關(guān)于電袋復(fù)合除塵器總體設(shè)計(jì)的若干問題

吳偉玲

【摘 要】電袋復(fù)合除塵器經(jīng)過幾年的大力推廣及在大型機(jī)組（660MW機(jī)組）的成功應(yīng)用，已經(jīng)在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。論文就電袋復(fù)合除塵器總體設(shè)計(jì)的若干問題進(jìn)行了簡要介紹。

【Abstract】After several years of vigorous promotion， electric bag composite dust collector has been successfully used in large-scale units（660MW unit）， and has been widely used in various industries. This paper gives a brief introduction to the overall design of the electronic bag compound dust collector.

【關(guān)鍵詞】電袋復(fù)合除塵器；電場區(qū)；濾袋區(qū)；濾料

【Keywords】electric bag compound dust collector； electric field area； filter bag area； filter material

【中圖分類號】TM925.31 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0162-05

1 引言

FE電袋復(fù)合除塵器是福建龍凈環(huán)保股份有限公司為了更好地適應(yīng)國家“節(jié)能減排”要求，通過深入研究電除塵與布袋除塵特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合的相關(guān)技術(shù)，自主研發(fā)的一種全新的高效除塵器。具體是指在一個(gè)箱體內(nèi)緊湊安裝電場區(qū)和濾袋區(qū)，是有機(jī)結(jié)合靜電除塵和過濾除塵兩種機(jī)理的一種新型除塵器。電袋復(fù)合除塵器是提高除塵效率和降低除塵器能耗的新一代產(chǎn)品，該產(chǎn)品將成為我國燃煤電廠及其他工業(yè)窯爐實(shí)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)（≤30mg/Nm3）達(dá)標(biāo)排放的可靠的新型除塵設(shè)備。

電袋復(fù)合除塵器屬非標(biāo)產(chǎn)品，其工況條件、設(shè)備所需達(dá)到的性能要求及用戶需求不同，除塵器的總體設(shè)計(jì)方案亦有所不同。以下就電袋復(fù)合除塵器總體設(shè)計(jì)的若干問題作簡要介紹。

2 原始資料的收集

2.1 燃料的分析

電袋復(fù)合除塵器經(jīng)過幾年的大力推廣及在大型機(jī)組（660MW機(jī)組）的成功應(yīng)用，已經(jīng)在各行業(yè)中廣泛應(yīng)用。因此在總體設(shè)計(jì)的初期，必須明確使用的燃料的品種如：煤、垃圾、秸稈等。

針對現(xiàn)有的案例，電袋復(fù)合除塵器大部分使用在燃煤電廠。對使用燃煤的電場需收集下列資料：煤質(zhì)資料、耗煤量、粉塵性質(zhì)（比電阻、堆積密度、灰成分分析等顆粒級配）。

2.2 場地要求

電袋復(fù)合除塵器應(yīng)根據(jù)用戶提供的場地要求調(diào)整布置形式，電袋復(fù)合除塵器既可以用在新建項(xiàng)目上，也可以用在增效改造項(xiàng)目上。特別是隨著國家新排放標(biāo)準(zhǔn)的推出，電除塵器增效改造采用電袋復(fù)合除塵器方案已是一種趨勢，此時(shí)對場地限制更為嚴(yán)格，總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用合理的電袋結(jié)構(gòu)形式，最大限度地利用原有結(jié)構(gòu)。

2.3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

①煙氣量：煙氣量是總體設(shè)計(jì)中最重要的參數(shù)之一，其實(shí)際煙氣量的大小與所選設(shè)備容量規(guī)格密切相關(guān)。因此，為控制設(shè)備成本，做到最優(yōu)、最省的總體方案設(shè)計(jì)，有必要對煙氣量進(jìn)行校核。一般可按提供的煤質(zhì)資料、耗煤量、過剩空氣系數(shù)、當(dāng)?shù)卮髿鈮旱葏?shù)計(jì)算除塵器入口煙氣量，驗(yàn)算所提資料煙氣量是否有較大偏差；如無法提供較準(zhǔn)確的煤質(zhì)資料、耗煤量、過剩空氣系數(shù)等資料，可參照表1核對。

