電袋復(fù)合除塵技術(shù)的試驗(yàn)研究

黃 煒，林 宏，修海明，鄭奎照

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000)

電袋復(fù)合除塵技術(shù)的試驗(yàn)研究

黃 煒，林 宏，修海明，鄭奎照

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000)

通過對電袋復(fù)合除塵器性能試驗(yàn)及對噴吹清灰過程的研究，分析了荷電粉塵對濾料過濾性能的影響，探討了高強(qiáng)濾料的研究開發(fā)及電袋復(fù)合除塵器的大型化技術(shù)等問題。

電袋復(fù)合除塵器;濾料過濾性能;噴吹清灰

電袋復(fù)合除塵器應(yīng)用于水泥廠、燃煤電廠鍋爐的除塵系統(tǒng)，具有低排放、運(yùn)行可靠、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。為了更深入地了解荷電粉塵對電袋凈化過程的影響，本文通過對電袋復(fù)合除塵器的性能試驗(yàn)及對噴吹清灰過程的研究，分析了荷電粉塵對濾料過濾性能的影響。

1 荷電粉塵對濾料過濾性能的影響

氣體通過濾料時(shí)的阻力是氣體通過濾料時(shí)速度的函數(shù)，而這個(gè)函數(shù)是隨條件不同而變化的。即研究△P=f（v）。

邊界條件：1）粉塵荷電、粉塵不荷電；2）不同濾料覆膜、不覆膜；3）不同粉塵濃度0～80g/Nm3；4）不同品種的粉塵。

測試條件：1）過濾風(fēng)速：1.3、1.5、1.8、2.0m/min；2）粉塵濃度：1、5、10、20、40、60、80g/Nm3；3）粉塵種類：選用4種粉塵，分別對應(yīng)不同爐型（煤粉爐、CFB鍋爐）與煤種（3種），粉塵為袋區(qū)收集下來的粉塵，具體來源為岱海電廠（內(nèi)蒙煤、煤粉爐）、太原二熱（山西煤、煤粉爐）、新余電廠（江西煤、煤粉爐）、分宜電廠（江西煤、循環(huán)流化床鍋爐）；4）模擬氣溫度：常溫；5）模擬氣成分：空氣，普通除濕處理；6）濾料種類：覆膜和不覆膜PPS；7）荷電情況：荷電和不荷電。

過濾試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1，試驗(yàn)的部分結(jié)果如圖2～圖5，岱海電廠灰（在荷電與否以及不同的粉塵濃度下）過濾風(fēng)速與過濾壓降增長率（Pa/s）關(guān)系見表1。

圖1 過濾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

圖2 過濾壓降增長率隨過濾風(fēng)速的變化（不荷電，岱海電廠灰，PPS濾料）

圖3 過濾壓降增長率隨粉塵濃度的變化（不荷電，岱海電廠灰，PP濾料）

圖4 過濾壓降增長率隨過濾風(fēng)速的變化（荷電，岱海電廠灰，PPS濾料）

圖5 過濾壓降增長率隨粉塵濃度的變化（荷電，岱海電廠灰，PPS濾料）

根據(jù)以上圖表，可得出下列結(jié)論：

（1）在不荷電條件下，過濾壓降增長率隨過濾風(fēng)速的增大而增大，且濃度越大變化越突出。

（2）在荷電條件下，上述變化的斜率變小。

表1 過濾風(fēng)速與過濾壓降增長率（Pa/s）關(guān)系

（3）在荷電條件下，不同電廠（煤種、鍋爐不同）的粉塵，其過濾壓降增長率不同。其中以太原煤為最大，新余、內(nèi)蒙煤最小，且相近。

（4）在荷電條件下，覆膜濾料與常規(guī)PPS濾料相比，過濾壓降增長率大小與煤種有關(guān)。

（5）荷電對粉塵的聚并有促進(jìn)作用，荷電前粉塵平均粒徑為96.143μm，荷電后為108.189μm。

圖6 全尺寸脈沖噴吹試驗(yàn)臺(tái)模型

2 噴吹清灰過程研究

脈沖噴吹清灰是目前濾袋清灰的重要形式，也是電袋復(fù)合除塵器濾袋清灰的主要方式，通過建立“全尺寸脈沖清灰試驗(yàn)臺(tái)”，可了解脈沖噴吹過程的一些規(guī)律。該試驗(yàn)臺(tái)按照實(shí)際的濾袋長度設(shè)計(jì)（如圖6），濾袋長度最長可達(dá)10m，最大行噴吹數(shù)可以在18～35之間任意選擇。

