水刺濾料在垃圾焚燒煙氣處理中的應(yīng)用

郭 沖

（上海科格思過(guò)濾材料有限公司，上海 201108）

水刺濾料在垃圾焚燒煙氣處理中的應(yīng)用

郭 沖

（上海科格思過(guò)濾材料有限公司，上海 201108）

介紹了某垃圾焚燒發(fā)電廠的概況及煙氣特點(diǎn)，總結(jié)了目前高性能水刺濾料的特點(diǎn)和性能，詳細(xì)闡述了水刺濾料在垃圾焚燒發(fā)電廠的成功應(yīng)用情況。

垃圾焚燒;煙氣凈化;高溫濾料;水刺濾料

1 應(yīng)用實(shí)例簡(jiǎn)介

1.1 焚燒垃圾概況

某市是由商貿(mào)市場(chǎng)和眾多鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展起來(lái)的工貿(mào)型城市，其產(chǎn)生的垃圾主要為生活垃圾與工業(yè)垃圾的混合垃圾。隨著該市紡織、制鞋、食品、化工、塑料制品等工業(yè)的高速發(fā)展，城市垃圾的構(gòu)成發(fā)生了質(zhì)和量的變化，其中廚余垃圾、廢舊塑料、廢舊橡膠、廢布、廢紙等有機(jī)物增加，垃圾的可燃成分增多。

垃圾中的可燃成分越多，越容易燃燒。經(jīng)對(duì)該市垃圾的采樣分析得知，垃圾低位熱值為5300～8700kJ/kg，垃圾的含水率為37%～53%，垃圾比重350kg/m3。該市的垃圾組成分析見(jiàn)表1[1]。

表1 某市的垃圾組成及低位熱值

1.2 焚燒發(fā)電廠概況

為治理該市的城市生活垃圾的污染，改善環(huán)境質(zhì)量，新建垃圾焚燒發(fā)電綜合處理廠，以焚燒生活垃圾為主，并利用垃圾焚燒熱發(fā)電。該工程于2004年3月動(dòng)工興建，2005年6月建設(shè)完工，并于2005年7月正常運(yùn)行并網(wǎng)發(fā)電，產(chǎn)生了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。

該垃圾焚燒發(fā)電綜合處理廠分二期建設(shè)，一期建設(shè)規(guī)模為日處理垃圾750t，投資人民幣2.2億元，可基本上處理該市城區(qū)的生活垃圾，化解了垃圾圍城的困擾；二期規(guī)劃建設(shè)為日處理垃圾1000t，預(yù)計(jì)投資人民幣4.3億元，該市所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活垃圾和工業(yè)垃圾也將得以焚燒。以BOT方式運(yùn)營(yíng)，工廠總占地面積120畝。

一期工程垃圾焚燒發(fā)電采用四爐三機(jī)方案，先安裝好三爐二機(jī)運(yùn)行并網(wǎng)發(fā)電，再安裝另外一爐一機(jī)。焚燒爐采用引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)垃圾焚燒爐排技術(shù)，在充分吸取國(guó)內(nèi)外同類垃圾焚燒爐排成熟、先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的二段式機(jī)械爐排爐，爐型為250t/d·SLC250-3.82/400。該爐排采取逆推爐排和順推爐排相結(jié)合的方式，非常適合我國(guó)高水分、低熱值、不分撿的生活垃圾。汽輪發(fā)電機(jī)組為純凝汽式，型號(hào)為N7.5-3.43，單臺(tái)裝機(jī)容量為7500kW。

垃圾坑容量15,000m3，可容納垃圾7000t，可儲(chǔ)存7天的生活垃圾。垃圾坑采用密封設(shè)計(jì)，為封閉的負(fù)壓空間，焚燒爐鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口安裝于垃圾坑內(nèi)，坑內(nèi)垃圾散發(fā)的臭氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)送進(jìn)焚燒爐內(nèi)和垃圾一起燃燒，從而有效地消除了異味。

目前二期工程正在積極籌備中。

2 煙氣凈化工藝流程

2.1 煙氣凈化工藝流程

煙氣凈化系統(tǒng)采用“循環(huán)懸浮式半干法煙氣凈化裝置+袋式除塵器”。從垃圾焚燒鍋爐出來(lái)的煙氣，通過(guò)在循環(huán)流化床反應(yīng)塔的底部對(duì)沖進(jìn)入反應(yīng)塔；霧化水由反應(yīng)塔喉部的雙流體霧化噴嘴噴入反應(yīng)塔，并以很高的傳質(zhì)速率在反應(yīng)塔中與煙氣混合，煙氣中的小液滴和氫氧化鈣顆粒以很高的傳質(zhì)速率與煙氣中的酸性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而脫除掉二氧化硫、氯化氫等酸性氣體；煙氣從反應(yīng)塔的頂部排出，經(jīng)袋式除塵器除去灰塵，同時(shí)在袋式除塵器入口的煙道處加入一定量的活性炭粉，均勻彌散在煙氣中，對(duì)重金屬和二英有良好的吸附作用，使排出的煙氣達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后的干凈煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)通過(guò)煙囪排放。煙氣凈化工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

