电袋复合除尘器技术进展及应用研究

时间：2022-05-23 23:15:58

关键字：气流分布技术滤袋滤料

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[导读]摘要:介绍了电袋复合除尘技术的发展过程,主要对电袋复合除尘器结构、气流分布、清灰以及滤袋等方面的技术进步进行了叙述,并通过工程案例验证了电袋既可在电力行业达到超净排放的要求,未来在非电行业也会被广泛应用。

1电袋复合除尘器产生与发展

1.1产生

随着国家对污染控制要求的不断提高,特别是对粉尘排放浓度的控制越来越严格,对于环保产品的技术要求也越来越高。现有的电除尘器技术满足不了低排放的要求,主要是因为除尘效率受粉尘性质（化学成分和颗粒级配)和烟气参数（烟气量、烟气温度、烟气化学组成)影响大,虽然电除尘器也在不断创新、变革,涌现出了许多的新技术,如移动电极电除尘技术、低低温电除尘器、湿电除尘器,但实际应用也不是很理想,存在移动电极故障率高,低低温容易爆管,湿电投资大、容易腐蚀、维护不方便等问题。现有的布袋除尘器虽然排放可不受烟气工况的影响,较易获得高除尘效率,但其缺点是阻力大,相应电耗大,滤袋寿命短,维护费用高,在电力行业应用多以失败告终,特别是在大机组上几乎不采用。

龙净率先开始对电袋进行开发研究,2003年初,中国第一台工业应用电一袋结合的除尘器在上海浦东水泥厂电除尘改造中获得成功,开创了我国电袋复合除尘技术的先河。

1.2发展的三个阶段

1.2.1第一阶段:常规电袋复合除尘器

第一阶段的电袋复合除尘器,有机结合了静电除尘和布袋除尘的特点,是通过前级电场的预收尘、荷电作用和后级滤袋区过滤除尘的一种高效除尘器,它充分利用前级电区的电场收尘效率高的特点,大大降低了进入滤袋区的含尘浓度,降低了滤袋过滤负荷,避免了粗颗粒对滤袋造成的磨损,并利用前区电除尘区的荷电粉尘过滤机理提升了设备的综合性能,两者相结合,得到了新的性能优点。该结构整体可靠性高、排放稳定,粉尘排放浓度从100mg/Nm3到50mg/Nm3再到30mg/Nm3,具有更大的经济效益和社会效益。在这一阶段,电袋复合除尘器被广泛应用于低排放改造项目。

1.2.2第二阶段:超净电袋复合除尘器

随着国家节能降耗政策的深入落实,根据国家发改委、环保部、国家能源局三部委下达的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014一2020年)》,环保部《关于编制"十三五"燃煤电厂超低排放改造方案的通知》,环保部、发改委和国家能源局在2015年12月印发的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》等文件,要求燃煤电厂实施烟尘超低排放。为了适应烟尘5～10mg/m3的超低排放控制标准,电袋技术发展进入第二阶段,即超净排放阶段。该技术是在常规电袋复合除尘技术的基础上进一步进行技术创新、升级发展而来的,它具有出口烟尘浓度不受煤质、飞灰成分变化影响,出口烟尘浓度低且稳定等优点,其滤袋使用寿命长,运行阻力低,运行维护费

用低,能够保证长期高效稳定运行[1]。

1.2.3第三阶段:高温电袋复合除尘器

燃煤电厂实施超低排放改造效果显著,占半壁江山的非电行业烟气治理市场也被逐步纳入超低排放改造。非电行业中的制酸、制铝、铁合金、玻璃等行业烟气多为高温烟气,由此,为适应非电行业高温烟气超低排放治理,电袋除尘器技术进入第三阶段,即高温阶段,它具有适应高温烟气的特点。

2电袋复合除尘器技术进步

电袋复合除尘器为一体式结构,由前级的电除尘区和后级的布袋除尘区组成。在电袋的三个发展阶段中,其结构、技术得到了不断的创新。

2.1总体结构改进、优化

如图1所示,电除尘区与布袋除尘区布置在同一个壳体内,烟气先通过前级电除尘区,大部分烟尘通过电除尘方式被收集下来,未被捕集的已荷电粉尘,再均匀进入后级布袋除尘区。布袋除尘区花板上部的净气室分为若干个小室,每个小室设置了出口风门,与顶部出口烟箱相通,出口风门采用气动提升阀控制,可关闭任意一个分室,在无过滤的状态下进行离线清灰。减少检修门的开孔数,降低除尘器的漏风率,保证了电袋复合除尘器综合性能的最佳组合。该结构为中心进气、上部出气的多分室结构,是常规电袋复合除尘器最为典型的结构。该结构的特点:设备维护方便,安全、可靠性好:占地面积小,漏风率低,对于小机组,因没有设独立的进风阀门,不能实现高负荷时的在线检修,检修时需降低负荷。对于大机组,在进入电区的每个通道前沿设置挡风门（即设置了多通道结构),通过操作能隔离任一通道,方便进行检修。

