙烯PTFE25028011111注：纤维物理化学性能优劣排序以1、2、3、4评价指数表达，依次为优、良、中、劣。持续耐温及瞬间耐温均为实验室试验值，以空气为试验介质。从上表可以看出，滤材中除PTFE材质具有最优的综合性能外，其它均有1-3项不足之处，但PTFE材质的滤料，价格最高。因此，在电袋复合除尘器设计时，应综合对比，选择性价比最优的滤料。由于PPS滤料具有优良的抗酸、抗碱、抗水解性，同时PPS材质的滤料具有良好的性价比，所以被人们普遍选用。但PPS滤料也存在氧化性差的特点。并且工程应用发现，PPS滤料在复杂的燃煤烟气环境中，耐酸腐性能有所下降。，行业中已发生多起因酸腐蚀引起PPS滤袋短期内大量破损的案例，因此，人们也逐渐认识到PPS滤料的使用条件有局限性，并非适用于所有燃煤烟气条件。PI（聚酰亚胺）是一种耐温合成纤维，能连续在20下安全运行，其纤维在拉丝过程形成自然的多瓣断面，相对于PPS等圆形断面纤维，具有更大的比表面积，大大增加了其捕集尘粒的几率，同时PI纤网疏松多空，透气性极好，织成滤料后其透气性、过滤精度均高于PPS和其它纤维。但PI纤维是采用缩聚型聚合物制成，容易发生水解，且抗酸、碱性及抗氧化能力一般，纯PI滤袋不太适合燃煤锅炉复杂的烟气条件。因此，将一定量的PI纤维复合在PPS滤料的迎尘面，可以有效提高过滤精度，降低过滤阻力，提高滤料瞬时耐温及抗氧化能力，延长使用寿。高强度耐腐蚀系列滤料我国计划电、市场煤的特点，使燃煤锅炉用煤复杂多变，含硫量与灰份不易控制，烟气工况条件极不稳定。这些现实情况容易引发纯PPS滤袋短时间内破损或使用寿命缩短等事故，若采用纯PTFE纤维滤袋，成本又极高，技术经济性差，不利于推广应用。针对单一材质滤料存在诸多问题，开发多品种混合纤维型高强耐腐滤料是权宜之计。电袋复合除尘器中，滤袋所过滤的烟尘特性：浓度低、颗粒细、荷电。结合大量工程应用经验及实验研究发现：将三种纤维按不同的比例进行混纺的滤袋能提高整体性能。如采用PTFE基布+PPS纤维作为纤网的针刺毡（如图33），PTFE基布+PI、PTFE混合纤网的针刺毡（如图34），以及PPS粗纤维和超细纤维分层梯度针刺结构（如图35）。不同材质混纺的高强耐腐滤料能适应高温、高硫、高氮等复杂多变的燃煤锅炉烟气工况，并有效防止细颗粒物的穿透，在确保滤袋高效过滤和使用寿命的前题下，大大降低了滤袋成本，提高技术经济性。高强耐腐滤料的成功开发与应用，改变了燃煤电站袋式除尘器滤料用PPS一统天下的局面，既扩大了电袋复合除尘器的适用工况范围，又加快了电袋技术的推广与应用。图33 PTFE基布+PPS纤维滤袋结构图34 PI+PTFE纤维混纺滤袋结构高过滤精度复合系列滤料为提高滤料的过滤精度，降低滤袋阻力，行业内一般采用在迎层面增加PI纤维进行混纺、或者在滤袋表面采用PTFE覆膜（即在普通滤料的迎尘面上覆合一层带有微孔的滤膜）实现，但这两种方法存在一定局限性，例如：PI纤维易水解，在水分含量较高场合应慎用，另外，PI纤维单价也相对较高。而PTFE覆膜对其覆膜工艺要求很高，不合格的覆膜滤料在使用过程中由于高温烟气和逆向喷吹压力的作用会出现脱膜，严重时发生滤膜与滤料之间积存大量烟尘，影响设备的正常运行。同时， 采用PTFE覆膜工艺，需增加40%左右滤袋成本，性价比较差。超细纤维滤袋是指在滤料的迎尘面增加一定比例的超细纤维（1旦超细纤维与常规2旦纤维混合，作为迎层面，而背迎层面仍采用常规2旦纤维），使纤维空隙呈喇叭梯形结构。通过VDI滤料性能模拟测试装置对PPS超细纤维滤料及常规PPS滤料性能进行对比（图36），对比结果显示：超细纤维初期压差略高，但其具有更加稳定的压力损失，运行一段时间后，较常规PPS具有较低的压差。同时，因孔径小，孔隙率高，烟尘不易切入，使其过滤精度更高，清灰周期更长。图35 PPS超细纤维梯度滤袋结构图36 常规PPS与超细PPS滤料性能对比烟气工况和滤料配选型技术目前，国内电力行业受“市场煤”影响，燃用煤种呈复杂多变，既含有酸性成份（SO2，SO3，NOx等），又含有水分和高灰分，不易控制煤质的含硫量与灰份，烟气工况条件复杂多变。这些现实情况容易引发纯PPS滤袋短时内破损或使用寿命缩短等事故，将抑制大型化电袋除尘技术的推广应用。将不同材质的纤维按照不同比例混纺，制成多品种高强耐腐滤料，可以大大提高滤袋品质。经过多年在不同恶劣工况下的试用，验证了高强耐腐滤料滤料能大幅提高使用寿命的实效性。耐强滤料的成功开发与应用，打破了燃煤电站袋除尘器所用滤料单一现状的局面，既扩大了电袋复合除尘器的适用工况范围，又加快大型化电袋技术的推广与应用。通过研究不同烟气工况条件和相应滤料选型技术，可以在确保滤袋使用寿命的前提下降低滤袋成本，提升电袋核心技术水平。通过分析使用条件、合理选择滤料、经验总结，初步形成燃煤锅炉滤袋材质选用见表5，仅供参考表5： 燃煤锅炉滤料选用规范序号纤网成分基布克重（g/m2）后处理烟气温度（）出口排放（mg/m3）适用燃煤含硫量（%）1PPSPPS550PTFE浸渍/防油水160300.72PPS+PIPPS580PTFE浸渍/防油水160200.73PPS+超细PPSPPS580PTFE浸渍/防油水160200.74PPSPTFE550PTFE浸渍/防油水160301.25PPS+PIPTFE580PTFE浸渍/防油水160201.26PPS+超细PPSPTFE580PTFE浸渍/防油水160201.27PPS+PTFE, PTFE含量比例50%PTFE600PTFE涂层1602038PI+PTFE, PTFE含量比例75%PTFE650PTFE涂层2402029PTFEPTFE750PTFE涂层24030310PTFEPTFE750PTFE覆膜240203高效脱除PM2.5技术加强PM2.5脱除效率的技术措施根据研究，使细颗粒“凝并”是提高细颗粒物（PM2.5）捕集效率的技术发展方向。而荷电粉尘过滤性能的研究发现，细微颗粒粉尘在荷电作用下有一定程度的聚并，荷电后比荷电前粉尘平均粒径增大约12.5%，细颗粒变大后能被高效拦截捕集。因此，采用强放电的电场极配型式以增加烟尘荷电量、研发高性能滤料和合理清灰制度，结合气流均布和“零泄漏”设计等关键技术方案，可进一步提高电袋复合除尘器对细颗粒物（PM2.5）脱除效率。工程项目PM2.5脱除效果清华大学、广东电科院分别曾对4个电袋复合除