高溫超凈電袋復(fù)合除塵器的設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用

0 引言

除塵是我國大氣污染治理的重點(diǎn)方向之一，目前主流技術(shù)有電除塵、袋式除塵和電袋復(fù)合除塵三大類型，且已廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)的燃煤電廠。我國超低排放改造已經(jīng)由電力行業(yè)逐漸擴(kuò)展至有色、化工、鋼鐵、水泥等非電領(lǐng)域，而非電領(lǐng)域涉及行業(yè)眾多，鍋爐煙氣往往不同于燃煤鍋爐煙氣，常面臨高溫、高比電阻、高粉塵濃度等復(fù)雜多變工況，這就對除塵技術(shù)提出了更高要求。如在高比電阻、高黏性等工況影響下，電除塵器較難實(shí)現(xiàn)粉塵超低排放，尤其是對細(xì)顆粒粉塵的捕集效率顯著降低[；在高入口粉塵濃度等工況影響下，袋式除塵器運(yùn)行阻力容易過大，出現(xiàn)破袋，影響除塵效率。電袋復(fù)合除塵器有機(jī)結(jié)合了電除塵和袋式除塵技術(shù)機(jī)理，在一個箱體內(nèi)，先通過前級電場區(qū)的高壓放電，使粉塵荷電，將80%～90% 的粗粒徑粉塵進(jìn)行預(yù)除塵，剩余少量細(xì)粒徑粉塵進(jìn)入后級濾袋區(qū)進(jìn)行過濾捕集。因此，電袋復(fù)合除塵器不受粉塵粒徑大小、比電阻和粉塵濃度等限制，且在同樣的入口粉塵濃度下，運(yùn)行阻力相比袋式除塵器更低。超凈電袋復(fù)合除塵器在電袋復(fù)合除塵器基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)升級，進(jìn)一步提高了除塵效率、濾袋使用壽命等性能，可保證穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)除塵器出口粉塵濃度 ?10mg/m³ 的超低排放[2]。與此同時，隨著耐高溫過濾材料的不斷進(jìn)步，合金纖維濾袋得到開發(fā)，其具有耐高溫、耐腐蝕、濾袋使用壽命長等特點(diǎn)，消除了原廣泛應(yīng)用的化纖濾袋難以適用于高溫工況的限制，高溫超凈電袋復(fù)合除塵器由此應(yīng)運(yùn)而生。但如何優(yōu)化合金纖維濾袋的材料和結(jié)構(gòu)、對不同工況進(jìn)行材料選型和針對性設(shè)計(jì)，從而改善高溫超凈電袋復(fù)合除塵器的性能、適用范圍和穩(wěn)定性成為研究的關(guān)鍵。

本次利用實(shí)驗(yàn)和工程案例相結(jié)合的方法，主要從高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)兩方面展開研究，并對一個典型工程的應(yīng)用案例進(jìn)行論述分析，以期為高溫超凈電袋除塵技術(shù)在非電領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供參考。

1關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1合金纖維濾袋研究

高溫濾料技術(shù)是高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)的核心技術(shù)，目前除塵行業(yè)使用的濾袋大多采用化纖濾料，當(dāng)煙氣溫度高于 250°C 時，易發(fā)生燒袋，導(dǎo)致粉塵排放超標(biāo)。隨著濾料技術(shù)和加工工藝的進(jìn)步，相繼出現(xiàn)了耐高溫、耐腐蝕、過濾精度高的過濾材料，如陶瓷、合金纖維等濾料，打破了原有化纖濾料無法耐高溫的限制[3-4]。陶瓷濾料主要分為燒結(jié)多孔陶瓷膜和纖維氈兩種。燒結(jié)陶瓷膜的過濾精度比較高，但其延展性和抗熱震性能較差，纖維氈的抗震性能好，不易破損，但過濾精度比較低。合金纖維濾料是由微米級絲徑的金屬纖維經(jīng)過無紡鋪制后燒結(jié)而成，并可根據(jù)工況需要，選擇不銹鋼、哈氏合金等不同的濾料材質(zhì)，使用耐高溫范圍最高可達(dá) 800^°C ，耐溫性遠(yuǎn)高于化纖濾料，且濾袋使用壽命遠(yuǎn)長于化纖濾袋，廢舊濾料可回收利用，無二次污染[5]。

