燃煤电厂锅炉袋除尘与电袋除尘应用技术探析

1、燃煤电厂锅炉袋除尘与电袋除尘应用技术探析摘要:论述了袋除尘器和电袋复合除尘器的丁作原理，以清灰方式对 袋式除尘器进行了分类，阐述了儿种类梨袋式除尘器的优缺点；指出电 袋复合除尘器是特定背景下的阶段性产物，电晕放电过程屮产生的臭氧 对滤袋使用寿命会产牛不利影响；强调了建立合理的烟气流场是袋式除 尘器稳定可靠运行的关键。1概述随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，环境污染问 题也越來越受到社会各界的关注，国家对火力发电厂烟尘排放的标准不 断提高，新建火电厂允许的烟尘排放浓度从国家污染物排放标准火电 厂大气污染物排放标准(gb13223-1996)中要求的200mg/nm3提高到 2003

2、版标准的50mg/nm3,北京及沿海经济发达地区要求更加严格，如 北京地方标准锅炉大气污染物排放标准(db11/139-2007)对新建 燃煤电厂锅炉要求的烟尘排放浓度仅为10mg/nm3,在用锅炉也不能超过 20mg/nm3o在这种严格的环保标准要求下，通常的四电场或五电场静电 除尘器已经无法满足排放达标的要求，因此近年来袋式除尘器得到了应 用和推广。在国外，袋式除尘器作为一种过滤式除尘设备应用于燃煤电厂锅炉 已经有二、三十年的历史，并取得了良好的效果。在我国，随着滤布材 料制造技术的发展，袋式除尘器在燃煤电厂的烟气治理中也逐渐得到应 用并收到了良好效果，除尘器出口烟尘浓度基本上能达到10m

3、g/nin3以 下。袋式除尘器的除尘效率不受粉尘的比电阻、浓度、粒度等性质的影 响，锅炉负荷的变化、烟气量的波动对袋式除尘器出口排放浓度的影响 也不大。然而袋式除尘器并没有在发电厂得到大面积推广，原因在于从业人 员对静电除尘器运行操作及使用情况非常熟悉，但对袋式除尘器的使用 还相对陌牛，并且对袋式除尘器的运行阻力和滤袋的使用寿命等存在疑 虑，二十世纪八、九i年代电厂应用袋式除尘器失败的惨痛教训也给从 业人员造成了很深的影响。但为了满足当前的环保排放要求，特别是电 除尘器的改造项目,迫切盂要一种改造量少、运行阻力低的除尘器设备, 因此电除尘器与袋除尘器相结合的电袋复合除尘器应运而生，不少除尘 设

4、备生产厂家近两年也掀起了对这种设备的研究推广人潮。可以说，电 袋复合除尘器就是在这种特定背景下的阶段性产物。2工作原理2.1袋式除尘器工作原理袋式除尘器是利用纤维编织的袋式过滤元件来捕集含尘气体屮固体 颗粒物的除尘装置。其过滤原理是尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用 与纤维碰撞而被拦截。细微的尘粒（粒径为lum以下）则受气体分子 冲击不断改变着运动方向，尘粒与纤维碰撞接触而被分离出来。袋式除 尘器过滤原理示意见图lo继而影响到系统内部的气流分布。2.2电袋复合式除尘器工作原理电袋复合式除尘器是近几年国内发展起来的一种除尘设备。电袋复 合式除尘器由两个单元组成，即电除尘单元和袋除尘单元。一般情况下

5、, 电除尘单元布置一个或两个电场。这种电袋复合式除尘器是前电后袋， 理论上结合了电除尘器和袋式除尘器各自的优点，利用一级电场荷电捕 集大颗粒粉尘进而大幅度降低烟气进入到滤袋仓室内的粉尘浓度，有效 避免了大颗粒粉尘在惯性力作用下对滤袋的冲刷，有利于滤袋使用寿命 的延长。由于粉尘在电场作用下带有同种电荷，滤袋外表面附着的粉尘 层相对松散，过滤的透气性非常好，同时清灰更为容易，因而可以有效 降低设备运行阻力，节省设备的运行费用。3燃煤电厂锅炉袋式除尘器分类袋式除尘器的种类很多，从目前我国燃煤电厂已投入商业化运行的 袋式除尘器來看，按照清灰方式主要分为低压脉冲固定行喷吹袋式除尘 器、低压脉冲旋转喷吹袋

