谈谈煤粉气化袋式过滤器的制作使用问题与解决措施

谈谈煤粉气化袋式过滤器的制作使用问题与解决措施

1.序言

在煤化工行业，煤粉的制造和输送属于粉体工艺中的重要组成部分，而煤

粉分离在这个工艺段中处于一个重要环节。

在袋式过滤器运行的过程中，含尘烟气通过过滤材料可以净化其中的粉尘

颗粒。过滤材料主要是利用惯性碰撞作用捕捉其中的粗粒粉尘，利用筛分作用

和扩散作用捕捉细粒粉尘，而滤料中的粉尘层也具有一定的过滤效果。在设计

袋式过滤器时，有很多设计要点会影响其除尘效率和除尘效果。

2.粉尘性质

粉尘性质对袋式过滤器的设计有极大的影响，在设计时，应当根据相关经

验采取相应的措施。如果进入袋式过滤器的粉尘具有凝聚性和附着性，就会因

为凝聚而增大颗粒粒径，在抖落滤袋表面粉尘时就会发生凝聚问题。而粉尘的

凝聚性和附着性也会影响从滤料通过的粉尘量及其清灰效能。因此，在设计袋

式过滤器时，要重点考虑粉尘的凝聚性和附着性。

3.气体成分

正常情况下，袋式过滤器主要处理的是炉窑烟气和空气等。因此，可按照

空气处理条件设计袋式过滤器。烟气的质量、热容、黏度和密度等参数会影响

冷却装置的设计、管道阻力计算和风机动力性能等。这时，就要需要分析烟气

的具体成分。在很多情况下，如果烟气中的水分较多，袋式过滤器的风机耗能

和运行阻力就会越大。在具体应用中，可以通过实测判定烟气中的含水量，也

可以通过冷却和燃烧物质的平衡进行计算。除生器壳体的设计和滤料材质、防

腐性的选择主要取决于过滤烟气中是否含有腐蚀性气体。此外，虽然烟气中含

有少量的有毒气体，但是，它不会影响除尘器的性能。在实际处理过程中，需

要设计不漏气的密封结构，并且经常检修和维护，避免有毒气体泄漏。

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4,使用温度

使用温度是袋式过滤器的设计要点。如果设计的使用温度与实际使用温度

不符，就会引发严重的问题。因此，在设计过程中，要科学地选择不同滤料材

质的最高承受温度，避免发生结露的问题一一将气体温度控制在高于结露点

20℃以上。如果气体温度过高，应当将其控制到滤料能够承受的温度。具体来

说，可以采用水冷、强制风冷、自然风管冷却等方式，根据布置尺寸、冷却温

度和设计工艺的不同作出恰当的选择和设计。

5.出入口含尘的质量浓度

袋式过滤器出口含尘的质量浓度必须符合国家规定。在实际设计中，由于

除尘器的粉尘性质、滤料种类、结构形式不同，所以，出口含尘的质量浓度通

常为lmg/m，或50mg/m，如果粉尘中含有镉、铅等有害物质，出口含尘的质

量浓度就要设计得较低。在设计过程中，滤料材质、除尘器结构等都要根据其

工艺特性和使用用途来设计。

在入口处，通常用表态提及含尘质量表示含尘的质量浓度。在设计袋式过

滤器时，要考虑到清灰周期和除尘器的运行阻力。如果入口含尘的质量浓度较

高，那么，在过滤面积不变的情况下，其运行阻力也会提高。为了保证运行阻

力的稳定性，需要缩短清灰周期。质量浓度较高的粉尘的磨损性较强，其与含

尘质量浓度成正比例关系。因此，在除尘器入口时，应当使用硅砂粉、氧化铝

粉、烧结粉尘等导流耐磨处理技术。如果入口含尘的质量浓度较高，则应当合

理设计预除尘器，而且过滤风速也不可过高。但是，如果除尘器中设计了初级

沉降结构，就可以不设计预除尘器。通过排出的粉尘量可以判定除尘器的排灰

能力。一般情况下，排出的粉尘量与出入口含尘的质量浓度差值和处理风量的

乘积相同。因此，在设计多级排灰装置时，每一级的排灰能力都应当高于上一

级。

6.处理风量

袋式过滤器的规格主要是由处理的风量决定的。在实际设计中，耍高度重

视除尘器处理的烟气温度，如果已经确定了烟气处理温度，就可以采用稀释冷

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却法处理气体。在设计处理风量的过程中，还应当考虑增加稀释的空气量。由

