電袋復(fù)合除塵器濾料技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

吳江華

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

電袋復(fù)合除塵器濾料技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

吳江華

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

介紹了燃煤鍋爐電袋復(fù)合除塵器濾料技術(shù)的發(fā)展演變過程。2010年之前燃煤鍋爐在應(yīng)用PPS濾袋過程中存在短期內(nèi)大面積破損情況。研究查明，這種異常破袋由化學(xué)破損造成，直接原因是煙氣中SOx、NOx濃度大且運(yùn)行溫度不當(dāng)加劇PPS氧化、腐蝕。通過技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)一種耐腐高強(qiáng)濾料，抗化學(xué)性能強(qiáng)于PPS，能夠大幅延長濾袋使用壽命。2010年之后，耐腐高強(qiáng)濾料得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，推動(dòng)了燃煤鍋爐電袋復(fù)合除塵器濾料技術(shù)進(jìn)步。

電袋復(fù)合除塵器；PPS；耐腐高強(qiáng)濾料；使用壽命

引言

電袋復(fù)合除塵器是指在一個(gè)緊湊的箱體內(nèi)，將靜電除塵和袋式除塵有機(jī)復(fù)合的高效除塵設(shè)備。其工作原理是綜合粉塵荷電、粉塵分級(jí)、荷電粉塵過濾的協(xié)同作用，具有長期穩(wěn)定低排放、運(yùn)行阻力低、濾袋壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于燃煤鍋爐煙塵凈化，實(shí)現(xiàn)了煙塵超低排放、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)[1]。

濾袋是電袋復(fù)合除塵器的核心部件，它的使用壽命長短直接影響除塵器的可靠性及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[2]。影響濾袋使用壽命的因素較多，燃煤鍋爐電袋復(fù)合除塵器在實(shí)踐中，由于一些煤粉爐煙氣中SOx、NOx濃度高和運(yùn)行溫度波動(dòng)幅度大，PPS濾袋在短時(shí)內(nèi)易發(fā)生快速氧化、腐蝕而造成大量化學(xué)破損。這種破損現(xiàn)象在煤粉爐煙氣工況中較為普遍，且造成的后果較為嚴(yán)重。本文針對(duì)PPS濾袋易發(fā)生化學(xué)破壞的問題，闡述了濾料技術(shù)的創(chuàng)新及應(yīng)用。

1 PPS濾料應(yīng)用情況

PPS是一種高分子材料，化學(xué)名稱為聚苯硫醚，有耐溫（190℃）、抗酸、抗堿、抗水解性能優(yōu)，抗氧化性能較弱等特點(diǎn)，是燃煤鍋爐過濾式除塵器的主打?yàn)V材。2000年之后，我國燃煤鍋爐袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器大量選用以PPS為主材的濾料，一直延續(xù)到2010年左右。

一般燃煤鍋爐電袋復(fù)合除塵器設(shè)計(jì)濾袋使用壽命≥4年或3萬小時(shí)，多數(shù)工程項(xiàng)目達(dá)到設(shè)計(jì)值，有個(gè)別項(xiàng)目大幅超過設(shè)計(jì)值達(dá)6年以上。當(dāng)然，也有個(gè)別工程項(xiàng)目濾袋使用壽命未能達(dá)到設(shè)計(jì)值，濾袋大面積提前老化而破損。2008上半年，首個(gè)電袋復(fù)合除塵器PPS濾袋大面積破損案例發(fā)生在山西某熱電廠2×200MW機(jī)組。這起破袋事件當(dāng)時(shí)在行業(yè)內(nèi)引起了很大反響，其它數(shù)起異常破袋在隨后2～3年里陸續(xù)發(fā)生。這一時(shí)期內(nèi)，破袋原因眾說紛紜，電袋產(chǎn)生臭氧造成破袋的議論沸沸揚(yáng)揚(yáng)，極大影響了電袋復(fù)合除塵技術(shù)的發(fā)展，也成為電袋復(fù)合除塵技術(shù)迫在眉睫急需探明的問題。