图1分室结构

随着国家对于企业节能减排政策要求的不断提高,对电袋复合除尘器的要求更上一层楼,结构技术需进行优化改进,适应新的发展需求。首先结构上取消了多分室结构,即净气室不分小室,出口的提升阀门结构取消,取消气动提升阀,烟气进入净气室后直接通入出口烟箱,如图2所示。没有提升阀,减少了气缸、提升气路、控制等:取消多分室,设备简单、维护方便。超低排放控制禁止烟气走旁路,因此提升阀门结构的取消,对应地也同时取消了旁路阀结构。为适应启炉阶段燃油烟气、爆管后超湿烟气、超高温烟气没有了旁路阀对滤袋的保护,在结构和滤袋的处理上进行改进,如增设预涂灰装置、提高滤袋防油防水处理等级、采用高温滤袋等方式。优化后该结构为中心进气、上部出气的直通室结构。

图+直通室结构

2.2电区改进

为了实现电袋出口烟尘超净排放,技术人员对袋区入口浓度、气布比、电区选型等进行了研究[2]。实验表明,当袋区入口浓度小于5g/m3,且采用优良品质的滤料,气布比约1m/min时,则可达到出口排放浓度小于10mg/m3的要求。因此,对第二阶段超净电袋的改进,最重要的技术措施之一就是降低进入袋区的入口烟气浓度,即通过改善电区的极配型式,采用高放电性能、高场强的电区极配型式,提高颗粒荷电量,增强颗粒凝并效应,以提高电场区的除尘效率。另外,对电区采用小分区供电技术,以提高平均工作电压,颗粒荷电量也相应得到提高,这对细颗粒荷电与电凝并发挥了重要的作用。同时,小分区供电提高了电区可靠性,即使其中一个电区发生故障,另外一个电场区仍然可以工作。

2.3气流分布技术的改进

电袋内部结构气流分布技术经历了3个阶段的研究,通过多次创新使电袋达到了最佳的综合性能。

第一阶段:电袋研发初期阶段。以研究电袋两区之间的气流衔接分布为主导思想,寻求确保电场区均衡分布的气流分布装置,即在电袋两区之间设置气流均布装置（对应滤袋位置布置一定开孔率的孔板）。在工程实践中发现,该气流分布装置极大地影响了烟尘荷电作用,多数粉尘经过装置时失去了电荷,滤袋区阻力分布差异较大。为此,在原有气流分布板设计基础上开始寻求更新的气流分布技术。

第二阶段:研发确保荷电的气流分布技术。以滤袋多维进风方式为主导思想,确保烟气从滤袋侧部、底部构成多维的进风方式。经过大量中、大型机组电袋工程实践与测试,该技术很好地解决了粉尘荷电释放问题,并取得了优良的分布效果。第三阶段:超净阶段。通过某项目1000Mw机组电袋的

1:14实物模型试验,建立计算机CFD模型,取得最佳的大型化气流分布结果。除袋区采用多维进风技术外,还确保了最佳的进风比例,并采用调整滤袋排布、阻流板等技术措施,使各滤袋区气流分布的相对均方根差小于0.15,更利于降低粉尘排

放、阻力以及延长滤袋寿命。

2.4脉冲喷吹清灰技术的改进

喷吹管是清灰装置的关键部件,其结构设计的合理性直接影响到清灰效果和滤袋的使用寿命。初期阶段,喷吹管与气包的连接管对接是法兰加垫片的连接形式及U型螺栓固定结构,该结构不稳定,清灰时由于高速气体喷吹容易造成喷吹管移位,偏离滤袋中心,导致滤袋各部分受力不均匀。中期对该结构进行改进,采用柔性连接器连接,中部采用圆弧弯板与喷吹管紧密配合连接固定,同时在喷吹管上增加缓冲机构,以有效防止喷吹时产生的后坐力,另外,端部固定也进行了改进。改进后能解决喷吹管移位问题,防止喷吹时产生后坐力,实现清灰时正对滤袋中心口喷入,保证清灰效果,保护滤袋,同时也大大减轻了安装工作量。