6、式除尘器、分室定位反吹袋式除尘器，其中前 两种应图1袋式除尘器过滤原理示意用较为普遍。3. 1低压脉冲固定行喷吹袋式除尘器低压脉冲固定行喷吹袋式除尘器的脉冲喷吹装置采用固定管喷式结 构(喷吹结构见图2), 一只脉冲阀对应一根喷吹管，而一根喷吹管上 有1416个喷嘴，喷嘴孔径大小不一，呈规则排布，并与滤袋逐一对 应，脉冲阀开启时间为0.1秒，补气时间为10秒。电磁脉冲阀采用进 口产品，喷吹压力为0. 2m0. 3mpa (可调)，气量为0.20. 25m3/次。袋式除尘器的过滤过程分两个阶段：(1)含尘气体通过清洁的滤料, 此时起过滤作用的主要是滤料纤维的阻留；(2)当被阻留的粉尘不断增加，一部

7、分粉尘嵌入到滤料的内部，另一部分覆盖在滤料表面形成粉 尘层，此时主要靠粉尘层过滤含尘气体。随着除尘器过滤工作的延续， 除尘器滤袋表面的粉尘将越积越厚，直接导致除尘器阻力的上升，因此, 需要对滤袋表面的粉尘进行定期的清除，即清灰。袋式除尘器的清灰系统及清灰制度的设置合理与否将直接影响到除 尘器运行的稳定性、安全性及滤袋的使用寿命。从袋式除尘器的除尘机 理来看，除了滤料本身的过滤作用外，袋式除尘器外粘附的粉尘层也冇 过滤作用，即所谓的“粉尘过滤粉尘” o因此，对袋式除尘器的清灰来 说，清灰不能太彻底，因为这样会失去粉尘层的过滤作用，更多的超细 粉半会直接进入滤料内部而引起过滤阻力不断上升，清灰力过

8、大还会影 响滤袋寿命等；清灰太不彻底也不行，因为这样会使滤袋的过滤阻力过 高，而影响整个机组的正常运行。另外，袋式除尘器的清灰还必须尽可 能地保证整个滤袋及各个区域清灰低压脉冲固定行喷吹袋式除尘器喷吹清灰的原理是：依靠脉冲阀膜 片快速开启，在瞬间释放压缩空气，13. 2低压脉冲旋转喷吹袋式除尘器低压脉冲旋转喷吹袋式除尘器结构见图3o每个滤袋束设置个清灰 装置，其中包括一个脉冲压缩空气储气罐、电磁隔膜阀和旋转支管。脉 冲清灰压缩空气由罗茨风机提供。罗茨风机将压缩空气通过输气管道输 送到位于除尘器顶盖上部的压缩空气储气罐中，当清灰指令下达后，压 缩空气从储气罐经过隔膜阀和旋转风管将压缩空气喷入滤袋

9、实现脉冲 清灰。旋转风管在花板上部分为36个支管，在旋转风管的底部有一 个密封轴承支座。在每一圈布袋上都对应若干个数量不等的喷嘴，旋转 风管通过法兰与支管连接，并穿过净气室顶部，通过齿轮传动装置由马 达驱动，转速约为1转/分。13.4各种清灰方式对比（1）低压脉冲固定行喷吹袋式除尘器清灰方式每个喷嘴与滤袋一一 对应，清灰比较彻底，且喷吹系统没有运转部件，因而运行稳定对靠。脉冲阀数量较多（规格通常为3”），每只脉冲阀对应的滤袋面积一 般小于60n）2,因而个别脉冲阀出现故障时，对除尘器总体的运行性能影 响不大。采用圆形滤袋并呈矩形布置，各滤袋表面承受的含尘气体压力相同, 有利于保证滤袋寿命。采用