2 PPS濾袋異常破損規(guī)律

為了探明PPS濾袋異常破損的原因及尋求解決辦法，電袋復(fù)合除塵器的龍頭企業(yè)聯(lián)合濾材濾袋廠家積極開展了研究工作，對(duì)破損濾袋進(jìn)行了大量性能檢測(cè)，測(cè)試了鍋爐煙氣成分、濃度、溫度并連續(xù)跟蹤記錄。經(jīng)整理和歸類，PPS濾袋發(fā)生異常破損的共性規(guī)律為：1）異常破袋案例均發(fā)生在煤粉爐使用場(chǎng)合，尚未發(fā)現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐的案例；2）發(fā)生濾袋異常破損的使用時(shí)間長短不一，短則半年，長則2～3年，大多數(shù)在1～2年。使用時(shí)間的長短與煙氣條件相關(guān)，即“煙氣中SOx、NOx濃度越高或煙溫上下限超溫越明顯，則使用的時(shí)間越短；3）破損后濾料斷裂強(qiáng)度大幅衰減，殘余強(qiáng)度低，一般經(jīng)緯兩向的殘余強(qiáng)度只有新濾料的1/3左右；4）通過電子掃描鏡微觀檢查濾料纖維，表面粗糙，軸向有裂紋或斷裂甚至粉碎（如圖1、圖2所示），用紅外分析儀測(cè)試其波形，同比未使用PPS波形發(fā)生變異（如圖3所示）；5）破損濾料纖維色澤變化較大，一般呈深黃或褐色，從濾料刮下的殘余粉塵測(cè)試出的pH值在1～3。

圖1 未使用PPS纖維放大圖

圖2 破袋后PPS纖維放大

圖3 PPS未使用與破損后紅外分析儀測(cè)試波形對(duì)比

3 PPS濾袋異常破損的原因分析

濾袋異常破損規(guī)律中的一些特征說明了濾袋快速老化與煙氣中SOx、NOx濃度大小及運(yùn)行溫度緊密相關(guān)。當(dāng)這些成分濃度達(dá)到一定值時(shí)，在溫度作用下，氧化、腐蝕而破壞PPS分子鏈結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致纖維斷裂甚至碎化。工程實(shí)踐及各種試驗(yàn)結(jié)果證明了這種分析的客觀性與正確性。根據(jù)PPS分子結(jié)構(gòu)鏈特點(diǎn)，SOx、NOx與PPS分子結(jié)構(gòu)的氧化反應(yīng)過程見圖4、圖5。

圖4 SO3氧化PPS的反應(yīng)過程

圖5 NO2氧化PPS的反應(yīng)過程

臭氧雖然是氧化性極強(qiáng)的物質(zhì)，但在電袋復(fù)合除塵器中的量級(jí)很低，高壓電源產(chǎn)生的自由氧量有限，且在高溫條件下自由氧結(jié)合成臭氧和臭氧分解成自由氧的速度極快，因此電袋中存在臭氧的濃度極低。福州大學(xué)化工學(xué)院[3]、華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院[4]等單位專門設(shè)立課題，研究臭氧對(duì)PPS濾袋性能的影響，結(jié)果表明電袋中的臭氧濃度＜0.015mg/m3。假如電袋中產(chǎn)生臭氧、快速氧化PPS而造成破袋的事實(shí)存在，工程案例中的破袋規(guī)律將完全不是這樣。實(shí)踐與試驗(yàn)研究證明，PPS異常破損與電袋臭氧無關(guān)。

