燃煤電廠電－袋除塵器及其應(yīng)用

李更祥，高明峰

(中國華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100035)

1 國內(nèi)外電－袋除塵器研究與應(yīng)用情況

電－袋除塵器是靜電除塵器和布袋除塵器組合而成的一種新型除塵器，主要有串聯(lián)型和混合型2種結(jié)構(gòu)類型。國內(nèi)應(yīng)用最為普遍的是將靜電除塵器和布袋除塵器分成2個(gè)除塵區(qū)組串起來，前后分體或一體的組合結(jié)構(gòu)類型。研究和應(yīng)用的目的是將二者的除塵機(jī)制結(jié)合起來，吸取兩者優(yōu)點(diǎn)，克服二者缺點(diǎn)。

電－袋除塵技術(shù)起源于美國，美國于20世紀(jì)90年代末，21世紀(jì)初完成組合式結(jié)構(gòu)類型除塵器的中間階段的試驗(yàn)，目前已經(jīng)建立2個(gè)工業(yè)應(yīng)用示范廠;混合型一體化結(jié)構(gòu)除塵器由美國北達(dá)科他大學(xué)能源與環(huán)境研究中心開發(fā)，現(xiàn)處于中間階段的試驗(yàn)，未見工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用，在歐洲也未見有工業(yè)應(yīng)用的報(bào)道。

從2003年開始，清華大學(xué)等國內(nèi)的一些高校開始研究與開發(fā)，主要是研究靜電除塵器與布袋除塵器的混合布置。2005年以后，國內(nèi)除塵器廠家為了迎合市場，在缺乏基礎(chǔ)和試驗(yàn)研究的情況下，將電－袋除塵器推向市場并工業(yè)化。主要采用靜電除塵器與布袋除塵器串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前運(yùn)行的電－袋除塵器有100臺套左右，大都應(yīng)用于300 MW乃至50MW燃煤機(jī)組。目前，靜電除塵器與布袋除塵器混合布置的電－袋除塵器處于中間階段的試驗(yàn)狀態(tài)。

2 電－袋除塵器的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)

2.1 電－袋除塵器的結(jié)構(gòu)

電－袋除塵器的一種結(jié)構(gòu)類型是串聯(lián)式，靜電除塵區(qū)和布袋除塵區(qū)前后分區(qū)布置，采用一體或分體結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，這種結(jié)構(gòu)在國內(nèi)應(yīng)用最多。另一種類型為混合式，電－袋交錯(cuò)混合布置，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，氣、布比高，設(shè)備造價(jià)低，如圖2所示。

2.2 電－袋除塵器的性能特點(diǎn)

電－袋除塵器同樣能夠達(dá)到脈沖布袋除塵器的除塵效率和排放水平，同時(shí)在一定程度上降低靜電除塵器的阻力和延長濾袋等部件的使用壽命。

電－袋除塵器預(yù)想的主要優(yōu)點(diǎn):

(1)它和脈沖布袋除塵器一樣，對微細(xì)粒子，特別是0.01～1.00 μm的氣溶膠粒子有很高的捕集效率。

圖1 串聯(lián)式電－袋除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

(2)靜電除塵區(qū)不僅僅起到預(yù)除塵的作用。由于通過電場后的未被捕集下來的微細(xì)顆粒大部分帶的是同性負(fù)電荷，相互排斥，使濾袋表面沉積的粉塵具有松散的組織，又由于進(jìn)入布袋區(qū)的粉塵濃度的降低，設(shè)備阻力比常規(guī)脈沖布袋除塵器要低一些。

圖2 混合式電－袋除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

(3)與普通脈沖布袋除塵器相比，由于有靜電除塵器區(qū)預(yù)除塵，進(jìn)入布袋除塵器區(qū)的含塵濃度很低，清灰周期可相對延長，脈沖閥的清灰頻率降低，這意味著濾袋和脈沖閥的使用壽命相對延長，更換濾袋的日常維護(hù)費(fèi)用也隨之降低。

在工程應(yīng)用過程中，電－袋除塵器(串聯(lián)式)的缺點(diǎn):

(1)袋區(qū)布袋的使用壽命遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期，一般低于2年，有的甚至只有8個(gè)月;低于布袋除塵器濾袋的平均使用壽命。

(2)設(shè)備的一次投資較脈沖布袋除塵器要高，耗電量大。

(3)由于設(shè)備分為獨(dú)立的靜電除塵區(qū)和布袋除塵區(qū)，相應(yīng)的高、低壓電氣和控制設(shè)備較多，電氣和控制系統(tǒng)復(fù)雜。