于未来的应用中可能面临工艺的变化，因此，风量的设计应当高于正常风量

5%〜10%.当风量增加，袋式过滤器的过滤速度提升时，不会增加除尘器的运行

阻力，不会影响滤袋的使用寿命，能够降低其他故障发生的概率。在此过程

中，应当适当提高风量的保险系数，如果提升过高，就会增加除尘器的成本费

用。基于袋式过滤器不同的滤料特性、滤料种类和除尘器形式等，将会产生不

同的过滤风速。因此，在处理风量确定的情况下，可以根据实际过滤风速设计

过渡面积。

7,煤粉分离工艺描述

原煤经过磨煤机碾磨后，经热风炉加热的惰性化气体在风机的作用下，携

带大量合格煤粉（烟气与循环气混合而成，一般氧含量小于8%（vol）进入煤粉袋式

过滤器，分离后的煤粉依次通过旋转给料机、袋滤器排料螺旋输送机和排料螺

旋输送机排出，送至煤粉贮仓贮存。尾气部分排放，部分循环，保证展0含量

<30vol%o

煤粉仓装料袋滤器位于煤粉贮仓之上。煤粉贮仓的排出气（N2或CO?）以及煤

粉锁斗、煤粉给料仓的卸压气设2）等均通入煤粉仓装料袋滤器，分离后的煤粉

通过煤粉螺旋输送机排出，送至煤粉贮仓贮存。尾气排放。

8.物料及气体性能分析

煤粉袋式过滤收集器处理的物料具有磨琢性、粘着性、腐蚀性、降解性、

可流态化、吸湿性、含粉尘分散在空气中具有爆炸性等。因此，该工况对煤粉

过滤收集器的设计和制造具有非常高的技术要求。

9.基本结构

由壳体（包括箱体、灰斗、蒸汽保温伴热设施）、布袋（含袋笼）、氮气清灰设

施（含相关阀门）以及配套控制设备等组成。

10.工作原理

高浓度含尘气体由楔形风道进入布袋室，因流速大大减低（约3m/s）,约

70%以上的煤粉直接掉入灰斗，其余30%煤粉经导流板碰撞约有60%以上的煤

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粉再次调入灰斗，进入袋室和中箱体的煤粉(不足总量的12%)经滤袋过滤区，

气体穿过滤袋时，粉尘被阻留在PTFE滤膜外表面，净化后的气体经滤袋口进入

清洁室，由出风口排出。

含尘气体过滤达到一定时间，由于滤袋阻留粉尘的增多，气体过滤阻力将

增大，当滤袋内外压差达到设定值时收粉器将对滤袋进行清灰，可选择按时间

顺序、差压及混合方式清灰。清灰开始时由大流量脉冲阀(3英寸阀)在瞬间喷射

出压缩氮气，射出的压缩氮气诱导大量清洁气体急速涌入布袋，使本来吸瘪的

布袋鼓涨同时引起布袋剧烈振动，使吸附于布袋外的煤粉剥落调入布袋室灰

斗。

分离器一般可采用在线喷吹清灰方式，减少清灰时对系统的压力冲击。由

PLC自控系统按照设定的控制程序，逐室、逐行执行自动脉冲喷吹，清落的粉

尘集于灰斗进入下部粉尘输送流程。该低压脉冲袋式收粉器在运行过程中自动

重复控制程序。

11.主动安全性措施

袋式煤粉过滤收集设备的主动安全性措施主要有以下几点：

(1)设备采用防静电滤袋；

(2)设备采用耐压、防粉尘堆积设计；

(3)仪电选型根据可燃性粉尘环境用电气设备标准等。

12.被动安全性措施

袋式煤粉过滤收集设备的被动安全性措施主要有以下几点：

(1)设备设计泄爆门；

(2)设备设计电灭火接口；

(3)设备漏风率小于2%,控制。2含量；

(4)设备考虑防雨、防雷措施等。

13.设备的可靠性指标及设计

鉴于袋式煤粉过滤收集器设备在煤化工项目上的重要性，因此对于它的使

用寿命(设备整体寿命要求达到20年，滤袋2年以上，脉冲阀开关一百万次或6

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年以上等）和故障频率有比较严格的要求，不能因为煤粉过滤收集器的运行故障

影响整个系统的运行。

14.滤袋的材质选择

根据煤粉烟气的温度和腐蚀性不同，过滤器的滤袋基布采用PPS或AC针刺

毡材质，耐温要求达到130-150C。

15.滤袋的表面处理工艺

针对煤粉袋式过滤收集器处理的工艺要求和粉尘特性：本系统为煤磨收粉

系统，处理的是高浓度煤粉，煤粉细且具有一定的粘性，针对这样的粉尘特

性，目前一般对滤袋的表面处理采用两种：化学涂层和聚四氟乙烯复膜。

滤料是否进行表面处理的性能对照表

编处理方式

-7IHJPTFE复膜技术表面涂层未经处理

号性能比较

1过滤效率>99.999%>99.95%>99%

2过滤方式表面过滤深层过滤深层过滤

3防水防油性优良差

4稳定性优（三年）差（六个月）

5清灰动能需求低中高

6清灰难易程度低中中

7本工况可达到的排放浓度<1Omg/Nm3<30mg/Nm3<50mg/Nn?

