胡明

(中石化集團(tuán)資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理有限公司揚(yáng)子石化分公司熱電廠，江蘇南京 210048)

淺析電袋除塵器濾袋的設(shè)計(jì)選型

胡明

(中石化集團(tuán)資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理有限公司揚(yáng)子石化分公司熱電廠，江蘇南京 210048)

揚(yáng)子石化熱電廠1～9號(hào)爐電除塵器全部改造為電袋除塵器后，出口粉塵濃度均滿足排放要求。但運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)5、6、9號(hào)爐電袋除塵器濾袋破損較多，影響了電袋除塵器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。分析了這3臺(tái)爐濾袋破損的原因，提出在電除塵器改造電袋除塵器的工程實(shí)踐中濾袋選型是個(gè)關(guān)鍵。濾袋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以濾料的連續(xù)長(zhǎng)期使用溫度來(lái)選型，同時(shí)應(yīng)重視設(shè)計(jì)煤種和較核煤種的選取，袋區(qū)的過(guò)濾風(fēng)速以1.0～1.2m/s為宜。

電袋除塵器;濾袋選型;排煙溫度;過(guò)濾風(fēng)速

0 引言

揚(yáng)子石化熱電廠1～9號(hào)爐電除塵器改造工程自2009-03-13開始，至2010-12-28日結(jié)束，9臺(tái)電除塵器全部都改造為電袋除塵器。在連續(xù)2年多的生產(chǎn)運(yùn)行中，電袋除塵器的排放濃度均在50mg/m3以下，說(shuō)明電袋除塵器除塵效率具有高效性和穩(wěn)定性［1］。但是與布袋除塵器相比，電袋除塵器濾袋的使用壽命并未延長(zhǎng)。一般情況下，相同運(yùn)行條件時(shí)電袋的使用壽命比純布袋除塵器的壽命可延長(zhǎng)2～3年［2］，但結(jié)果并未如此。2011年3月，6號(hào)爐在投運(yùn)21個(gè)月后更換了濾袋;2011年6月，5爐也在投運(yùn)26個(gè)月后全部更換濾袋;而2011年5月，9號(hào)爐在運(yùn)行不到半年后就發(fā)現(xiàn)糊袋失效。電袋除塵器濾袋的運(yùn)行壽命要達(dá)到30000h是很困難的［3］。

1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

揚(yáng)子石化熱電廠5、6、9號(hào)爐電袋除塵器袋區(qū)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 電袋除塵器袋區(qū)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

作者認(rèn)為在主要設(shè)計(jì)參數(shù)里煙氣露點(diǎn)溫度、入口煙氣溫度、濾料正常使用溫度、允許連續(xù)使用溫度、允許最高使用溫度、濾料材質(zhì)及袋區(qū)的過(guò)濾風(fēng)速等多個(gè)因素都把握得不好，可能是造成5、6、9號(hào)爐電袋除塵器濾袋過(guò)早失效的原因。

2 排煙溫度

在電袋除塵器濾袋設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮鍋爐排煙溫度。工況的排煙溫度必須高于計(jì)算的煙氣露點(diǎn)溫度30℃以上才能避免糊袋現(xiàn)象的發(fā)生。

2.1 煙氣露點(diǎn)溫度

生產(chǎn)中煙氣露點(diǎn)溫度是變化的。煙氣一旦在濾袋上結(jié)露，首先會(huì)造成濾袋上粉塵層的糊袋和板結(jié)，濾袋運(yùn)行阻力迅速上升，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其次，燃煤鍋爐煙氣中的SO3會(huì)與水發(fā)生不可逆反應(yīng)而生成硫酸。硫酸不斷在濾袋或粉塵上結(jié)聚形成氣溶膠，氣溶膠濃縮對(duì)PPS濾袋和設(shè)備金屬部件產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化腐蝕，因此必須防止糊袋或結(jié)露黏結(jié)。在煤實(shí)際燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生煙氣的酸露點(diǎn)溫度不是固定不變的，其高低與煙氣中的水蒸汽含量多或稱水蒸汽分壓、燃煤硫分等因素有關(guān)。SO3與煙氣中的水蒸汽生成硫酸蒸汽，可使露點(diǎn)大為提高。當(dāng)煙氣中的水蒸汽含量為10%，SO3濃度為28mg/m3時(shí)，煙氣的露點(diǎn)溫度達(dá)到135℃。所以，在配備相應(yīng)的電袋除塵器時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的SO2轉(zhuǎn)化率來(lái)計(jì)算SO3含量，得出煙氣的酸露點(diǎn)溫度。