(4)受到設(shè)備布置和結(jié)構(gòu)因素的制約，有的很難實(shí)現(xiàn)不停機(jī)檢修。

(5)由于靜電除塵區(qū)電暈產(chǎn)生臭氧，使煙氣中的NO2和SO3的濃度相對提高，易造成后區(qū)濾袋的氧化和酸腐蝕，對濾袋的使用壽命會產(chǎn)生一定的影響。

3 電－袋組合除塵技術(shù)的應(yīng)用效果

電－袋除塵器(串聯(lián)式)在老廠靜電除塵器的提效改造工程中應(yīng)用較多，這些機(jī)組一般都運(yùn)行了10年以上，原靜電除塵器設(shè)計(jì)效率很低。在大型機(jī)組中，電－袋除塵器也是近幾年才開始選用。我國開展電－袋除塵器應(yīng)用研究是必要的，但要經(jīng)得起實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)。因此，電－袋除塵器還處于一個(gè)發(fā)展階段，技術(shù)尚未成熟，在實(shí)際運(yùn)行中，還有許多隱含著很多難以解決的問題。

目前，電－袋除塵器的應(yīng)用可以說有喜有憂。喜的是剛投運(yùn)的靜電除塵器改造項(xiàng)目與原先使用靜電除塵器的項(xiàng)目相比，耗電量明顯降低，后面脫硫系統(tǒng)的煙氣換熱器(GGH)不再堵塞，石膏的品質(zhì)明顯提高，排放指標(biāo)達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)要求;憂的是部分項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間很短(有的幾個(gè)月)，長的只有半年或1年，濾袋就開始大面積破損，經(jīng)常更換濾袋，不僅影響機(jī)組的正常運(yùn)行，而且成本較高。

某電廠2×200 MW機(jī)組靜電除塵器改為布袋除塵器，濾料采用聚苯硫醚PPS(polyphenylene sulfide)+聚四氟乙烯PTFE(polytetraflouroethylene)覆膜，于2007年11月開始投入運(yùn)行。投運(yùn)不到5個(gè)月，發(fā)現(xiàn)濾袋大面積破損，濾袋的顏色變黑，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，用手可以捅破，后來全部更換濾袋。但也有部分項(xiàng)目運(yùn)行比較正常，達(dá)到了預(yù)期的效果。目前應(yīng)用電－袋除塵器的有50 MW機(jī)組，也有300 MW機(jī)組，都出現(xiàn)了2種截然不同的應(yīng)用效果，這是值得探討的問題。

4 應(yīng)用效果的分析

出現(xiàn)的濾袋破損的情況，經(jīng)過現(xiàn)場的實(shí)地考察和試驗(yàn)結(jié)果，濾料PPS受到了煙氣的氧化攻擊和酸腐蝕。在一般情況下，產(chǎn)生氧化主要是因以下2種情況:

(1)煙氣中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(高于10%)，煙氣溫度高于160℃。

(2)煙氣中的NO2的質(zhì)量濃度較高(高于15 mg/m3)。產(chǎn)生酸腐蝕主要是由于煙氣中SO3的含量較高，且煙氣溫度低于酸露點(diǎn)。

PPS濾料的缺點(diǎn)是耐氧化性較差。試驗(yàn)結(jié)果表明，煙氣溫度高于160℃，煙氣中氧含量在超過10%的條件下，煙氣溫度每升高10℃，PPS氧化的速度就提高1倍。

煙氣中的NO2和SO3的含量高是由于電－袋除塵器的前部高壓電場電暈放電產(chǎn)生的臭氧氧化所致。燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣中95%的氮氧化物為NO，只有少部分為NO2，煙氣中硫的氧化物絕大部分為SO2，O3為強(qiáng)氧化劑，其與NO和SO2產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)如下:

濾料纖維變脆、顏色變深，從受損的濾袋的電鏡照片上可以看到PPS纖維有很多裂紋，說明濾料易氧化。NO2的氧化性很強(qiáng)，它的氧化性要強(qiáng)于SO3。

4.1 高壓電場產(chǎn)生的O3對PPS濾料的影響

靜電除塵器的高壓直流電源產(chǎn)生的強(qiáng)電場會使氣體電離產(chǎn)生電暈放電，電暈放電會產(chǎn)生O3，特別是火花放電時(shí)更為嚴(yán)重。O3很不穩(wěn)定，在高溫和一定濕度下易與煙氣中其他成分迅速反應(yīng)，特別與NO反應(yīng)生成NO2，NO2是侵蝕性氧化劑，對PPS濾袋有很強(qiáng)的腐蝕性。PPS濾袋不會水解，但會氧化而降解，以致變色發(fā)脆，嚴(yán)重時(shí)氈體的纖維網(wǎng)會破碎而脫離基布。溫度一旦超過100℃，PPS濾袋能夠承受的氧含量就要隨著溫度的上升而減小，如圖3所示。

