燃煤鍋爐袋式除塵器用新型濾料的研發(fā)及其應(yīng)用

簡介： 燃煤電廠鍋爐袋式除塵器使用情況和國內(nèi)外使用差異，重點介紹了PPS和PPS+P84纖維針刺氈濾料及其使用條件、新近研發(fā)的低阻高效PPS和PPS+P84梯度針刺氈濾料、高溫高硫系統(tǒng)使用的PTFE纖維復(fù)合梯度針刺氈濾料。給出了部分濾料的試驗測試結(jié)果和梯度針刺氈濾料使用工程示例名錄。
關(guān)鍵字：燃煤鍋爐袋式除塵器梯度濾料纖維復(fù)合高溫濾料

　　沈恒根東華大學環(huán)境科學與工程學院，上海200051，

　　劉書平上海博格工業(yè)用布有限公司，上海201706，

　　摘要簡介燃煤電廠鍋爐袋式除塵器使用情況和國內(nèi)外使用差異，重點介紹了PPS和PPS+P84纖維針刺氈濾料及其使用條件、新近研發(fā)的低阻高效PPS和PPS+P84梯度針刺氈濾料、高溫高硫系統(tǒng)使用的PTFE纖維復(fù)合梯度針刺氈濾料。給出了部分濾料的試驗測試結(jié)果和梯度針刺氈濾料使用工程示例名錄。

　　關(guān)鍵詞燃煤鍋爐袋式除塵器梯度濾料纖維復(fù)合高溫濾料

　　1 前言

　　近年來采用袋式除塵器控制微細煙塵倍受關(guān)注，綜觀國內(nèi)外電廠鍋爐袋式除塵器的應(yīng)用情況，袋式除塵器出口煙塵排放濃度均低于50mg/mN3，甚至達到10mg/mN3以下。對于燃用低硫煤的電廠鍋爐，采用電除塵器要達到該濃度有相當難度。與靜電除塵器相比，袋式除塵器性能不受飛灰比電阻的影響，飛灰濃度和粒度的變化、鍋爐運行負荷的變化、煙氣量波動等情況下，對袋式除塵器出口排放濃度影響也極為有限。加之施工安裝快捷與運行管理簡便，袋式除塵器日漸成為火電廠用戶歡迎的除塵設(shè)備。

　　采用袋式除塵器實施燃煤鍋爐煙塵控制，國外已有30余年的應(yīng)用歷史。上一世紀，美國在70年代率先在燃煤鍋爐行業(yè)采用袋式除塵器；同期澳大利亞也在燃煤鍋爐上采用，而且到90年代初期，已在80%以上的電站鍋爐除塵項目中使用；70年代中后期開始，歐盟國家以每10年10%的份額遞增速率增加袋式除塵器的使用。袋式除塵器已成為發(fā)達國家控制大氣環(huán)境顆粒污染物必不可少的技術(shù)裝備。

　　上世紀80年代我國電力部門在多個電廠開始試用袋式除塵器，80年代中期鍋爐容量為260T/h（云南巡檢司電廠2臺×130t/h，玻璃纖維濾袋，過濾風速0.49—0.53m/min，濾袋1080條10m×Φ300mm/臺，10袋室，凈化后煙氣反吹，清灰阻力1200Pa，煙塵排放濃度47—63 mg/mN3），后期已達到1080 t/h，由于采用的濾袋不能滿足電廠鍋爐長期穩(wěn)定運行的使用壽命要求等問題，造成90年代初又回落到260t/h，之后10余年無發(fā)展。由于袋式除塵器濾袋技術(shù)不成熟，電除塵器成為我國燃煤鍋爐煙塵控制配套使用的除塵設(shè)備。

　　2001年底，在內(nèi)蒙古呼和浩特豐泰發(fā)電有限公司采用德國Lurgi公司低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器技術(shù)（進口PPS+P84復(fù)合濾料，過濾風速1.13m/min，扁圓濾袋長8m，過濾面積25600m2，羅茨風機，回轉(zhuǎn)反吹，清灰阻力900Pa，煙塵排放濃度低于30mg/mN3）首次使用在我國20MW機組配套鍋爐上。南環(huán)所、武漢天澄、南京龍源、新中環(huán)保、清華同方、哈工大環(huán)保科技、東華—博格等一批單位近年紛紛在全國各地電力行業(yè)建立了示范工程。

　　電廠鍋爐除塵使用的袋式除塵器要求與鍋爐設(shè)備大修期同步，30000小時成為火電廠要求的基本使用期。但是，同為燃煤電站鍋爐煙氣除塵，國內(nèi)的應(yīng)用條件與國外存在差異，主要表現(xiàn)在：

　?。?）煤種：國外使用精煤與國內(nèi)使用原煤，在熱值、灰份、含S量等存在差異；

　?。?）技術(shù)水平：國外發(fā)達國家設(shè)備自動化程度較高，國內(nèi)設(shè)備手工與自動化結(jié)合；

　?。?）鍋爐設(shè)備：國外發(fā)達國家的鍋爐設(shè)備相對要比較先進，國內(nèi)還存在大量的中小設(shè)備（尤其是早期鍋爐）；等。

　　濾料應(yīng)用環(huán)境表現(xiàn)為四高一大一低（排放煙氣溫度高，煙氣中SO2、NOx、O2含量高；含塵濃度大；改造工程要求濾料阻力低），由于燃煤鍋爐排放的煙氣條件比較惡劣，濾料（濾袋）壽命面臨嚴峻考驗。因此在袋式除塵器使用濾料時，借鑒但不盲目照搬國外經(jīng)驗，應(yīng)考慮國內(nèi)鍋爐實際情況，針對性地選用濾料。加快研發(fā)適合國情的新型濾料已成為袋式除塵器推廣使用的技術(shù)關(guān)鍵。