8谑袋寿命增加可延长30%无无

滤料表面经两种不同工艺：化学涂层和聚四氟乙烯复膜处理后，滤料表面

的电镜照片对比如下:

图1（左）化学涂层薄膜放大1000倍（右）聚四氟乙烯膜放大1000倍

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可以看出来，经过复膜处理后的滤料表面孔密比经过化学涂层处理后的滤

料表面孔径要细得多：聚四氟乙烯膜的孔径可以达到0.广lum,而化学涂层处

理后的孔径一般只能达到10nm以上。

叉微孔特性极大地阻隔了微尘的通过,使其具有极好的过滤效果。相比普通滤料

效率提高了1个数量级，近乎实现“0”排放。对颗粒直径大于5微米的粉料，

达到100%过滤，小如0.1微米的粉料仍可达到99.2%的高效（有测试报告和证

书）。

II.微孔薄膜覆合滤料与普通滤料的压力损失性能曲线比较：

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通过以上分析，滤料采用PTFE微孔薄膜复合防静电滤料。首先，PTFE微

孔薄膜具有良好的清灰性能，保证滤袋的阻力的稳定性，比常规滤袋对微米级

颗粒的粉尘捕捉更为有效；另外，PTFE微孔薄膜滤料由于降低了布袋的正常运

行阻力，因此滤袋的使用寿命也比不进行复膜处理的使用寿命要长；滤料的防

静电功能可以保证煤粉过滤设备的安全运行。以下照片为同一台过滤设备内未

复膜滤料和复膜滤料的粉尘附着情况对比照片（有低于烟气露点的温度出现），从

照片可以看出：复膜滤料上附着的粉尘没有粉块出现。

覆膜滤袋和未覆膜滤袋的对比照片：

图3未复膜滤袋复膜滤袋

16.滤袋的缝制工艺

目前，滤袋的缝制主要采用双线型缝线，排放要求比较高的也有些采用三

线缝制。但是采用缝线形式制作的滤袋，由于缝线时形成的针孔会比粉尘的粒

径大得多，因此过滤器运行时部分粉尘会从针孔逃逸，造成排放难以达到W

30mg/Nm\而在煤气化工程中，由于工艺要求十分严格，过滤器的出口浓度

甚至要求达到W10mg/Nm3采用热熔技术缝制滤袋，这样大大减少了粉尘的

排放，使过滤器的出口浓度能够达到WlOmg/Nm，标准要求。以下为两种工艺

的性能参数对比：

编号技术性能热熔技术线缝合技术

1过滤效率>99.999%>99.95%

2强度优良

3本工况可达到的排放浓度<10mg/Nm3<30mg/Nm3

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17.滤袋框架对滤袋的影响

滤袋的使用寿命除了和滤料的质量有关，还与滤袋龙骨有关。由于滤袋在

使用过程中，会反复出现过滤和清灰两种不同的状态：过滤时，滤袋处于“塌

陷”状态；清灰时，滤袋处于“膨胀”状态，在两个状态反复交替的过程中，

滤袋与龙骨会反夏摩擦造成滤袋的磨损，严重时还会导致滤袋破裂。

18.PPS-氧化反应

PPS纤维(Ryton)要求含氧量小于10%(Vol)、NOx小于SOOmg/Nn?左右，总

之含氧量越高，所使用的温度就要越低，因为每增加10℃,化学反应成双倍的

增加，烟气温度最高不得超过170℃。PPS-氧化反应曲线图如下：

051015202530

、先化工设备圈

19.袋笼(滤袋框架)要求和生产工艺

标准要求袋笼的直线度误差小于3毫米，对刚度和环隙无要求。袋笼材质

采用20#优质钢冷拔钢丝制作，表面防腐处理，使袋笼不仅有良好的钢度，同

时不会因锈蚀现象影响排放效果和滤袋寿命。

袋笼采用微机控制的多点焊接生产线制作。焊接过程分为：加压、预热、

焊接、缓冷、成型、泄压等工艺，自动按序完成。保证框架焊接质量、整体钢

度、表面质量提高使用寿命。这样布袋的寿命有较好的保证。并对滤袋与框架

的环隙作出科学的界定，以增加滤袋使用寿命，减少压缩气体的消耗。

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20.花板与密封