②入口濃度：電袋復(fù)合除塵器對煤種、煙塵比電阻、灰分變化的適應(yīng)能力強(qiáng)，出口排放濃度能夠長期高效、穩(wěn)定地滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。但是，如果入口濃度與設(shè)計(jì)值偏離過大，電場區(qū)設(shè)計(jì)容量不太夠時(shí)，勢必增加袋區(qū)負(fù)荷，影響濾袋壽命。因此，準(zhǔn)確地掌握除塵器入口濃度變化范圍是必要的。入口濃度可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

P入=（Aar×C）×0.9×106÷Q0

式中：P入—入口濃度，g/Nm3；

Aar—煤的灰分含量，%；

C—耗煤量，t/h；

Q0—標(biāo)況煙氣量，Nm3/h。

③煙氣溫度：保證高于酸露點(diǎn)以上20～30℃；

④出口排放濃度（標(biāo)態(tài)）：一般需滿足國標(biāo)或地區(qū)排放的要求（國家新標(biāo)準(zhǔn)小于30mg/Nm3）。

2.4 當(dāng)?shù)貧庀髼l件

了解當(dāng)?shù)睾０胃叨群痛髿鈮?、風(fēng)載、雪載及地震載荷等。

3 電袋復(fù)合除塵器的結(jié)構(gòu)形式

目前，在除塵市場中有多種除塵結(jié)構(gòu)稱為電袋復(fù)合除塵器，根據(jù)電袋復(fù)合除塵器原理中的除塵、荷電作用以及國標(biāo)定義，它是指在一個(gè)箱體內(nèi)緊湊安裝電場區(qū)和濾袋區(qū)，有機(jī)結(jié)合靜電除塵和過濾除塵兩種機(jī)理的一種除塵器。（見圖一、圖二）

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圖1 電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu) 圖2 分體雙級除塵器結(jié)構(gòu)

如上圖所示，圖一為整體式電袋復(fù)合除塵器，圖二為一種雙級除塵器。近年來，雙級除塵器在國內(nèi)市場中逐步減少，整體式電袋復(fù)合除塵器已成為電袋技術(shù)發(fā)展的主流。

清灰技術(shù)是濾袋區(qū)核心，直接影響運(yùn)行阻力和濾袋壽命。采用低壓脈沖長袋技術(shù)，可保證每個(gè)濾袋具有最佳的袋底清灰壓力，且濾袋不發(fā)生局部破損，保證濾袋區(qū)的清灰高效、穩(wěn)定。根據(jù)袋區(qū)清灰方式的不同，可以分為低壓脈沖行噴吹及低壓脈沖旋轉(zhuǎn)噴吹結(jié)構(gòu)。

3.1 行脈沖噴吹的優(yōu)點(diǎn)

①脈沖清灰壓力為0.2～0.3MPa，在所有清灰技術(shù)中其效率最高，力度上能有效克服細(xì)粘煙塵在濾袋上的粘合力。

②行噴的濾袋布置按行列矩陣布置，前后左右濾袋之間間隔均勻，以保證氣流銜接與分布均衡。

③低壓脈沖噴吹機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確地、不遺漏地對每個(gè)濾袋清灰，不會出現(xiàn)無噴吹或過噴現(xiàn)象。

④清灰機(jī)構(gòu)無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，確?？煽啃?。

3.2 旋轉(zhuǎn)噴吹的優(yōu)點(diǎn)

①采用不間斷旋轉(zhuǎn)的脈沖清灰方式，是利用不停旋轉(zhuǎn)的清灰臂，對準(zhǔn)整個(gè)室的濾袋進(jìn)行脈沖噴吹，一個(gè)布袋單元只需一個(gè)大口徑的脈沖閥，與常規(guī)脈沖噴吹類型相比：可從數(shù)百個(gè)脈沖閥減少到數(shù)十個(gè)，大幅度簡化清灰系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的電氣控制，檢修維修量減少，因此特別適合中大型機(jī)組配套使用。

