合金纖維濾料在垃圾焚燒爐上的應(yīng)用研究

陳東

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

垃圾是人類生活和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物，成分復(fù)雜多樣，不僅會(huì)污染環(huán)境，還會(huì)滋生病菌危害人類健康，需要及時(shí)妥善處理。垃圾處理方法有高溫堆肥、衛(wèi)生填埋和焚燒等，主要受垃圾成分、地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件等因素的影響，當(dāng)今世界主要采用的垃圾處理方法是焚燒。垃圾焚燒過(guò)程會(huì)產(chǎn)生多種污染物：顆粒物（飛灰、粉塵）、酸性氣體（SOx、NOx、HCl、HF）、重金屬（Hg、Pb）、有機(jī)氯化物（二噁英）等，本文主要介紹了垃圾焚燒爐煙氣中顆粒物的凈化技術(shù)。

1 垃圾焚燒爐煙氣特點(diǎn)

垃圾焚燒工藝是垃圾經(jīng)分揀壓縮處理后，投入焚燒爐中燃燒，高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐冷卻，并回收余熱用于供熱或發(fā)電，殘?jiān)盃t灰從爐底排出。由于垃圾成分的多樣性，焚燒產(chǎn)生的煙氣污染物種類繁多、危害性大，具有以下特點(diǎn)：

（1）由于垃圾中的水分含量高，垃圾焚燒后的煙氣濕度高，最高可達(dá)到50%左右，在高濕條件容易引起除塵器中的化纖濾料水解，使用壽命縮短。

（2）垃圾焚燒煙氣中含有SOx、NOx、HCl、HF等多種酸性氣體，煙氣露點(diǎn)溫度比較高，對(duì)設(shè)備具有較強(qiáng)的腐蝕性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備選型必須充分考慮防結(jié)露和腐蝕措施。

（3）由于垃圾成分多樣以及焚燒煙氣工況的不穩(wěn)定，易造成煙氣溫度的大幅度波動(dòng)。正常運(yùn)行時(shí)，煙溫200℃左右，異常工況瞬時(shí)高溫會(huì)高于300℃，瞬時(shí)低溫會(huì)低于150℃，對(duì)設(shè)備的影響很大。

（4）煙氣中顆粒物細(xì)小，飛灰粉塵的平均粒徑只有30μm左右，對(duì)除塵器濾料的過(guò)濾精度和清灰系統(tǒng)要求比較高。

2 垃圾焚燒爐除塵工藝

目前，垃圾焚燒爐煙氣中顆粒物的凈化以干法除塵工藝為主，干法除塵主要有電除塵器和袋式除塵器。電除塵器除塵效率受到煙氣溫度和濕度、粉塵特性、設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作條件等各種因素的綜合影響。實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，在煙氣超過(guò)300℃后，飛灰比電阻值提高。除塵器出口無(wú)法做到10mg/Nm3超低排放要求。袋式除塵器不會(huì)受到煙氣成分和粉塵特性的制約，但會(huì)受溫度影響。由于垃圾焚燒爐燃燒工況的不穩(wěn)定，造成煙氣溫度大幅度波動(dòng)，常規(guī)的化纖濾料在此工況下運(yùn)行容易燒壞，使用壽命短。建議采用耐高溫濾料，目前行業(yè)上較成熟的耐高溫濾料主要有陶瓷濾料和合金纖維濾料。

陶瓷濾料以陶瓷纖維復(fù)合過(guò)濾元件做高溫過(guò)濾介質(zhì)，在高溫氣體凈化中均面臨孔徑分布不易控制、過(guò)濾速度低、使用壽命較低及抗熱震性不高、抗斷裂韌性差等問(wèn)題。均質(zhì)多孔陶瓷氣孔率低，需選擇很低的過(guò)濾速度且阻力很高；普通陶瓷分離膜層可以做很薄，過(guò)濾阻力可實(shí)現(xiàn)一定程度降低，但分離膜的氣孔率一般也較低（≤45%），且難以滿足抵抗頻繁脈沖冷空氣反吹帶來(lái)的急冷急熱破壞。

合金纖維濾料是由不同絲徑的金屬纖維經(jīng)過(guò)無(wú)紡鋪制后燒結(jié)而成，其絲徑屬于微米級(jí)別，孔隙率達(dá)到75%～88%，表面積大，攔截吸附粉塵效果好。合金纖維濾料具有過(guò)濾精度高、耐高溫耐腐蝕性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，使用壽命較長(zhǎng)，廢料回收價(jià)值高、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，目前在生物質(zhì)鍋爐、有色金屬冶煉、鋼鐵、化工等高溫除塵領(lǐng)域已有成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，如更復(fù)雜惡劣煙氣工況氧化鋁和石灰窯均采用該合金纖維濾料技術(shù)，實(shí)踐證明技術(shù)成熟可靠。

3 合金纖維濾料除塵技術(shù)

3.1 技術(shù)原理

袋式除塵器是通過(guò)濾袋對(duì)含塵氣體中的固體顆粒和氣體進(jìn)行分離的設(shè)備。它的過(guò)濾機(jī)理是：當(dāng)含塵氣體經(jīng)過(guò)濾袋時(shí)，比濾袋空隙大的粉塵，由于重力沉降或慣性作用被濾袋擋住；比濾袋空隙小的粉塵，與濾袋發(fā)生碰撞或被濾袋中纖維靜電吸引，最終在濾袋的表面和空隙中與氣體分離。