袋式除塵器收集下來(lái)的粉塵，采用氣力輸送方式輸送到儲(chǔ)倉(cāng)，儲(chǔ)倉(cāng)有效容積為300m3，可存放5～6天的灰量。

2.2 煙氣參數(shù)（見(jiàn)表2）

表2 煙氣參數(shù)

從表2可以看出，該垃圾焚燒發(fā)電廠的煙氣具有下列特點(diǎn)[2]：

（1）煙氣含濕量大。

（2）煙氣溫度高且波動(dòng)大?？諝忸A(yù)熱器后的排煙溫度為140℃～240℃。

（3）煙氣富含酸性氣體。不但含有O2、SOx、CO、NOx等，還有HCl、HF等酸性氣體，水蒸氣、烴類（THC）、酸性氣體含量高，會(huì)提高煙氣酸露點(diǎn)溫度，所以在濾料的選擇中必須加以研究和考慮。

（5）煙氣中的粉塵粒徑小、黏度高。

（6）煙氣具有氧化性。

從以上特點(diǎn)可以看出，生活垃圾焚燒煙氣凈化和除塵既具有相當(dāng)大的難度又十分重要。這些特點(diǎn)要求袋式除塵器的核心部件濾袋必須具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、耐水解、耐酸（堿）的腐蝕、抗氧化性、耐溫性能好等特點(diǎn)。

3 濾料的選擇

目前國(guó)內(nèi)外用于過(guò)濾材料的高溫纖維主要有Nomex、PPS、P84、玻璃纖維和PTFE。

由于垃圾焚燒煙氣中含水蒸氣量大、具有氧化性并且酸腐蝕性高，所以Nomex、PPS、P84不適用，玻璃纖維如果不進(jìn)行處理不能用于垃圾焚燒煙氣的凈化。如果用純PTFE纖維濾料，價(jià)格很高，為覆膜濾料的2～3倍。目前用在垃圾焚燒煙氣處理上的濾料大多是玻璃纖維覆膜（PTFE膜）濾料，但是由于PTFE膜濾料很薄，很容易在制造、運(yùn)輸和安裝過(guò)程中受到損害，降低濾料的使用壽命。

為了使濾料滿足此工況條件，同時(shí)延長(zhǎng)使用壽命，降低操作和維護(hù)成本，濾料必須滿足以下要求[3]：1）耐高溫，耐溫上限需達(dá)到230℃；2）耐水解和耐氧化，適應(yīng)高濕和高氧含量的煙氣條件；3）耐腐蝕能力強(qiáng)；4）除塵效果好；5）使用壽命長(zhǎng)；6）含有大量的氧氣，PPS濾料不適合用在垃圾焚燒發(fā)電廠，PPS濾料使用壽命最長(zhǎng)的為10個(gè)月，最短的不到6個(gè)月，影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，而且每次更換也需花費(fèi)很高的費(fèi)用，所以決定采用剛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的水刺濾料。2006年7月、12月該廠采用此種濾袋先后更換了#1爐、#2爐的濾袋，運(yùn)行一年，效果良好，隨后該廠于2007年4月又更換了#3爐的濾袋。

4 水刺濾料

4.1 水刺濾料的結(jié)構(gòu)

水刺濾料的結(jié)構(gòu)為兩層 （見(jiàn)圖2），表面一層為是功能層，起過(guò)濾作用，它的材質(zhì)為PTFE（聚四氟乙烯）纖維；另外一層為支撐層，主要起支撐功能層的作用。這層的基材可以根據(jù)工礦條件來(lái)選擇，如PTFE、Glass、PPS、P84等。需要特別指出的是，功能層（PTFE）的厚度約為濾料覆膜厚度的10倍。

圖2 水刺濾料的結(jié)構(gòu)

4.2 水刺濾料的特點(diǎn)

（1）水刺濾料纖維構(gòu)造獨(dú)特

水刺濾料纖維布是以國(guó)內(nèi)某企業(yè)自制的PTFE樹(shù)脂為原料，具有極高的耐熱性、耐化學(xué)性、抗水解等性能。PTFE樹(shù)脂的熔融黏度極高，很難制成超細(xì)的纖維。該公司作為氟樹(shù)脂制造的專業(yè)廠商，利用特殊工藝成功開(kāi)發(fā)出了平均為10μm的獨(dú)特超細(xì)支化纖維（見(jiàn)圖3），從而實(shí)現(xiàn)了亞微米顆粒的高捕集性能，并減少了壓力損失。