②脈吹清灰壓力為0.085MPa左右，而常規(guī)噴吹布袋的工作壓力在0.2～0.3MPa。相比脈沖工作壓力低，其優(yōu)點(diǎn)有：一為空氣釋放比低，溫度降低量少，飽和蒸汽水冷凝結(jié)露量小，利于延長袋口使用壽命；二是更低噴吹壓力氣流對布袋的沖刷損傷小，利于延長袋口使用壽命；三是氣源升壓降壓過程的能耗小，更節(jié)能。

③采用橢圓形濾袋，沿圓周輻射形布置，最大限度地利用了袋室的空間，減少了占地。

4 電場結(jié)構(gòu)形式及主要參數(shù)

4.1 電場結(jié)構(gòu)形式

電袋復(fù)合除塵器的電場數(shù)少，若出現(xiàn)故障將影響后級濾袋區(qū)的運(yùn)行性能。在進(jìn)行中小型機(jī)組項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，電場區(qū)設(shè)計(jì)一般采用1個(gè)電場，可考慮采用前后小分區(qū)供電，即把1個(gè)電場分成2個(gè)分區(qū)，若1個(gè)分區(qū)出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)分區(qū)仍可正常工作，以確保電除塵區(qū)的投運(yùn)率及可靠性。

4.2 電場區(qū)主要參數(shù)

電袋復(fù)合除塵器中電場區(qū)有著極其重要的作用，它直接影響了后級濾袋區(qū)各項(xiàng)運(yùn)行性能及濾袋使用壽命，其作用不可忽略，因此，對于電場區(qū)的設(shè)計(jì)必須要科學(xué)合理，更不能因?yàn)橛袨V袋區(qū)來保證排放效果而忽視或折扣了電場區(qū)的設(shè)計(jì)。特別是對于大型機(jī)組，其設(shè)備運(yùn)行的可靠性及安全性尤其重要。

①電場數(shù)：電袋復(fù)合除塵器根據(jù)項(xiàng)目機(jī)組大小，電場數(shù)的多少可參考表2進(jìn)行選取。

表2 電袋復(fù)合除塵器電場數(shù)的選取

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②比積塵面積：電場區(qū)的除塵效率與電場區(qū)極板比積塵面積呈指數(shù)關(guān)系，電場區(qū)的電場數(shù)從2-4的每遞增一個(gè)，其效率的遞增數(shù)越小。電袋復(fù)合除塵器總體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)濾袋區(qū)入口濃度要求選擇電場區(qū)除塵效率，并參照電袋復(fù)合除塵器國家標(biāo)準(zhǔn)，其電場區(qū)的比積塵面積可按表3進(jìn)行參考設(shè)計(jì)。

③電場風(fēng)速：電場風(fēng)速過高，容易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。進(jìn)行電袋復(fù)合除塵器總體設(shè)計(jì)時(shí)，可選電場風(fēng)速1.1～1.2m/s，對于入口濃度較高的項(xiàng)目，電場風(fēng)速可取低值。

④通道數(shù)、電場有效長度及極板有效高度：在電場數(shù)、總集塵面積、電場風(fēng)速確定的條件下，通過分別調(diào)整通道數(shù)、電場有效長度和極板有效高度，便可確定電場規(guī)格。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮濾袋區(qū)布置、電場高寬比等參數(shù)，做到性價(jià)比最高。

⑤高壓電源選擇：當(dāng)進(jìn)口含塵濃度較高時(shí)，可考慮采用高頻電源。對于高濃度煙氣工況，高頻供電有利于提高前級電除塵區(qū)的除塵效率，降低濾袋區(qū)的入口含塵濃度，并強(qiáng)化煙塵的荷電效果，提高細(xì)微粉塵凝并能力，改善濾袋表面粉塵堆積結(jié)構(gòu)，提高濾袋表面粉餅透氣性和清灰性能，降低濾袋阻力上升率和清灰頻率，有利于延長濾袋使用壽命。

5 濾袋區(qū)結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)

5.1 清灰方式

目前，濾袋區(qū)清灰方式主要有低壓行脈沖噴吹和低壓回轉(zhuǎn)脈沖清灰兩種類型。綜合考慮氣流分布、清灰效率、設(shè)備安全可靠等因素，濾袋區(qū)選用低壓行脈沖噴吹技術(shù)更能發(fā)揮電袋復(fù)合除塵器低阻、濾袋長壽命性能。