2.2 入口煙氣溫度

電袋除塵器的入口煙氣溫度接近或低于計(jì)算的露點(diǎn)溫度時(shí)容易糊袋。由于排煙溫度是按照低溫空預(yù)器冷端溫度來(lái)選取的，在低溫空預(yù)器到電袋除塵器入口這一段，受漏風(fēng)因素影響會(huì)使實(shí)際的排煙溫度降低，一旦電袋除塵器入口煙氣溫度低于露點(diǎn)計(jì)算值102.4℃時(shí)，糊袋就會(huì)不可避免。以排煙溫度低的9號(hào)爐為例，在2011年1－4月份我們發(fā)現(xiàn)B室進(jìn)口煙氣溫度為91～93℃，電袋投運(yùn)后壓差一直較高，噴吹間隔4s，不到半年壓差就達(dá)1400Pa。在2011年5月8日至16日小修期間，鍋爐內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，低預(yù)上部漏風(fēng)62根，堵塞22根，低預(yù)下部漏風(fēng)1019根，堵塞339根，失效占11.6%，都進(jìn)行了封堵處理;還發(fā)現(xiàn)在預(yù)熱器出口水平煙道上的人孔門沒(méi)有封嚴(yán)，在煙道負(fù)壓的作用下，大量冷空氣漏入煙道，導(dǎo)致煙氣過(guò)量空氣系數(shù)增大。

2.3 設(shè)計(jì)要求

由于實(shí)際排煙溫度存在比設(shè)計(jì)值低的現(xiàn)象，而實(shí)際煙氣露點(diǎn)可能比計(jì)算值高。因此，在給設(shè)計(jì)排煙溫度為110～130℃左右的鍋爐配備電袋時(shí)，要慎重選型。在設(shè)計(jì)時(shí)必須要求排煙溫度高于煙氣酸露點(diǎn)溫度30℃以上，當(dāng)排煙溫度達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)采取切實(shí)可行的方法提高排煙溫度。如在電袋除塵器的入口前端煙道加裝拌熱盤管，也可取掉部分低溫空預(yù)器受熱面，強(qiáng)制增加排煙溫度，或把螺旋槽管式的低溫空預(yù)器改為光管式的或者堵掉部分低溫空預(yù)器管;也可采取提高低溫空預(yù)器人口冷空氣溫度以提高冷端受熱面壁溫，如安裝暖風(fēng)機(jī)等。

3 濾袋選型

3.1 濾料的允許連續(xù)使用溫度

濾料的允許連續(xù)使用溫度是指在無(wú)強(qiáng)氧化劑及沒(méi)有酸堿性氣體條件下可以的使用溫度。瞬間允許溫度是指濾料所處每天不允許超過(guò)10min的最高溫度，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，濾料就會(huì)老化或軟化變形。由于濾料材質(zhì)的耐溫程度是有限的，超溫會(huì)破壞濾料的分子結(jié)構(gòu)，使濾料的性能發(fā)生脆化、表面收縮、變形、透氣性減弱等，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致布袋“燒袋”，損害濾袋的使用壽命。因此，含塵氣體的溫度對(duì)濾料性能是一個(gè)首要因素，應(yīng)以連續(xù)長(zhǎng)期使用溫度來(lái)選用濾袋。在實(shí)際選型中，我們常常試圖用瞬時(shí)溫度來(lái)修正連續(xù)長(zhǎng)期使用溫度，但是瞬時(shí)溫度是在試驗(yàn)室中做出的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)條件與實(shí)際條件有一定的差距［4］，對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)沒(méi)有實(shí)際的意義。

3.2 夏季排煙溫度最大極限值

PPS針刺氈濾料的抗氧化性能較差。一般來(lái)說(shuō)，在燃煤鍋爐的煙氣凈化中，如果期望 PPS材質(zhì)濾袋的使用壽命超過(guò)30000h，則要求煙氣中的O2控制在10%以下，NO2控制在15mg/m3以下，入口煙氣溫度在150℃以下，而5、6號(hào)爐的設(shè)計(jì)排煙溫度138℃，實(shí)際排煙溫度更高，特別是在夏季常常超過(guò)設(shè)計(jì)值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全年5、6號(hào)爐在5－10月份平均有400h高于160℃，最高溫度達(dá)172℃，超出PPS允許連續(xù)使用溫度。由于夏季高負(fù)荷生產(chǎn)的需要，保證鍋爐生產(chǎn)負(fù)荷更為優(yōu)先，一旦超溫，鍋爐的燃燒調(diào)整并不能立即見效。所以在考慮濾袋選型時(shí)要避免濾料受使用的瞬間高溫的影響，這就必須根據(jù)其夏季排煙溫度的最大極限值來(lái)選擇。