圖3 獨(dú)特的PTFE纖維

（2）具有極高的強(qiáng)度保持率

因?yàn)檫^(guò)濾方式采用表層過(guò)濾，捕集的粒子幾乎不會(huì)堆積在強(qiáng)度保持層。因此，由粉體引起的強(qiáng)度劣化（磨損）極小，可在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的強(qiáng)度。在載荷1.5kg、噴吹10萬(wàn)次的條件下測(cè)試，強(qiáng)度下降率為15%。

（3）耐化學(xué)性

過(guò)濾層使用的PTFE纖維，除對(duì)氟氣體（元素氟）、三氟化氯、熔融的堿金屬之外的所有化學(xué)藥品均表現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)，也不會(huì)被所有的酸、堿、氧化劑、有機(jī)溶劑腐蝕。而且，在有機(jī)纖維中的耐熱性能最佳，瞬間最高使用溫度達(dá)260℃（水刺濾料為覆合材料，制成過(guò)濾袋后的耐藥品性和耐熱性取決于強(qiáng)度保持層的特性），同時(shí)也具有很高的抗水解性能。

（4）壓損小且穩(wěn)定[4]

由于PTFE具有不黏性而且采用表層過(guò)濾方式，水刺濾料壓損變化小且穩(wěn)定，脈沖（清灰）次數(shù)減少，從而降低了對(duì)過(guò)濾袋的損傷程度、延長(zhǎng)了濾料的使用壽命，減少了維護(hù)作業(yè)。

（5）耐物理作用強(qiáng)

過(guò)濾層厚度約為100μm，對(duì)于脈沖（清灰）、運(yùn)輸、安裝過(guò)程中等物理作用承受能力很強(qiáng)。

（6）具有反應(yīng)支撐層的功能

水刺濾料的表層過(guò)濾方式幾近完善，粒子幾乎完全不會(huì)進(jìn)入到內(nèi)部，而是在由毛粘構(gòu)造的表層形成粒子附著層。對(duì)于垃圾焚燒爐煙氣治理需要中和及吸收有害有毒氣體時(shí)，對(duì)于在吸收塔中沒(méi)有被吸收的有毒有害氣體，可以和附著在水刺濾料上的粒子附著層繼續(xù)反應(yīng)，使有毒有害的氣體排放濃度完全符合國(guó)家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

（7）除塵效率高

對(duì)于0.5μm的亞微米級(jí)顆粒來(lái)說(shuō)，除塵效率可以達(dá)到99.99%，幾乎實(shí)現(xiàn)零排放。

（8）性價(jià)比高

由于改進(jìn)了傳統(tǒng)的過(guò)濾方式，采用獨(dú)特的覆合工藝以及PTFE的特性，延長(zhǎng)了濾料的使用壽命，大大增長(zhǎng)了換袋周期，從而降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和降低維護(hù)成本；壓力損失和壓力變化穩(wěn)定，節(jié)約引風(fēng)機(jī)和通風(fēng)機(jī)的能耗，降低運(yùn)行成本；由于易清灰，從而使噴吹壓力降低和清灰次數(shù)減少，可以減少壓縮空氣的能耗；由于粉塵保持能力強(qiáng)，減少了中和劑和吸附劑的用量，節(jié)約了運(yùn)行成本；綜合考慮濾料的使用壽命及更換濾袋的勞動(dòng)成本、工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)行費(fèi)用低和維護(hù)成本等指標(biāo)，水刺濾料是一種性價(jià)比很高的濾料。

5 運(yùn)行情況

5.1 污染物排放濃度監(jiān)測(cè)

江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心等單位2007年11月對(duì)該項(xiàng)目的3臺(tái)除塵器進(jìn)行了環(huán)保監(jiān)測(cè)，其煙氣排放完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，且達(dá)到了歐盟和日本的排放標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表3）。

表3 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測(cè)值

5.2 運(yùn)行兩年后對(duì)濾料的測(cè)試

2007年12月對(duì)該項(xiàng)目的濾料進(jìn)行例行測(cè)試，從中抽出兩條送到東北大學(xué)濾料監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

6 結(jié)語(yǔ)

該垃圾焚燒發(fā)電廠采用新型水刺濾料2年多連續(xù)運(yùn)行，說(shuō)明此種濾料具有良好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能，雖然一次性投資成本比其它濾料高，但綜合來(lái)看，新型濾料具有很高的性價(jià)比。新型濾料憑借其高超的捕集性能、耐久性能以及優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性，在眾多的工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮出高水準(zhǔn)性能，隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新型濾料逐漸會(huì)被社會(huì)認(rèn)可。

表4 運(yùn)行兩年后的濾料檢測(cè)結(jié)果

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Application of Filter Materials of Spunlaced Felt in Flue Gas Treatment of Garbage Incineration

GUO Chong

X701

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1006-5377（2012）05-0038-04