5.2 濾袋區(qū)主要參數(shù)

①過濾風(fēng)速：根據(jù)電袋工程實(shí)踐，在滿足設(shè)備總阻力小于1200Pa時(shí)，濾袋區(qū)的過濾風(fēng)速取1.2m/min～1.3m/min即可滿足性能要求。

②清灰周期

最小清灰周期一般是指在濾袋使用末期，考慮最惡劣工況下所需的脈沖清灰周期。清灰周期大小一般按電場區(qū)出口濃度劃分，以50MW以上機(jī)組為例，其清灰周期可參考表4選取。

表4 電袋復(fù)合除塵器最小清灰周期

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當(dāng)機(jī)組較小時(shí)，其所需配置脈沖閥數(shù)量較少，此時(shí)清灰周期需適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，避免出現(xiàn)清灰氣源補(bǔ)氣不足。

③脈沖閥數(shù)量

根據(jù)除塵器的處理煙氣量、預(yù)選取的過濾風(fēng)速及選定的濾袋規(guī)格，可理論計(jì)算出設(shè)備所需濾袋條袋數(shù)，再進(jìn)行矩陣排列，得出單行噴吹濾袋數(shù)及脈沖閥總數(shù)。不同規(guī)格或不同廠家的脈沖閥，在相同工況條件下，所能噴吹的濾袋條袋數(shù)亦有所不同。龍凈公司擁有國內(nèi)外最大型脈沖噴吹實(shí)驗(yàn)臺，可進(jìn)行最長10m濾袋的多種組合噴吹試驗(yàn)，為電袋復(fù)合除塵提供可靠的技術(shù)支撐。同時(shí)，單行噴吹數(shù)的多少還與電場區(qū)的選擇密切相關(guān)，怎樣做到結(jié)構(gòu)最合理、性能最優(yōu)、性價(jià)比最高成為各個(gè)生產(chǎn)廠家的技術(shù)秘密。

6 濾料的選擇

6.1 煙氣工況條件對濾袋壽命的影響

煙氣工況條件與燃用煤種、爐膛類型、燃燒方式、設(shè)備漏風(fēng)率、系統(tǒng)運(yùn)行操作等因素有關(guān)，它影響著煙氣的化學(xué)成分與運(yùn)行溫度，這些工況條件將直接影響濾袋的使用壽命。

每種濾袋材質(zhì)都具有特定的物理、化學(xué)性能，行業(yè)中通常使用抗溫、抗酸、抗堿、抗氧化、抗水解5項(xiàng)指標(biāo)來評測濾材物理、化學(xué)性能的優(yōu)劣。在工業(yè)應(yīng)用中，常用幾種濾材性能見表5。從表中可以看出不同濾材中，除PTFE材質(zhì)具有全面最優(yōu)的綜合性能外，其他均有1～3項(xiàng)不足之處。PPS是目前燃煤鍋爐煙塵治理時(shí)的主要濾材，雖然它有較優(yōu)良的抗酸性能，但在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，PPS在復(fù)雜的燃煤煙氣中，承受酸腐蝕的能力不太理想，行業(yè)中已發(fā)生多起因酸腐蝕引起PPS濾袋短期內(nèi)大量破損的案例，因此，正確對待煙氣條件對PPS濾袋使用壽命的影響，將有利于電袋除塵的長期穩(wěn)定性能。

燃煤鍋爐煙氣成分中主要有COx、H2O、SOX、NOX、O2等，能直接破壞PPS材料的主要成分為SO3和NO2、O2。一定條件下當(dāng)SO3、NO2與H2O化合形成硫酸和硝酸時(shí)，會對PPS產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕，高濃度酸液還具有強(qiáng)氧化性。同時(shí)O2對PPS濾材也具有氧化破壞作用。這些有害氣體在不同溫度下對PPS破壞的規(guī)律如下：

①隨著溫度的上升，化學(xué)物質(zhì)對濾材的氧化速度加快，煙氣發(fā)生酸結(jié)露概率減小，氧化成為破壞濾袋的主導(dǎo)因素。

②隨著溫度的下降，化學(xué)物質(zhì)對濾材的氧化速度減緩，發(fā)生酸結(jié)露概率增加。當(dāng)溫度下降至煙氣露點(diǎn)溫度以下時(shí)，酸液腐蝕成為破壞濾袋的主導(dǎo)因素。