3滤袋发展变化

3.1第一代非金属滤料

应用于电袋复合除尘器的滤料也在不断研发更新中。滤袋按使用温度主要可分为两代,其中第一代滤料主要是应用于电力行业温度不高的场合,第二代滤料主要是应用于非电行业超高温场合。而第一代滤料又存在阶段性的变化,主要有三个阶段。

3.1.1第一阶段:PPs普通滤料

PPs（聚苯硫醚）滤料是燃煤锅炉烟气除尘普遍应用的滤料,该滤料可使用于温度≤160℃（02<8%）的场合,具有良好的性价比,所以为人们普遍选用。但在实践应用中发现,煤种的变化会使除尘器烟气工况条件出现波动,有时会超出PPs的使用条件,于是又将基布层的PPs材料改为PTFE,PTFE基布提供了坚实的"钢筋铁骨",其尺寸稳定性更佳,柔性寿命延长,提高了滤料的瞬间耐高温能力,可在165℃长期运行,瞬间温度高达200℃,同时在滤袋全寿命使用过程中更耐机械损伤。

3.1.2第二阶段:混纺滤料

PPs滤料具有优良的抗酸、抗碱、抗水解性,但PPs滤料也存在抗氧化差的特点,对于长期处于180℃以上甚至200℃、高含硫量的工况,以PPs为主材的滤袋已无法满足使用要求。而P84滤袋的抗酸、碱性一般,抗水解性差,100%P84也无法适用于燃煤锅炉工况。PTFE具有的抗酸碱、抗高温、抗氧化等综合能力最好,完全可满足高温烟气工况要求,但PTFE材料价格昂贵,且过滤性能较差,一般需对其进行覆膜使用,这样滤袋的成本又急剧上升,极大地增加了设备的投资。因此,又开发出了满足特殊工况又性价比高的混纺滤料,对纤维层滤料进行混合,如PPs＋P84、PPs＋PTFE、P84＋PTFE等,混合比例根据不同材质滤料的特点、结合烟气工况条件选定。

3.1.3第三阶段:超细纤维梯度滤料

由于燃煤电厂低排放的要求,因此应用于电袋除尘器的滤料需提高过滤精度,由此进入了第三阶段的改进:在滤料的迎尘面增加一定比例的超细PPs纤维,使纤维空隙呈喇叭梯形结构,以提高过滤精度。增加了超细PPs纤维透气性较之前会小一些,虽然初期压差会略高,但因孔径小,孔隙率高,粉尘不易切入,运行一段时间后反而较常规PPs具有较低的压差、更长的清灰周期及更高的排放精度。

3.2第二代金属纤维滤料

在非电行业高温烟气超低排放治理的背景下诞生了第二代金属纤维滤料,主要材质有316L、310s、FeCrA1,可耐温至200～1000C。采用这种滤料的除尘器应用于高温烟气工况不必担心发生"烧袋"现象,另外还具有耐腐蚀性能、透气性能优异,能耗低等优点,并且废旧滤袋资源化利用简单,将促进滤袋向无污染的方向发展。

4电袋复合除尘器工程应用实例

4.1机组情况

东莞德永佳纺织制衣有限公司一期为4台75t锅炉,原配套除尘器为三电场静电除尘设备,经过多年运行,设备老化严重,除尘器出口粉尘浓度高而且波动大(120～16030mg/Nm3）,严重影响镁法脱硫塔脱硫浆液的质量及脱硫效率。为响应国家节能减排号召,满足日益严格的排放要求,将静电除尘器改造为电袋复合除尘器。

煤质参数如表1所示。

4.2选型及结构设置

针对电除尘器排放不达标的情况,根据本工程提供的煤质等资料,将其改造为一台电袋复合除尘器,电区采用小分区供电技术,即在同一个电场内分为前后两个小分区,两台独立电源控制,其中一个分区停运时另一个分区可照常运行。阴极线采用高放电性能的大三角芒刺线,使前级电场针端放电性能有效提高,增加板电流密度,提高电场强度,强化电区颗粒荷电效果,提高电区效率,减轻后级袋区的负担,有效提高了电袋除尘器的整体效率。

改造后电袋复合除尘器主要技术参数如表2所示。