一般除尘器对净化效率的要求为50~100mg/Nm3,工艺要求尾气循环再用，

故对尾气排放的要求更高(lOmg/NnV以下)，确保泄漏率低于0.002%。

21.脉冲喷吹清灰系统

脉冲喷吹清灰系统主要包括：气源供应系统、储气包、脉冲阀、喷吹管、

喷嘴和诱导器等。过滤器清灰依靠脉冲阀通过电磁阀在瞬间释放压缩氮气喷吹

来完成，脉冲阀的寿命直接影响过滤器的可靠性。

脉冲喷吹清灰系统各部分具体要求如下：

(1)气源供应系统必须保证喷吹气源的质量无尘、无油、无水，供气压力保

证达到0.30MPa以上；

(2)储气包必须保证足够的容量，以保证脉冲阀喷吹量，气包容量要求达到

300-450升；

(3)脉冲阀由于在过滤器上使用数量多，必须保证其可靠的质量和使用寿

命，要求其流量系数大，因此在选择时一般选用进口产品：美国ASCO,它的使

用寿命能达到100万次以上或6年；

(4)喷吹管、喷嘴和诱导器的作用主要是保证喷吹的气体能很好的作用于布

袋，因此它们的制作精度都要求十分高。

22.设备保温及伴热

由于过滤器在运行时有可能存在气流死角，并旦在设备检修或临时停运

后，设备内部温度下降等情况会造成设备结露，并造成滤袋粉尘板结、箱体壁

板腐蚀等不良后果，影响过滤器的正常运行和滤袋的使用寿命。过滤设备容易

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发生结露的部位主要是灰斗、箱体上部以及设备顶部，因此在设计时必须充分

考虑其保温设计。

考虑对设备本体进行全部保温，顶部采用双层保温密闭检修门。并对灰斗

及设备顶部设置伴热装置

(1)保温外材：采用彩钢压型板；

(2)保温材料：采用岩棉保温层，厚度100mm左右；

(3)灰斗及设备顶部伴热装置：采用蒸汽盘管。

23.合理的气布比和导流系统

关于气流速度和分布会涉及到两个概念：气布比和可用速度。气布比是烟

气经过滤袋的速度，而可用速度是烟气通过滤袋底部空隙的速度。

气布比是确定过滤器大小的主要因素，也是过滤效果及清灰效果好坏的一

个重要原因，一般脉冲过滤器的气布比为1.0~1.5m/min,而在煤气化项目上，

根据多项工程的经验总结，设计的过滤器过滤速度控制在l.Om/min以下，这样

更能提高清灰效果和延长滤袋的使用寿命。可用速度是过滤器内烟气不应超过

的最大速度，否则滤袋就容易损坏，而且烟气容易带走颗粒物，不利于清灰后

粉尘的沉降。最大可用速度一般是70~75m/min,这样更有利于煤粉的沉降。

以上两个速度在过滤器内部各处都保持基本相同，这就要求过滤器必须有

很好的使气流均匀分布的措施.

24.灰斗防结料装置

为防止积料，灰斗上设有空气炮助力落灰装置，确保正常卸料不堵塞，灰

斗设料位报警装置。

空气炮的工作原理为：当灰斗的粉尘出现粘壁搭桥的情况下无法卸下来

时，通过PLC控制程序，使空气炮的脉冲阀工作，压缩氮气的压缩能在瞬间释

放转化为动能，搭桥的粉尘被破拱之后掉下来，而且在一段时间内，粉尘不易

搭桥。

以下附图说明空气炮和仓壁振动器的效果对比图。

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空钱

气化工及备圈

25.过滤器的安全保护措施

(1)过滤器内部压力已设计压力一实施泄爆。

在过滤器过滤段箱体上设置超压爆泄阀，分离器内部压力》设计压力时泄

爆，防止过滤器本体受损。

(2)入口烟气温度高.一报警.

当系统运行温度超过设计温度时(温度值可设定)，报警显示，由中央控制室

作出反应。

(3)过滤器内部温度超高一-充氮气灭火。

为防止发生非常事故，在每个灰斗上设置灭火气源进口一G2”氮气接口二

个。

(4)过滤器阻力高报警--自动执行清灰程序。

(5)灰斗料位高、低报警--启动或停止排灰程序，高料位为故障报警。

(6)灰斗防结料装置。

为防止积料，灰斗上设有空气炮助力落灰装置，确保正常卸料不搭桥或堵

塞。

(7)压缩氮气供气压力低--报警显示。