3.1 燃煤鍋爐煙氣中能夠破壞PPS的主要成分（氧化劑）

以往，對(duì)燃煤鍋爐煙氣中容易破壞PPS的氧化劑成分，普遍僅認(rèn)為O2是氧化劑，因而在應(yīng)用中往往較關(guān)注控制煙氣中的氧量。實(shí)際煙氣中的SO3、NO2氧化性強(qiáng)于O2，是引起PPS化學(xué)破損的主要元兇。廈門三維絲公司“PPS氧化反應(yīng)模型及量子化學(xué)計(jì)算過程方法”研究結(jié)果表明，SO2、NO及PPS分析結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)的能壘大，對(duì)PPS的氧化性很弱；而SO3、NO2與PPS分析結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)的能壘小，氧化性極強(qiáng)[5]。化學(xué)成分能壘的大小依次為O2、NO2、SO3。由于煙氣中存在活性較強(qiáng)的SO3、NO2，在一定溫度條件下與H2O化合成硫酸、硝酸，這兩種酸除了有腐蝕性之外，也是強(qiáng)氧化劑。

通過上述分析，可知PPS濾袋在循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用中不會(huì)發(fā)生異常化學(xué)破損現(xiàn)象的原因。一般循環(huán)流化床鍋爐均采取爐內(nèi)脫硫，進(jìn)入除塵器煙氣中的SOx濃度低，同時(shí)流化床爐膛的燃燒溫度低，產(chǎn)生的NOx濃度也低。因此，循環(huán)流化床煙氣低SOx、低NOx工況的特點(diǎn)是避免PPS異常化學(xué)破損的主要原因。

3.2 煙氣溫度對(duì)PPS化學(xué)破壞的影響

PPS耐溫高達(dá)190℃～200℃，這是特指它的物理耐溫性能，若運(yùn)行溫度接近或超過它的耐溫性能時(shí)，PPS將會(huì)發(fā)生收縮、軟化、熔解等物理性能的變化而破損。一般要求PPS運(yùn)行溫度≤160℃，主要還是從化學(xué)角度出發(fā)考慮PPS的老化速度問題，因?yàn)闊煔庵泻幸欢舛鹊难趸瘎┡cPPS發(fā)生反應(yīng)。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，溫度是影響反應(yīng)速度的重要因素。在化學(xué)成分濃度相同情況下，溫度越高化學(xué)反應(yīng)速度越快。所以PPS濾袋運(yùn)行溫度越高則使用壽命越短。反之，運(yùn)行溫度越低則使用壽命越長。

另外，由于燃煤鍋爐煙氣含有SO3，下限溫度一旦低于酸露點(diǎn)時(shí)，化合形成的硫酸黏附于PPS濾袋，相當(dāng)于增加了破壞PPS的化學(xué)物質(zhì)及濃度，反而會(huì)縮短PPS濾袋使用壽命。濾袋在使用過程中，酸結(jié)露產(chǎn)生的硫酸將永久性殘留在濾袋上。所以在工程應(yīng)用選用PPS濾袋時(shí)，對(duì)運(yùn)行溫度的下限均有嚴(yán)格要求。

一般煙氣中的SOx、NOx濃度越高，上限溫度則越低，下限溫度則越高，此時(shí)要求溫度波動(dòng)幅度較小；反之，SOx、NOx濃度越低，上限溫度則可適當(dāng)高些，下限溫度則可低些，溫度波動(dòng)幅度可適當(dāng)大些。

4 耐腐高強(qiáng)濾料技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

工程實(shí)踐證明，以PPS為主材濾料時(shí)，使用條件具有局限性，難以滿足我國燃煤機(jī)組爐型、煤種多樣化的要求，因此研發(fā)適用性和抗化學(xué)性更強(qiáng)的濾料是必要的。為了提升燃煤鍋爐濾料的抗化學(xué)性能，有多種方法，如：1）改良PPS提升其抗氧化性能；2）選擇其它綜合性能更優(yōu)的濾材；3）在濾料結(jié)構(gòu)上混用不同材質(zhì)等。從現(xiàn)狀來看，方法一涉及PPS粒子問題，屬化工原料范疇。現(xiàn)有濾材中都存在性能優(yōu)缺點(diǎn)問題，取代材質(zhì)一時(shí)難度大，方法三屬濾料工藝技術(shù)，有取長補(bǔ)短優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)的條件相對(duì)成熟。