本試驗(yàn)采用壓力傳感器和計(jì)算機(jī)采樣控制技術(shù)，建立了一套脈沖噴吹清灰過程測量系統(tǒng)（如圖7所示），并通過測試濾袋上的壓力和加速度分布，找出能夠達(dá)到清灰效果的濾袋的最大長度和行噴吹濾袋的最大數(shù)，用于指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。

2.1 脈沖閥噴吹量的測定

“脈沖閥噴吹量”是脈沖噴吹清灰過程的重要數(shù)據(jù)。通常，脈沖閥的噴吹量不僅與脈沖閥規(guī)格有關(guān)，還與噴吹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，為此，本測試過程中的一些參數(shù)，都按照現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)。

圖7 試驗(yàn)臺(tái)噴吹系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

首先，通過此試驗(yàn)臺(tái)，可以測試分析不同結(jié)構(gòu)和參數(shù)條件下脈沖閥的噴吹量，比如，不同生產(chǎn)廠家的脈沖閥、不同長度的噴吹管、不同規(guī)格的脈沖閥（3＂、4＂）、不同噴吹壓力（0.25MPa、0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa）、不同的脈沖寬度（100ms、150ms、200ms）等工況下脈沖閥的噴吹量，并通過試驗(yàn)找出以上各參數(shù)之間的最佳匹配關(guān)系。

例如，以A廠3＂脈沖閥為例，在脈沖寬度為150ms時(shí)，測量了不同噴吹壓力下脈沖閥噴吹的壓縮空氣的體積，具體數(shù)值見表2。

表2 A廠3＂脈沖閥測量數(shù)值

2.2 噴吹過程中壓力分布研究

噴吹過程中“噴吹管上的壓力分布”反映了沿噴吹管長度方向各濾袋的噴入氣體的壓力大小。而濾袋上的壓力大小則反映氣體對濾袋的清灰強(qiáng)度。本文僅列舉在某一條件下噴吹管和濾袋上的壓力分布情況。

選定的條件為：A廠3＂脈沖閥，噴吹壓力為0.3MPa，噴吹管長度為4571mm，有18個(gè)噴嘴，噴嘴間距為250mm，長度50mm，直徑26mm，分別對應(yīng)18條濾袋，濾袋材質(zhì)為PPS，直徑為Φ160mm，長度為8m，袋籠有保護(hù)套，保護(hù)套長度約為243mm。

2.2.1 噴吹管上的壓力分布

為了測量噴吹過程中噴吹管上的壓力分布情況，在噴吹管上布置10個(gè)壓力傳感器測點(diǎn)，布置位置如圖8所示。8m濾袋上的測點(diǎn)到袋口距離示意見圖9。在上述工況下，按圖8布置從左至右（沿噴吹氣流方向）10個(gè)測點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖8 噴吹管上壓力傳感器布置位置示意

圖9 8m濾袋上的測點(diǎn)到袋口距離示意（mm）

表3 噴吹管上10個(gè)測點(diǎn)的壓力變化情況

由試驗(yàn)結(jié)果可知：

（1）壓力到達(dá)測點(diǎn)時(shí)間沿噴吹管氣流方向逐漸增大，第1個(gè)噴嘴到第18個(gè)噴嘴距離為4250mm，氣流移動(dòng)時(shí)間約為14ms，經(jīng)計(jì)算可知，噴吹管內(nèi)氣流平均流速為300m/s。

（2）每個(gè)測點(diǎn)壓力峰值到達(dá)時(shí)間沿噴吹管氣流方向逐漸減小。可以認(rèn)為壓縮空氣進(jìn)入噴吹管后高速射流瞬時(shí)到達(dá)噴吹管底部，在底部受壓縮反沖膨脹后，氣體沿噴吹氣流反方向運(yùn)動(dòng)，將動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，膨脹氣體返回到第1個(gè)噴嘴時(shí)間約為14ms。

（3）壓力峰值沿噴吹管氣流方向逐漸增大，18個(gè)噴嘴處的壓力可以認(rèn)為沿噴吹管氣流方向逐漸增大。在噴吹管內(nèi)第18個(gè)噴嘴處壓力峰值比第1個(gè)噴嘴處壓力峰值大32kPa左右，偏差不大，約為10%。

2.2.2 濾袋上的壓力分布

首先，對一條不帶灰的濾袋進(jìn)行試驗(yàn)：噴吹管上18個(gè)噴嘴對應(yīng)18條濾袋，靠近脈沖閥的為1號(hào)濾袋，沿噴吹管氣流方向依次為2到18號(hào)濾袋。