10、的单仓过滤面积一般为6001500m2,仓室数量可灵活调整，对 场地的适应性很好，更容易实现离线清灰和不停机检修。（2）低压脉冲旋转喷吹袋式除尘器清灰方式旋转支管底部的喷嘴对 应滤袋束进行喷吹，边吹边旋转，喷吹气量较大，压力较小，喷吹下来 的压缩空气并不能完全直接射入到滤袋内部，部分空气吹到花板或滤袋 边缘，清灰并不彻底。脉冲阀数量较少（规格通常为8”12”），每只脉冲阀对应的滤袋 面积一般小于15002500m2,因而个别脉冲阀出现故障，对除尘器总体 运行性能影响较大。因采用旋转喷吹方式，滤袋通常为扁圆形，呈同心圆布置。滤袋排 布紧密但仓室四角闲置，因而其外围滤袋和屮心区滤袋表面承受的含尘

11、气体压力有所不同。单仓过滤面积较大，如果单仓离线检修，会使除尘器过滤风速形成 较大幅度的增加，为了保证滤袋的使用寿命和避免除尘器阻力过分增 大，单仓检修时一般需要锅炉减负荷运行。（3）分室定位反吹袋式除尘器清灰方式采用锅炉引风机出口的净化烟气作为清灰气源，与除尘器内的烟气 等温、等氧含量，可避免温并和氧量增加对滤袋产生的影响，但应防止 粉尘排放超标现象，否则会出现“倒灌灰”现象。冋转定位反吹装置对应滤袋朿进行吹打，吹扫气量很大，压力很小, 吹扫下来的净化烟气并不能完全直接射入到滤袋内部，部分会吹到花板 或滤袋边缘，清灰并不彻底。回转定位反吹装置因有转动机构，因而存在一定的故障隐患。1 进口烟箱

12、；2滤袋;3花板；4隔膜阀驱动电机；5灰斗；6入 孔门；7通风管；&袋笼；9清灰臂；10.支架；11平台楼梯图3低压脉冲旋转喷吹袋式除尘器三维效果3. 3分室定位反吹袋式除尘器分室定位反吹袋式除尘器结构见图4。采用锅炉引风机出口的净化烟 气作为清灰气源，通过反吹风机、回转定位反吹装置反吹到滤袋内部， 风量为总风量的1%左右，风压为3000pao4滤袋材质的选择图4分室定位反吹袋式除尘器三维结构袋式除尘器的过滤系统主要由滤袋和笼骨组成，对r整台锅炉袋式 除尘器而言，滤袋是其核心部件。滤料质量直接影响除尘器的除尘效率, 滤袋寿命又直接影响除尘器的运行费用。因而滤料的材质通常需要根据 除尘器

13、的运行环境和介质情况选用。燃煤电厂除尘器通常釆用的滤料有 pps、p84、ptfe等，最常用的是pps,标重550g/m,通常采用烧毛、热 定型处理，如果含湿量$10%或含氧量310%一且温度160°c时，需另进 行ptfe浸渍处理，以提高其抗水解和抗氧化性能。也可以用pps+p84 针刺毡复合毡，通常p84含量为10%15%,主要是为了进一步提高过滤 精度，其它性能不发生改变，滤袋的成本也稍高一些。常见滤料材料的 性能比较见下表。常见滤料材料性能比较表纤维种类中文名聚苯硫瞇聚酰亚胺工作温度极限瞬温耐水解耐酸性能性能英文名产品名(°c) (°c) ppsp84ry