4.1 PTFE濾料技術(shù)發(fā)展應(yīng)用情況

PTFE化學(xué)名稱為聚四氟乙烯，又被稱為工程塑料王，具有耐溫、抗酸、抗堿、抗氧化、抗黏附，摩擦系數(shù)低、延伸性優(yōu)、絕緣性優(yōu)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。近年來，PTFE隨著拉絲工藝的發(fā)展應(yīng)用于濾料技術(shù)的進(jìn)步很快，PTFE濾料已成為垃圾焚燒爐袋式除塵器的首選濾材。

PTFE濾料的抗化學(xué)性能極優(yōu)，但物理特性仍存在不足，如100%PTFE濾料的加工工藝難度較大、經(jīng)緯強(qiáng)度較低且延伸率較大、未經(jīng)過覆膜處理時(shí)過濾精度較低、綜合成本較高等。因此100%PTFE尚不具備作為燃煤鍋爐用濾料的條件。

4.2 濾料結(jié)構(gòu)分析

濾料結(jié)構(gòu)分為織造和非織造兩種，工業(yè)濾料中可以根據(jù)材質(zhì)特性而選擇，但大多數(shù)用非織造結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 非織造針刺氈?jǐn)嗝娼Y(jié)構(gòu)示意

非織造濾料結(jié)構(gòu)與鋼筋混泥土類似，其中基布類似于鋼筋，濾料內(nèi)外層纖維網(wǎng)類似于混泥土，兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合為一體，提高了濾料整體的黏合與抗拉性能。由于純PPS濾料基布與內(nèi)外纖維層的材質(zhì)相同，一旦老化時(shí)強(qiáng)度同時(shí)衰減，結(jié)構(gòu)上不能起到互補(bǔ)作用。

4.3 耐腐高強(qiáng)濾料技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用

耐腐高強(qiáng)濾料采取了PPS與PTFE材質(zhì)混用的結(jié)構(gòu)，首先把基布材質(zhì)更換為PTFE，發(fā)揮了PTFE抗化學(xué)性能優(yōu)的特點(diǎn)，類似混泥土中提高鋼筋的性能，使基布在使用過程中長期保留原有的強(qiáng)度；其次，濾料內(nèi)外纖維層采用PPS與PTFE混紡，類似提高混泥土標(biāo)號(hào)，兩種材質(zhì)纖維之間相互纏繞，濾料內(nèi)外纖維層原來由PPS承擔(dān)的強(qiáng)度作用分解為由PTFE和PPS兩種纖維共同分?jǐn)偅词筆PS纖維老化斷裂，但PTFE纖維仍可保留原有強(qiáng)度，減緩了濾料整體強(qiáng)度下降速度。PPS與PTFE混紡后的耐腐高強(qiáng)濾料同比100%PTFE濾料，還具有提高過濾精度、降低濾料延伸率、降低濾袋成本等優(yōu)勢(shì)。

耐腐高強(qiáng)濾料中混用PPS纖維的各種材質(zhì)混用比例，要根據(jù)煙氣工況的特點(diǎn)選擇。一般在煙氣溫度常出現(xiàn)＞170℃時(shí)，采取PTFE與PI（P84）混紡，當(dāng)煙溫＜160℃時(shí)，隨燃用煤硫份的高低來確定不同纖維的混合比例，硫份越高，PTFE材質(zhì)的比例越高。因此，在選用耐腐高強(qiáng)濾料時(shí)，要根據(jù)煙氣特點(diǎn)，使濾料與之相匹配，才能保證濾袋的使用壽命。