從圖10、11、12可見，脈沖氣流進(jìn)入濾袋后，并不是瞬間到達(dá)濾袋底部，濾袋的袋身也不是同時(shí)向外擴(kuò)張，而是脈沖氣流進(jìn)入濾袋后像一個(gè)“氣泡”從上而下的運(yùn)動(dòng)， 在“氣泡”所到之處，濾袋由于受壓力而臌漲，濾袋的變形會(huì)使濾袋外表面的粉塵層變形、破裂，從而達(dá)到清灰的目的。

圖10 上部點(diǎn)（距袋口439mm）壓力隨時(shí)間變化

圖11 中部點(diǎn)（距袋口3327mm）壓力隨時(shí)間變化

圖12 底部點(diǎn)（距袋口7545mm）壓力隨時(shí)間變化

圖13為濾袋不同位置的壓力值，可以看出，在氣流從上而下運(yùn)動(dòng)過程中，由于部分氣體通過濾袋向外排出，所以，濾袋上的壓力逐步減少。對帶灰的濾袋進(jìn)行試驗(yàn)情況見圖14。從圖14中可看出，由于通過濾袋向外排出的氣體量很少，濾袋從上而下壓力變化不大。

圖13 2號(hào)濾袋與16號(hào)濾袋壓力分布比較

圖14 濾袋壓力分布

3 高強(qiáng)濾料的研究開發(fā)

濾袋是電袋復(fù)合除塵器的重要部件，其性能好壞直接影響到除塵器的煙塵排放濃度和設(shè)備能否穩(wěn)定運(yùn)行，因此選用濾料要考慮下列主要因素： 1）煙氣的溫度；2）煙氣的成分（如O2、NOx、SO2、SO3、H2O含量等）或燃煤組成；3）煙塵的化學(xué)組成、顆粒級(jí)配、濃度；4）鍋爐的型式；5）煙塵的排放要求；6）性價(jià)比和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)能力。

目前，在處理燃煤鍋爐煙氣時(shí)可選用的主要濾料品種見表4。

表4 主要濾料品種及特性

目前，國內(nèi)有關(guān)企業(yè)進(jìn)行了“梯度濾料”的研究，并已在工程上應(yīng)用。所謂“梯度濾料”，即在濾料的迎塵面采用直徑較細(xì)的纖維，而在背迎塵面采用直徑較粗的纖維，這樣，既可提高濾料的過濾精度，又可降低濾料的過濾阻力。此外，近幾年來，為了適應(yīng)不同煤種、不同煙氣條件的要求，已經(jīng)廣泛應(yīng)用復(fù)合濾料，如：P84+PPS 、PPS+PTFE、PTFE基布等。表5為適應(yīng)于不同條件下的復(fù)合濾料。

表5 適用于不同條件下的復(fù)合濾料

4 電袋復(fù)合除塵器性能試驗(yàn)

電袋復(fù)合除塵器性能試驗(yàn)是借助于一臺(tái)“電袋復(fù)合除塵器試驗(yàn)裝置”進(jìn)行的（見圖15）。該裝置包括粉塵喂料裝置、除塵器本體、風(fēng)機(jī)、管道和溫度、壓力、壓差測試儀器等。除塵器內(nèi)前端為電區(qū)，后端為袋區(qū)。

通過該裝置可以進(jìn)行下列內(nèi)容研究：1）含塵氣體在電場區(qū)和袋場區(qū)的各部分流動(dòng)情況的研究；2）電場區(qū)和袋場區(qū)分級(jí)效率的研究；3）濾袋區(qū)不同過濾風(fēng)速與阻力關(guān)系的研究。

圖15 電袋復(fù)合除塵器試驗(yàn)裝置

5 大型電袋復(fù)合除塵器的有關(guān)技術(shù)

隨著電袋技術(shù)在工程應(yīng)用上的推廣，300M～1000MW的機(jī)組都要求采用大型電袋復(fù)合除塵器，為此，技術(shù)上急需解決大型化問題。

5.1 氣流在袋場的合理分布

所謂氣流在袋場的合理分布，即保證通過各袋室的風(fēng)量分布均勻，偏差值小于5%，每個(gè)袋室中每條濾袋風(fēng)速的相對均方根差值小于0.25，且進(jìn)出口壓差最小。