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

合金纖維濾料除塵技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

（1）合金纖維濾料除塵器的除塵效率不受工況變化的影響，濾袋采用高精度過(guò)濾濾料，增強(qiáng)對(duì)PM2.5等微細(xì)粉塵的捕集，同時(shí)濾袋在過(guò)濾粉塵的過(guò)程中表面會(huì)積聚了一層粉塵，這層粉塵稱為粉餅層，依靠粉餅層的過(guò)濾作用可實(shí)現(xiàn)排放濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定＜10mg/Nm3，甚至＜5mg/Nm3以下，保證除塵效率長(zhǎng)期高效穩(wěn)定。

（2）合金纖維經(jīng)過(guò)無(wú)紡鋪制后燒結(jié)而成（見(jiàn)圖1、圖2），具有良好的焊接性能、加工性能、導(dǎo)熱性和高韌性。它不僅可以在高溫?zé)煔鈼l件下進(jìn)行煙塵的高效過(guò)濾與分離，實(shí)現(xiàn)熱能回收利用、簡(jiǎn)化工藝系統(tǒng)的目的。還可作為化工冶煉的工藝設(shè)備，用來(lái)收集原料產(chǎn)品。

圖1 合金纖維濾料外觀圖

圖2 合金纖維濾料微觀結(jié)構(gòu)

（3）合金纖維濾料耐高溫耐腐蝕性能好。合金材料耐腐蝕能力主要與材料耐點(diǎn)腐蝕能力PRE值有關(guān)，煙氣中HCl、SOx、HF、NOx等多種酸性氣體濃度越高，相應(yīng)選取PRE值越高的合金材料（不銹鋼254＞904＞2205＞316＞304）。同時(shí)，在高溫?zé)煔庵懈g還表現(xiàn)為氧化腐蝕。為此，選取某規(guī)格的合金纖維濾料，實(shí)驗(yàn)采用馬弗爐進(jìn)行氧化處理，使用高精度電子天平稱量氧化前后的質(zhì)量變化，使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)力學(xué)性能，并用電子顯微鏡分析材料表面形貌及成分的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合金纖維濾料具有良好的耐氧化腐蝕性能（見(jiàn)圖3）。

圖3 合金纖維濾料經(jīng)過(guò)500℃氧化處理后的掃描電鏡圖像

（4）合金纖維濾料的透氣性好、機(jī)械性能好等特點(diǎn)。在清灰系統(tǒng)工作過(guò)程中，濾袋變形小，而且振動(dòng)頻繁。噴吹時(shí)造成的高震蕩頻率有利于清灰，清灰效果更好。使清灰系統(tǒng)效率達(dá)到最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備長(zhǎng)期低阻力運(yùn)行。

4 工程應(yīng)用

大連某廠配套一臺(tái)垃圾焚燒爐，主要焚燒垃圾、辦公用紙、生產(chǎn)廢棄物等，燃燒物比較復(fù)雜，煙氣正常使用溫度是150℃，異常工況煙溫瞬時(shí)會(huì)到300℃以上，而且鍋爐啟停頻繁，煙氣易夾帶未燃燒完全的火星，運(yùn)行工況很差。原濾袋采用PPS+PTFE混紡濾料，使用不到半年濾袋就發(fā)生大范圍破損，后面改用合金纖維濾料，至今除塵器運(yùn)行兩年，使用情況良好。具體技術(shù)方案及運(yùn)行情況如下：

4.1 技術(shù)方案

（1）方案設(shè)計(jì)參數(shù)。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)濾袋區(qū)的最佳設(shè)計(jì)值，本項(xiàng)目除塵器方案設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 合金纖維濾料除塵器方案設(shè)計(jì)參數(shù)

（2）總體設(shè)計(jì)方案。該項(xiàng)目利舊原布袋除塵器，將PPS+PTFE混紡濾料更換為合金纖維濾料，清灰系統(tǒng)采用高效的低壓行脈沖噴吹，布袋除塵區(qū)清灰系統(tǒng)選用淹沒(méi)式進(jìn)口電磁脈沖閥。濾料選用合金材質(zhì)濾料，在進(jìn)口煙道布置預(yù)涂灰裝置，防止燃油點(diǎn)爐期間濾袋粘油污。袋區(qū)設(shè)計(jì)進(jìn)口溫度檢測(cè)、除塵器差壓檢測(cè)、清灰系統(tǒng)壓力檢測(cè)、濾袋脈沖閥控制（定時(shí)、定壓、定時(shí)+定壓）、袋區(qū)溫度報(bào)警等電控設(shè)計(jì)?？傮w布置見(jiàn)圖4。

圖4 總體布置圖

4.2 運(yùn)行效果

大連某垃圾焚燒爐項(xiàng)目采用合金纖維濾料除塵技術(shù)，于2018年實(shí)施改造并順利投入運(yùn)行。在線監(jiān)測(cè)除塵器本體阻力＜800Pa，出口煙塵排放濃度＜10mg/Nm3，滿足《生活垃圾焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18485-2014和《火電廠大氣污染物物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223排放限值，效果顯著，圓滿實(shí)現(xiàn)了超低排放改造目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，由于常規(guī)化纖濾料無(wú)法耐高溫，無(wú)法使用高溫?zé)煔獾奶厥夤r，用電除塵器排放又無(wú)法滿足煙塵出口排放要求，采用合金纖維濾料可以有效解決這個(gè)問(wèn)題，但是，合金纖維濾料價(jià)格會(huì)比常規(guī)化纖濾料貴很多，不過(guò)，隨著批量化生產(chǎn)使用，制作成本會(huì)逐步降低。相比較其他材質(zhì)的干式除塵技術(shù)合金纖維濾料優(yōu)勢(shì)明顯，必將成為特殊工況煙氣超低排放的優(yōu)選技術(shù)，代表新一代除塵技術(shù)的發(fā)展方向。