隨著合金纖維濾袋逐步在工程上應(yīng)用，進(jìn)一步提高合金濾袋的性能成為值得研究的重點(diǎn)方向。在德國工程師協(xié)會（VereinDeutscherIngenieure，VDI）濾料過濾性能測試設(shè)備上，對5種不同過濾精度、鋪層結(jié)構(gòu)的合金纖維濾袋進(jìn)行過濾性能測試。合金纖維濾袋外觀和VDI測試設(shè)備如圖1所示，結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，冷態(tài)下，5種不同結(jié)構(gòu)的合金纖維濾袋過濾效率在 99.932%～99.991% ，過濾效率良好；濾袋壓降 556～740Pa ，鋪層結(jié)構(gòu)對濾袋的壓降影響較大，采用良好的鋪層結(jié)構(gòu)可以顯著降低濾袋壓降；樣品4和5整體性能更優(yōu)。綜上，合金濾袋具有較好的過濾效率和較低的壓降，具備工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。

1.2 除塵器本體耐高溫設(shè)計(jì)

電袋復(fù)合除塵器應(yīng)用于電力行業(yè)時通常采用Q235鋼作為鋼結(jié)構(gòu)件用材，但在高溫工況下，Q235鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度性能明顯減弱。同時，溫度升高，煙氣體積增大，除塵器的設(shè)計(jì)體積也需要增加，才能保證除塵效率達(dá)標(biāo)，這就使得除塵器的荷載也有所增加。為此，除塵器的鋼結(jié)構(gòu)用材需要選取更高的強(qiáng)度，如Q355鋼。Q355鋼屬于低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，加入了少量的合金元素，大大提高了鋼材的強(qiáng)度。

另外，在設(shè)計(jì)時，高溫超凈電袋復(fù)合除塵器應(yīng)充分考慮熱膨脹效應(yīng)，如除塵器殼體在高溫影響下的伸縮量；注意高溫下各柱腳支座相對于固定支座的位移量；密封材料應(yīng)選取如石墨盤根等耐高溫材料。

1.3電場區(qū)絕緣材料設(shè)計(jì)選型

電場區(qū)高壓放電是保證電袋復(fù)合除塵器前級電場預(yù)除塵效率的關(guān)鍵，也是除塵器能在高溫工況下達(dá)標(biāo)排放的重要保證。電場區(qū)應(yīng)選用高溫絕緣性能好、機(jī)械強(qiáng)度高的材料，確保電場區(qū)可靠運(yùn)行。常用的絕緣材料主要有普通電瓷、高鋁瓷、石英玻璃、有機(jī)高分子等。已有文獻(xiàn)研究表明，在高溫工況下，只有高鋁瓷能保持較好的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性能，可以選擇的有85瓷或95瓷絕緣子6]。

高溫電袋復(fù)合除塵器在氧化鋁焙燒爐鍋爐上具有適用性，從已投運(yùn)的6臺氧化鋁焙燒爐配套的高溫電袋復(fù)合除塵器的情況來看，其振打棒絕緣子和承壓絕緣子均選用了95瓷材料，電區(qū)運(yùn)行情況如表1所示。