圖3 PPS濾袋能承受的O2體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系

溫度越高，煙氣中允許的NO2含量就越低;NO2含量越高，溫度就越低。圖4為PPS濾袋能承受的NO2濃度與溫度的關(guān)系。因?yàn)镻PS濾袋容易氧化，所以，濾袋生產(chǎn)廠家提出，要確保PPS濾袋的使用壽命不低于30000 h，就應(yīng)當(dāng)在煙氣溫度不超過150℃、氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過8%、NO2的質(zhì)量濃度不超過15 mg/m3的條件下使用。

雖然PPS濾袋耐化學(xué)腐蝕性好，但該材料不耐氧化性酸、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，H2O等物質(zhì)存在，綜合對PPS濾袋作用，濾袋強(qiáng)度的下降可能更為嚴(yán)重。特別是SO2在O3作用下生成SO3，在水分較大時(shí)，對PPS濾袋的影響則會更大。

PPS濾袋能夠承受的NO2質(zhì)量濃度隨著溫度的上升而減小，如圖4所示。

圖4 PPS能承受的NO2質(zhì)量濃度與溫度的關(guān)系

4.2 電－袋除塵器電區(qū)和袋區(qū)氣流分布及影響

靜電除塵器和袋式除塵器不是簡單的結(jié)合，氣流均布影響靜電除塵效率，也會影響濾袋的使用壽命。大型靜電除塵器大都是臥式、板式，其煙氣流動(dòng)為平進(jìn)平出方式，而袋式除塵器最佳是下進(jìn)風(fēng)方式。為了滿足兩者之間的要求，在二者之間加上1層氣流均布板，靜電除塵器部分煙氣由均布板孔流向下游的袋式除塵器區(qū)域，部分由均布板從下方，以下進(jìn)風(fēng)方式進(jìn)入下單元，這種方式對于兩者都達(dá)不到最佳。另外，帶電荷的粉塵流過接地的均布板，經(jīng)過碰撞會失去電荷，部分黏附在分布板上，使分布板上的孔堵塞，同時(shí)，也失去均勻擴(kuò)散并附到濾袋表面形成松散粉塵層的特性。不設(shè)氣流均布板，由于電區(qū)煙氣平進(jìn)，袋區(qū)為上部出風(fēng)，可導(dǎo)致電場氣流的偏流，同時(shí)煙氣直沖布袋而沒有下進(jìn)風(fēng)的作用，可能還會損傷前排濾袋。所以，目前電區(qū)和袋區(qū)的氣流分布較難滿足兩區(qū)的最佳除塵需要。電－袋除塵器氣流分布問題還有待深入分析和研究。

4.3 電－袋除塵器正常使用分析

首先要看電－袋除塵器的使用條件和場合。如果電－袋除塵器應(yīng)用于半干法循環(huán)流化床脫硫工藝脫硫和高塵布置的SCR的脫硝裝置之后，其NOx和SO2進(jìn)入除塵器之前大部分已經(jīng)被脫除，即使會產(chǎn)生O3，但生成的NO2和SO3的濃度很低，加之有高濃度鈣質(zhì)粉塵的保護(hù)，所以，基本不會對濾料的使用壽命產(chǎn)生影響。

O3的產(chǎn)生與電場的運(yùn)行電壓及煙氣中的氧含量、煙氣溫度和濕度有關(guān)。有的項(xiàng)目煙氣條件比較特殊或者電場運(yùn)行的電壓低，沒有達(dá)到火花放電的電壓等級，產(chǎn)生的O3濃度極低，煙氣中NO2和SO3的濃度沒有達(dá)到影響濾料的使用壽命的程度。個(gè)別工程項(xiàng)目設(shè)備投運(yùn)的時(shí)間較短，問題沒有明顯暴露出來。

5 結(jié)論

(1)在靜電除塵器改造的項(xiàng)目上，如果靜電除塵器各系統(tǒng)和部件完好且可以正常使用，可考慮采用電－袋除塵器;濾料盡可能采用抗氧化能力強(qiáng)的濾料;保留1個(gè)電場即可，在使用過程中降低電場的運(yùn)行電壓，不刻意追求高的靜電除塵器的除塵效率，以減少電區(qū)產(chǎn)生的O3。

(2)對于靜電除塵器改造的項(xiàng)目，如果靜電除塵器不能正常運(yùn)行需要大修，建議靜電除塵器不保留，改成全布袋除塵器，如原靜電除塵器的平面和空間允許，可增加濾袋的過濾面積和預(yù)留濾袋室前部的沉降室或慣性除塵室，以降低布袋除塵器的阻力和清灰頻率。

(3)對于新建的除塵項(xiàng)目，尤其在除塵器的前面系統(tǒng)不設(shè)半干法脫硫、脫硝工藝時(shí)，建議不采用電－袋除塵器。

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