從電區(qū)流出的氣流一般分三部分進(jìn)入袋區(qū)，第一部分先水平流入袋區(qū)底部空間然后向上進(jìn)入袋區(qū)；第二部分氣流通過袋區(qū)室與室、室與墻壁間距離從側(cè)面進(jìn)入袋區(qū)；第三部分氣流是從電區(qū)正面進(jìn)入袋區(qū)。這三部分通風(fēng)面積比大小將影響袋區(qū)的氣流分布。

在灰斗上端設(shè)置擋流板和調(diào)節(jié)提升閥開度，可調(diào)節(jié)袋區(qū)中各室的流量。按1∶14比例的實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)，流量分配試驗(yàn)結(jié)果見表6。此后又采用CFD，按1∶1進(jìn)行計(jì)算，以校對其確性。

表6 流量分配試驗(yàn)結(jié)果

5.2 長濾袋技術(shù)的開發(fā)

大機(jī)組（如600MW、1000MW）的電袋復(fù)合除塵器，其電場區(qū)極板多為13～15m，如果濾袋區(qū)的濾袋過短，則除塵器的容積利用率會(huì)很低，這將會(huì)增大除塵器的設(shè)備費(fèi)用。

采用長濾袋需解決下列問題：

（1）長濾袋的有效清灰；

（2）濾袋袋身有足夠的抗拉強(qiáng)度，確保濾袋表面積灰后濾袋不斷裂；

（3）濾袋在花板上能可靠懸吊；

（4）袋籠分段制作及其可靠連接。經(jīng)過幾年的開發(fā)，目前8m的濾袋已成功應(yīng)用于大機(jī)組電袋復(fù)合除塵器。

6 有害氣體對濾料強(qiáng)度的影響

該課題研究的目的是要弄清電袋復(fù)合式除塵器內(nèi)煙氣成分對PPS濾袋強(qiáng)度的影響規(guī)律。通過試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)和現(xiàn)場測定，證明進(jìn)入袋場的煙氣中的臭氧含量極低（＜0.015×10-3mg/L），不會(huì)對PPS濾料造成損害。

此外，對某燃用高硫煤的電袋除塵器中的破袋進(jìn)行研究，通過元素分析和紅外光譜檢測，可以確定，由于煙氣中SO3含量高，而當(dāng)SO3溶于水蒸氣中便會(huì)生成硫酸，并在PPS濾袋表面上結(jié)露。因?yàn)榱蛩嵫趸詮?qiáng)，長時(shí)間接觸便會(huì)使PPS分子結(jié)構(gòu)中的S原子被氧化，形成S=O雙鍵，進(jìn)而降低了PPS濾袋的機(jī)械強(qiáng)度（見圖16）。因此，在電袋復(fù)合除塵器的工程應(yīng)用中，要特別注意燃煤中含硫量的大小，當(dāng)含硫量高時(shí)，要采用特種濾料。

圖16 不同放大倍數(shù)下新舊濾袋的掃描電鏡圖

7 結(jié)語

電袋技術(shù)是近年來新開發(fā)的一種新技術(shù)，為了推動(dòng)該技術(shù)的進(jìn)步，特別是滿足燃煤電廠環(huán)保的需要，國內(nèi)的相關(guān)企業(yè)近幾年來在電袋除塵技術(shù)方面進(jìn)行了一系列的開發(fā)工作，其中包括：荷電粉塵對濾料過濾性能影響的研究、噴吹清灰過程研究、高強(qiáng)濾料的研究開發(fā)、電袋復(fù)合除塵器性能試驗(yàn)、電袋復(fù)合除塵器的大型化技術(shù)開發(fā)等，取得了許多重要成果，不僅豐富了電袋技術(shù)的理論，而且解決了工程上許多急需解決的問題。目前，國內(nèi)的有關(guān)大型企業(yè)正與美國能源與環(huán)境研究中心（簡稱EERC）合作，開展“低阻力”和“高風(fēng)速”電袋技術(shù)的研究，在廣大科技人員的努力下，電袋復(fù)合除塵技術(shù)將會(huì)有更大的進(jìn)步。

Test Study on Complex Dust Removing Technology of Electric Bag

HUANG Wei, LIN Hong, XIU Hai-ming, ZHENG Kui-zhao
(Fujian Longking Environmental Protection Co., Ltd, Longyan Fujian 364000, China)

Based on the capability test on complex dust catcher of electric bag and the research of dust cleaning course of spraying and blowing, the paper analyzes the impact of load powder on filter capability of filtering materials, probes into the research and development of filtering materials and large-sized technology of electric bag precipitator.

complex dust catcher of electric bag; filter capability of filtering material; dust cleaning course of spraying and blowing

X701.2

A

1006-5377（2011）07-0030-06