從表1可以看出，二次電壓和二次電流均保證了較為高效地運(yùn)行，說明絕緣材料選型和設(shè)計(jì)符合實(shí)際高溫工況要求。

2高溫超凈電袋復(fù)合除塵器應(yīng)用情況

2.1 典型案例工程概況

氧化鋁焙燒爐是一種用于燒結(jié)鋁酸鹽礦和焙燒氧化鋁粉末的工業(yè)窯爐，主要用于從中提取氧化鋁。運(yùn)行時煙氣溫度較高，啟停爐時煙溫高達(dá) 350°C 。進(jìn)入除塵器的粉塵濃度可超過 100g/m³ ，是典型的高溫、高粉塵濃度除塵工況。山西某氧化鋁焙燒爐原配套三電場電除塵器，原電除塵器設(shè)計(jì)粉塵排放指標(biāo)為 ?100mg/m³ ，但該鍋爐煙氣比電阻高，粉塵粒徑細(xì)，平均粒徑在 20μm 左右， 10μm 以下的細(xì)顆粒占20% 以上，且電除塵器運(yùn)行年限較長，導(dǎo)致煙氣排放粉塵濃度已遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值。經(jīng)多方比較，最終選擇了高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)進(jìn)行改造。

2.2 改造方案

1）保留原混凝土支架、殼體、灰斗、進(jìn)口喇叭，保留的設(shè)備根據(jù)需要進(jìn)行加固、修繕；檢查原有殼體密封焊接和殼體構(gòu)件焊接并修復(fù)；更換或修復(fù)進(jìn)口喇叭內(nèi)部磨損構(gòu)件。

2）由于改造后荷載減少，可利舊原電除塵器基礎(chǔ)，各縱橫跨距不發(fā)生變動。

3）保留原電除塵器一電場高低壓設(shè)備；更新一電場陰陽極；拆除原電除塵器內(nèi)部二、三電場陰陽極，利用第二、三電場空間布置濾袋區(qū)。

4濾袋采用耐高溫合金纖維濾袋，噴吹系統(tǒng)選用固定行噴吹清灰技術(shù)。

5）凈氣室出口煙道與原出氣煙箱貫通連接，改造原出口煙箱。

6電袋復(fù)合除塵器改造前原設(shè)備運(yùn)行阻力 350Pa 預(yù)計(jì)改造后運(yùn)行阻力增幅較小，因此無須改造引風(fēng)機(jī)。

2.3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

2.4 性能測試

項(xiàng)目投運(yùn)后，先后開展了三次第三方性能測試，測試結(jié)果如表3所示。

結(jié)果表明，除塵器出口粉塵濃度均小于 5mg/m³ 均可實(shí)現(xiàn)出口粉塵的超低排放；運(yùn)行阻力最低 327Pa 最高 489Pa ，平均 421Pa ，對比電袋復(fù)合除塵器在燃煤電廠 ?1200Pε 的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行阻力性能良好。

3 結(jié)論

1）高溫超凈電袋復(fù)合除塵器在氧化鋁焙燒爐高溫?zé)煔鈨艋I(lǐng)域的成功應(yīng)用，加上其可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)粉塵超低排放、運(yùn)行阻力低、濾袋壽命長等特點(diǎn)，體現(xiàn)了在高溫?zé)煔獬团欧胖懈邷爻瑑綦姶鼜?fù)合除塵技術(shù)的廣泛適用性和技術(shù)優(yōu)越性，未來在其他高溫?zé)煔忸I(lǐng)域，該技術(shù)也具有較好的拓展應(yīng)用前景。

2）高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)采用的合金纖維濾料，一方面顯示出其優(yōu)于 化纖濾料的耐高溫性能，另一方面可通過優(yōu)化設(shè)備工藝、濾袋結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高其性能，促進(jìn)高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。另外，圍繞不同行業(yè)鍋爐和煙氣特點(diǎn)，開展針對性設(shè)計(jì)和材料選型，對于提高高溫超凈電袋復(fù)合除塵器在非電領(lǐng)域的應(yīng)用水平十分重要。

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收稿日期：2025-01-21

作者簡介：林雅純（1992一），女，福建人，工程師，主要從事大氣污染控制設(shè)備及技術(shù)的設(shè)計(jì)和研究工作。