3.3 高溫?zé)鼏?wèn)題

由于氣流速度較高及冷卻空間有限，粗顆粒往往沒(méi)有及時(shí)降溫便進(jìn)入除塵系統(tǒng)，高溫粗顆粒在濾料表面被攔截，造成濾料表面的局部熱損傷。因此，5、6號(hào)爐的濾袋選擇時(shí)再增加10℃的保險(xiǎn)，即選擇190℃的濾料的允許連續(xù)使用溫度。

3.4 用料的誤區(qū)

濾料采用日本進(jìn)口PPS+PTFE浸漬濾料，浸漬一般是利用配方對(duì)針刺氈進(jìn)行整體浸漬處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一根纖維表面進(jìn)行鍍膜的作用，等于包覆一層PTFE薄膜，以提高了濾料的抗氧化、耐腐蝕、耐溫能力，延長(zhǎng)濾料的使用壽命，同時(shí)提高濾料的過(guò)濾精度。但是由于浸漬不可能是很均勻的，PPS濾料纖維浸漬一下是不可能完全被PTFE乳液“包裹”的，它雖然可以改善PPS濾料的過(guò)濾效率，但PPS纖維的受氧化面依然存在，由于PTFE本身的不粘塵等特點(diǎn)，也可能使煙氣中的粉塵更方便地隨煙氣壓力“滑入”濾料之間，從而導(dǎo)致濾料運(yùn)行阻力的不可逆增加。另外，由于電廠粉煤灰中SiO2、Al2O3含量高，在清灰過(guò)程中易對(duì)覆膜濾料表面的膜產(chǎn)生磨損，進(jìn)而出現(xiàn)膜脫落現(xiàn)象，覆膜濾料不適用于燃煤鍋爐煙塵的處理。從改善PPS濾料在清灰時(shí)的脫灰性能來(lái)考慮，采取對(duì)PPS濾料表面的防水防油處理措施，對(duì)改善濾料的脫灰性能更有幫助。

4 重視設(shè)計(jì)煤種和校核煤種的選擇

4.1 電袋除塵器對(duì)煤種灰分變化的適應(yīng)性

電袋除塵器能夠適應(yīng)煤種灰分與成分的變化［5］，需要一些前提。在煤質(zhì)灰分高的情況下，設(shè)備或管道易遭受含塵氣流的磨損而造成系統(tǒng)漏風(fēng)，而系統(tǒng)一旦出現(xiàn)漏風(fēng)，不但使煙氣中的O2含量升高，加速PPS濾料的氧化;也會(huì)使煙氣中SO3的成分增加，提高煙氣的酸露點(diǎn)溫度，生成更多的硫酸蒸汽;而低溫預(yù)熱器的漏風(fēng)會(huì)使得煙氣的溫度大大降低。這一升一降，就可能在PPS濾料上生成硫酸氣溶膠，而隨后導(dǎo)致PPS濾袋被腐蝕。

4.2 燃用煤質(zhì)

設(shè)計(jì)煤種是鍋爐投產(chǎn)后最大可能使用的燃煤，而校核煤種是根據(jù)機(jī)組投產(chǎn)后可能使用的燃煤，選擇與設(shè)計(jì)煤種煤質(zhì)相差較大的煤種，即選擇的校核煤種基本上要涵蓋機(jī)組投產(chǎn)實(shí)際用煤的所有煤質(zhì)范圍。電除塵改造為電袋除塵器后，煤種已發(fā)生了很大的變化。20世紀(jì)80年代，1～8號(hào)爐的設(shè)計(jì)煤種為山西劉家梁煙煤，2000年－2003年鍋爐基本燃燒河南平頂山煤，2003年后，使用煤種不斷變化，目前主要煤種為安徽淮南煤，仍占不到總量的一半，其余為電廠從8家中間商采購(gòu)的煤。由于我國(guó)各地域煤質(zhì)差異很大，引起灰分和發(fā)熱值變化大。由于缺少配煤系統(tǒng)，只是兩條斗輪機(jī)傳輸后進(jìn)行的混煤，無(wú)在線煤質(zhì)分析儀，全靠經(jīng)驗(yàn)調(diào)整燃燒參數(shù)，不能做到均勻地燃燒煤質(zhì)。