自2009年下半年開始，耐腐高強(qiáng)濾料逐漸應(yīng)用并成為燃煤鍋爐的主打?yàn)V料，大幅度提高了電袋復(fù)合除塵器濾袋的使用壽命。

案例1：太原某熱電廠#7、#8爐2×200MW機(jī)組電袋復(fù)合除塵器，爐型為煤粉爐，無脫硝裝置，煙氣中SOx最大濃度達(dá)7000mg/m3，NOx濃度達(dá)1000mg/m3，日煙溫在80℃～175℃間波動(dòng)，2008年原PPS使用壽命僅為半年。2009年首次采用耐腐高強(qiáng)濾料換袋，使用壽命大于2.5年，第二次換袋提高PTFE使用比例后，耐強(qiáng)濾袋使用壽命達(dá)4年以上。

案例2：安徽某電廠#1爐660MW機(jī)組電袋復(fù)合除塵器，爐型為煤粉爐，無脫硝裝置，燃用低硫煤，選用耐腐高強(qiáng)濾料，濾袋使用壽命達(dá)到4.5年以上。

案例3：內(nèi)蒙古某電廠#7、#8爐電袋復(fù)合除塵器，爐型為煤粉爐，無脫硝裝置，燃用低硫煤。由于機(jī)組運(yùn)行初期的煙溫經(jīng)常高達(dá)220℃，原PPS濾袋使用壽命僅為半年。2010年采用PTFE與PI混紡的耐腐高強(qiáng)濾料換袋，使用壽命達(dá)5年以上，至今仍在使用中。

5 濾料其它新技術(shù)發(fā)展應(yīng)用情況

近年來，我國環(huán)保對(duì)燃煤機(jī)組提出了更嚴(yán)格的超低排放要求，超凈電袋復(fù)合除塵器成為一種新的除塵工藝技術(shù)，并對(duì)濾料的過濾性能提出了更高要求，以提高過濾精度為主向的超細(xì)面層梯度結(jié)構(gòu)濾料和超微孔覆膜濾料也得到了進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)，純PPS、耐腐高強(qiáng)濾料等廢棄濾袋的回收與利用工藝技術(shù)快速發(fā)展和應(yīng)用，解決了濾袋的二次污染問題，進(jìn)一步加快了我國燃煤鍋爐濾料技術(shù)的發(fā)展，提高了應(yīng)用水平。

6 結(jié)語

近年來，我國燃煤鍋爐除塵技術(shù)為適應(yīng)復(fù)雜和多變的煙氣工況條件而取得矚目的發(fā)展和突破，電袋復(fù)合除塵器作為一種創(chuàng)新除塵技術(shù)也不例外，十余年發(fā)展過程中遇到許多諸如PPS濾袋異常破損等問題。問題并不可怕，只要客觀準(zhǔn)確分析原因，把握正確方向，科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，難題則隨之迎刃而解。耐腐高強(qiáng)濾料雖然提升了抗化學(xué)性能，但實(shí)踐中仍要重視對(duì)煙氣工況條件的控制，提高除塵運(yùn)行管理水平，才能確保濾袋的綜合性能和使用壽命。

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Development and Application of Filter Material Technology of Electric Bag Compound Precipitator

WU Jiang-hua
(Fujian Longking Environmental Protection Co.,Ltd.,Fujian Longyan 364000,China)

The paper introduces the development and evolvement course of flter material technology of electric bag compound precipitator in the coal-fred boilers.Through the technical innovation,a sort of the excelling corrosion resisting flter materials and anti-chemical capability which is stronger than PPS,can prolong the use life of the flter materials.Since 2010,the excelling corrosion resisting flter materials have been popularized and used at a large scale,and have promoted the technical progress of electric bag compound precipitator in the coal-fred boilers.

electric bag compound precipitator;PPS;excelling corrosion resisting flter material;use life

X701.2

A

1006-5377（2016）01-0040-04