6.2 濾料的選擇

龍凈環(huán)保特別重視煙氣條件影響濾袋壽命的課題研究，從2008年開始，與有關(guān)高等院校、日本東麗公司、濾袋廠家合作通過運(yùn)行觀察、破損濾袋檢測、煙氣成分測試、新材質(zhì)濾袋試用等方法，尋找煙氣條件影響濾袋壽命的規(guī)律與對策。初步結(jié)論為：

①PPS濾袋的使用條件有局限性，并非適用于所有燃煤煙氣工況。

②對于燃煤硫含量高于1.0%且爐內(nèi)不脫硫、煙氣NOX濃度高且無脫硝裝置、設(shè)備漏風(fēng)率大、運(yùn)行溫度幅度波動(dòng)大的煙氣條件，選擇濾料時(shí)必須慎重，應(yīng)考慮選擇一種耐溫、耐腐蝕、抗氧化性能更優(yōu)的新型濾料。

濾料的選擇是各電袋生產(chǎn)廠家的專有技術(shù)，不同的工況條件和不同的除塵性能要求，所選擇的濾料存在極大差別。一般來講，濾料的選擇需考慮煙氣溫度、煙氣化學(xué)成分、粉塵性質(zhì)、顆粒極配，同時(shí)還需考慮煙氣含塵量、排放要求、系統(tǒng)阻力及用戶的經(jīng)濟(jì)能力等，總體方案設(shè)計(jì)時(shí)，濾料可按以下條件選取[1]。

首先，當(dāng)煙氣條件合適時(shí)，優(yōu)選PPS濾袋。適用條件如下：

①煙氣化學(xué)成份條件

SOX濃度：<700ppm（～2000mg/Nm3），折算成煤的收到基全硫<1.0%；

NOX濃度：<200ppm（～400mg/Nm3）；

煙氣氧含量：當(dāng)溫度≤160℃時(shí)，O2<8%，溫度≤160～170℃時(shí)，O2<5%。

②煙氣溫度

下限溫度：高于酸露點(diǎn)20℃以上；

上限溫度：≤160℃；

上限溫度極限：瞬時(shí)為180℃，每次不超過半小時(shí)，1年累積不超過200小時(shí)。

其次，當(dāng)煙氣條件長期為高溫、高氧、高硫或低溫時(shí)，濾料需選擇PTFE做主材。

①改善排放和穩(wěn)定阻力的措施：

第一，P84復(fù)合濾料；

第二，PTFE覆膜濾料；

第三，濾料采用高克重。

②濾料克重要求：對于常規(guī)工況，以PPS為主材的濾料，要求克重為（550～600）g/m2，而對于特殊工況，需以PTFE為主材的濾料，克重需做到（600～800）g/m2，具體應(yīng)以實(shí)際工況要求選擇。

濾料材質(zhì)的選擇需同時(shí)考慮各種工況條件、除塵性能要求及除塵器的設(shè)計(jì)參數(shù)。濾料材質(zhì)選擇應(yīng)慎重，特別是在工況條件較惡劣時(shí)，選擇合適的濾料才能滿足排放及壽命等要求。

7 結(jié)語

由于篇幅有限，本文僅針對電袋復(fù)合除塵器總體設(shè)計(jì)的一部分內(nèi)容：原始資料收集、電袋復(fù)合除塵器的結(jié)構(gòu)形式、電場區(qū)與濾袋區(qū)的結(jié)構(gòu)形式和主要參數(shù)及濾料的選擇作簡要介紹。針對國家環(huán)保排放≤30mg/Nm3的新標(biāo)準(zhǔn)，電袋復(fù)合除塵器將成為更多除塵行業(yè)的優(yōu)先選擇。

【參考文獻(xiàn)】

【1】吳江華， 賴志華. 電袋復(fù)合除塵器是城市新建燃煤機(jī)組可靠保證排放≤30mg/Nm3的優(yōu)選技術(shù)[C].2009全國燃煤電廠除塵技術(shù)論壇， 2012.