4.3 設(shè)計(jì)要求

煤種應(yīng)根據(jù)前兩年來(lái)燃煤成分的極限值為設(shè)計(jì)依據(jù)。以燃煤電廠通常選擇PPS為例，煤種成分里的硫、氮、水分等對(duì)濾袋有一定的影響，應(yīng)在煙氣溫度不超過(guò)150℃，O2含量不超過(guò)8%，NO2不超過(guò)15 mg/m3的條件下使用濾袋。雖然PPS耐化學(xué)腐蝕好，但不耐氧化性酸、氧化劑、濃硫酸、濃硝酸、王水等。在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，煙氣中同時(shí)有 O3、NO、NO2、SO2、SO3、Cl、水等物質(zhì)存在，綜合對(duì)PPS作用，強(qiáng)力下降的結(jié)果可能更為嚴(yán)重。特別是SO2在O3作用下生成SO3，在水分較大時(shí)，對(duì)PPS的影響會(huì)更大［6］。但是在設(shè)計(jì)時(shí)不重視校核煤種，往往缺少校核煤種的S、N、O2、H2O含量等具體數(shù)據(jù)，導(dǎo)致電袋除塵器在整體設(shè)計(jì)上存在偏差。

5 過(guò)濾風(fēng)速

5.1 過(guò)濾風(fēng)速的重要性

過(guò)濾風(fēng)速是決定除塵器性能的一個(gè)重要參數(shù)，是反映袋式除塵器處理氣體能力的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其大小直接影響到袋式除塵器的一次性投資、運(yùn)行費(fèi)用、除塵效率等。工程實(shí)踐中一般通過(guò)控制濾袋總面積來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)濾風(fēng)速［7］，基本上是個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。蔡銘等［8］研究過(guò)濾風(fēng)速對(duì)電袋除塵器的影響，指出高、中、低三種過(guò)濾風(fēng)速下布袋阻力上升趨勢(shì)不同:隨著過(guò)濾風(fēng)速的提高，上升曲線的斜率也相應(yīng)增大。這是因?yàn)檫^(guò)濾風(fēng)速增加，阻力也增加，粉塵層受壓縮，孔隙率變小。通過(guò)的氣體流量增大時(shí)，氣流有可能從濾布薄弱的地方突破，即產(chǎn)生所謂“穿孔”現(xiàn)象［9－11］。過(guò)濾風(fēng)速愈高，“穿孔”現(xiàn)象愈嚴(yán)重。當(dāng)提高過(guò)濾風(fēng)速時(shí)，由于過(guò)濾效率的降低，使得清灰后的出口濃度急劇增加。

目前國(guó)內(nèi)電廠普遍使用進(jìn)口PPS纖維濾袋為基準(zhǔn)，純袋式除塵器的過(guò)濾風(fēng)速通常≯1m/min，而電袋除塵器袋區(qū)的過(guò)濾風(fēng)速?gòu)?～1.2m/min。從濾袋的使用壽命來(lái)看，電袋除塵器濾袋的使用壽命期望應(yīng)當(dāng)高于純袋式除塵器［9］。

5.2 電袋除塵器的實(shí)際情況

2009年1月份，5、6號(hào)爐電袋除塵器簽訂技術(shù)文件后，設(shè)計(jì)時(shí)間較緊。由于臨近春節(jié)，2009年4月份就要停爐施工，濾袋數(shù)量是按50MW機(jī)組的常規(guī)規(guī)格設(shè)計(jì)的。由于原電除塵器殼體空間有限，如果按技術(shù)協(xié)議的數(shù)量，濾袋之間的距離太近，達(dá)不到所需的距離，易發(fā)生相互碰撞、摩擦，損壞濾袋。故在確保方案可靠的情況下，只好選擇減少濾袋數(shù)量的辦法，濾袋由1520條變?yōu)?280條，過(guò)濾面積由6819m2降至5174m2，過(guò)濾風(fēng)速由1.1m/min變?yōu)?.45m/min。由于煙氣到達(dá)濾袋的流速太高，煙氣攜帶粉塵直接沖刷濾袋導(dǎo)致濾袋磨損，特別是高含塵濃度工況或除塵器進(jìn)風(fēng)通道出現(xiàn)積灰時(shí)，這一現(xiàn)象會(huì)更加容易發(fā)生，并且采用下進(jìn)風(fēng)方式的除塵器磨損的部位通常發(fā)生在濾袋的底部。2010年12月30日，檢查發(fā)現(xiàn)6號(hào)爐電袋除塵器4個(gè)凈氣室破了10條濾袋，均是下部破，其中靠近后煙道處破了7條;2011年1月9日，檢查破損29條布袋，靠近后煙道的2個(gè)室破了28條。2011年3月，5號(hào)爐電袋除塵器查出濾袋破損200多條，不得不換，這與過(guò)濾速度有很大關(guān)系。