14、t0np84tef-l0n160220260190260280优中优优良优耐碱性能优屮优耐磨性能优良中抗张强度中良优2pps不会水解，但会因氧化而降解，以致变色发脆，严重时毡体的纤 网会破碎而脱离基布。温度一旦超过100°c, pps能够承受的氧含量就 要随着温度的上升而减小。pps能承受的氧含量与温度的关系见图5。200短暂温度峰值温度(°c) 1601208005101502 (%体积)2025图5 pps能承受的氧含量与温度的关系除氧外，另一个危害pps的因素是烟主要缺陷抗氧化性差易水解价格较高气中的702。因为燃烧时，空气中的氮和燃料中的氮化物在高温下会 氧化成n0

15、x,其屮既有n0,也有n02,主要为n0,大约占总nox的95%。 通常n0通过下式反应转化为n02：n0+03-n02+02n0对pps是无害的，有害的是侵蚀聚四氟乙烯ptfe在燃煤电厂所采用的袋式除尘器屮，pps滤料由于性价比较高，通常 作为首选，但其抗氧化性能较差，因此最好在温度在160°c以下、含氧 量在9%以下运行,运行寿命可超过3万小时。同时对n02、s02、s03 也应进行控制，特别是n02的氧化作用往往易被忽视，这些参室及应用 中得到了验证。数与温度有关，都是损坏滤袋的重要原因，已经在试验性氧化剂n02。温度越高，烟气中允许的n02含量越低；n02含量越高，使用温度就

16、 必须越低。pps能承受的n02浓度与温度的关系见图6o3025201510505电晕放电产生臭氧对滤料的影响电除尘是利用强电场使气体电离，即产生电晕放电，使粉尘荷电， 将荷电粉尘驱入到收尘极收尘。臭氧发生器的工作机理就是通过电晕放 电使氧气电离，因而电除尘电晕放电必定会产生臭氧，特别是火花放电 时更为严重。设计时会用最佳火花放电频率和最佳电压控制，但每分钟 火花放电3070次，会产生较多的臭氧。臭氧很不稳定，在高温及一 定的湿度下易与烟气中其它成分迅速反应，特别是与no、s02反应生成n02、s03, n02、s03是侵蚀性氧化剂,对pps滤袋有很强的腐蚀性。03 因与其它成分反应迅速，很难

17、单独测到03的存在，可通过测量电除尘 入口的n0和出口的n02来折算03的含量。n02(mg/nm)3120140160 温度(°c)180200图6 pps能承受的n021含量与温度的关系pps在工业实际应用中，由于在烟气中同时有ox、nox、sox、水等 物质存在，综合对pps作用时，pps强度下降的情况可能更为严重。特 别是s02在03作用下会生成s03,在水分较人时，对pps的影响会更大。从目前投运的电袋复合除尘器来看，由于臭氧的存在，会与no、s02 的反应生成n02、s03而对滤袋造成氧化及腐蚀损伤。硫酸、s03都是磺 化剂，可以取代苯环中碳原子上的氢直接磺化产生破坏，会

18、加速滤袋的 破损。因此这些新的特征要特别注意，应深入研究。6燃煤电厂锅炉袋式除尘器的气流分布袋式除尘器与电除尘器一样对除尘器内的气流分布均匀度有较高的 要求，但气流分布不均匀对两种除尘器的影响是不同的。对电除尘器而 言，直接的影响是除尘效率下降。对袋式除尘器来说，对除尘效率的影 响并不明显，但会造成整台除尘器滤袋的滤尘负荷不均匀，在气流比较 集中区域的滤袋由于滤尘负荷比较人，过滤风速较高，容易造成破袋， 而一旦出现了滤袋的破损，该区域的气流流动阻力会更低，气流也就会 更集中，从而也就会造成更大区域滤袋的破损。因此，袋式除尘器在运 行过程中一旦发现破袋，应及时更换或将破损滤袋的袋口封堵住。对袋式除尘器來说，烟气在除尘器内的流动路径及流场要复杂得多, 无论采取何种进风方式，袋式除尘器内的烟气流动都是一条曲折的不断 变速的路径。因此，要实现除尘器内的气流均布相对要更复杂、困难， 不仅需要考虑除尘器入口处烟气流通截面上的均流措施（与电除尘器一 样设多孔