2011年4月2日，將6號(hào)爐電袋除塵器濾袋委托國(guó)家玻璃纖維產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)縱向斷裂強(qiáng)力592N，緯向斷裂強(qiáng)力708N:縱向斷裂伸長(zhǎng)率19.6%，緯向斷裂伸長(zhǎng)率35.4%;單位面積質(zhì)量596g/m2，透氣量111L/dm2·min;織物厚度1.61mm，濾袋選型未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

鍋爐的排煙溫度在120～160℃范圍時(shí)，電袋除塵器選擇袋區(qū)的濾袋時(shí)，很容易選擇性價(jià)比比較高的PPS材料，由于燃煤電廠因采用燃料性質(zhì)的不同，其產(chǎn)生的煙氣特性不同，因此電袋除塵器設(shè)計(jì)選型過(guò)程中并不能簡(jiǎn)單的移植或組合，布袋失效往往是多個(gè)因素選擇不成功共同疊加的結(jié)果，需要有針對(duì)性的選擇濾袋材質(zhì)。電袋除塵器設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意:煙氣溫度在130℃以下，需要排查低溫空預(yù)器和煙道是否存在漏風(fēng)問(wèn)題，防止結(jié)露糊袋;濾袋應(yīng)以連續(xù)長(zhǎng)期使用溫度來(lái)選用，煙氣溫度在夏季比設(shè)計(jì)值高很多，極限值超過(guò)160℃時(shí)，避免選用PPS;過(guò)濾速度就低不就高，應(yīng)≤1.2m/min;濾袋選材應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn);PPS不適用煙氣溫度超過(guò)160℃的工況，PPS+PTFE浸漬并不比PPS在同樣煙氣的氧化條件下更加優(yōu)越。

生產(chǎn)運(yùn)行中應(yīng)注意事項(xiàng):重視配煤工作，降低多煤種成分分布不均對(duì)鍋爐燃燒和布袋的影響;完善煙氣連續(xù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CMCS)的使用:時(shí)刻監(jiān)測(cè)、記錄和控制好煙氣中的O2、NOx、SO2和H2O含量，監(jiān)測(cè)高溫空預(yù)器和低溫空預(yù)器的漏風(fēng)，防止濾料的氧化;加強(qiáng)運(yùn)行中的制粉系統(tǒng)管理，控制煙氣溫度為130～160℃，不超溫，防結(jié)露。遇停爐大小修需做兩件事，一是對(duì)濾袋進(jìn)行檢測(cè)，分析其強(qiáng)度、透氣等情況，對(duì)其影響因素做出排查，以此延續(xù)濾袋的使用壽命;二是認(rèn)真進(jìn)行漏風(fēng)檢查，減少結(jié)露的可能性。改變清灰方式，用定壓清灰控制電袋的進(jìn)出口差壓，減少布袋的疲勞損傷。

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Discussion on bag design and selection of electrostatic bag precipitator

The No.1～9 boiler ESP were reformed to electrostatic bag precipitator in Yangzi Power Plant and the dust emission concentration reached environmental protection requirement.But during the operation many bags were broken in No.5，6，9 boilers，which affected the safe operation of electrostatic bag precipitators.The reasons of bag broken were analyzed.It concludes that the bag selection was key point.Filter bag should be designed according to the filters continuous long－term using temperature，pay more attention to the selection of design coal and check coal，the filter velocity of bag area was between 1.0～1.2m/s.

electrostatic bag precipitator;bag selection;smoke temperature;filter velocity

X701.2

B

1674－8069(2012)01－042－04

揚(yáng)子石化技改技措項(xiàng)目(A0915002;A0915001)

2011-09-21;

2011-12-29

胡明(1964-)，男，浙江溫州人，工程師，長(zhǎng)期從事除灰方面的生產(chǎn)管理工作。E－mail:huming@163.com