　　2 PPS及PPS+P84針刺氈濾料

　　PPS針刺氈是目前用于燃煤電廠鍋爐脈沖清灰袋式除塵器選用的主要濾料品種之一，PPS學名聚苯硫醚，英文名Poly Phenylene Snlfide（簡稱PPS）。

　　它主要適用于燃用低硫煤的煙氣處理。它選用美國、日本等國生產(chǎn)的聚苯硫醚（PPS）纖維，按照耐高溫過濾氈的生產(chǎn)工藝制造、加工的過濾材料。

　　PPS纖維，全球范圍內(nèi)只有少數(shù)幾家大型化學公司生產(chǎn)，日本公司的產(chǎn)品占據(jù)著主要市場。日本東洋紡（TOYOBO）公司的注冊商標為PROCON／普抗，日本東麗（TORAY）公司的注冊商標為TORCON／特利通，美國飛利浦（PHILIP）公司的注冊商標為RYTON／萊頓或稱萊通、賴登。我國目前PPS纖維已生產(chǎn)出樣品，但還處于研發(fā)、試生產(chǎn)階段。

　　PPS針刺氈的應(yīng)用條件主要取決于PPS纖維性能，燃煤電廠鍋爐煙氣除塵比較適宜使用的條件為：煙氣溫度120—160℃，煙氣中SO2含量<800mg/m3、NOx含量<700mg/m3，含氧量<8%，燃煤灰分<30%；鍋爐運行啟動前，需進行預(yù)涂灰；噴油點爐、鍋爐爆管、煙氣超溫時不宜直接進入袋式除塵器，需設(shè)旁路煙道；袋式除塵器設(shè)計過濾風速1.0m/min左右，除塵器阻力1300—1500Pa。在這些條件下，正常運轉(zhuǎn)的袋式除塵器濾袋保障使用壽命30000h（袋式除塵器投用日開始計算）。

　　為了防止PPS針刺氈阻力長期使用后阻力升高，增加耐溫能力，采用PPS+P84復(fù)合纖維制作針刺氈，P84纖維含量20%左右。

　　P84學名聚酰亞胺，P84纖維截面與PPS纖維棒狀相比呈多葉狀，它的不規(guī)則的纖維斷面使纖維表面積增大，針刺氈透氣性增加，具有降阻增效的效果，同時耐溫性可以適當提高。P84纖維系奧地利LENZING公司獨家生產(chǎn)。P84纖維在高濕狀態(tài)下要謹慎使用，防止水解。

　　PPS及PPS+P84針刺氈使用之初主要靠國外進口，現(xiàn)在國內(nèi)已有多家公司可以大批量生產(chǎn)和提供產(chǎn)品。產(chǎn)品質(zhì)量上國內(nèi)外已差異不大，產(chǎn)品價格上國外略高于國內(nèi)。目前國內(nèi)新建機組配套的燃煤（低硫煤）電廠鍋爐袋式除塵器大多選用這些濾料。

　　3 PPS及PPS+P84梯度針刺氈濾料

　　在大量生產(chǎn)和推廣使用PPS針刺氈的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，東華—博格技術(shù)研究中心對目前使用的PPS及PPS+P84 針刺氈做了進一步改進，研發(fā)出新型結(jié)構(gòu)的梯度針刺氈濾料，并在200MW等燃煤（低硫煤）電廠鍋爐袋式除塵器中使用。主要技術(shù)特點為：

　?、?對傳統(tǒng)針刺氈引入覆膜表面過濾技術(shù)，引入表面超細纖維層，產(chǎn)生表層過濾效果。把傳統(tǒng)針刺氈“表層+深層”過濾方式轉(zhuǎn)變?yōu)樘荻柔槾虤帧氨韺印边^濾。通過采用超細面層使針刺氈表面更致密，阻擋微細塵粒能力提高，同時表面易清灰。

　?、?針刺氈截面結(jié)構(gòu)上采用纖維細度逐層加大的梯度層次結(jié)構(gòu)，流體通道由傳統(tǒng)針刺氈的相當?shù)葘捓@形通道改變?yōu)橄喈斍罢髮挼睦@形通道。它由表層超細纖維層、細纖維層、基布、粗纖維層4層構(gòu)成。

　　采用超細面層后阻擋微細塵粒能力提高，通道前窄后寬濾料內(nèi)層不易集塵，保持濾料長期穩(wěn)定運行而阻力上升變化速度減緩。

　?、?針刺氈整體采用PTFE（聚四氟乙烯）浸滲處理，使纖維表面涂有PTFE膜。通過各項技術(shù)改進后，PPS及PPS+P84針刺氈濾料性能得到顯著改善，改進后濾料的主要使用技術(shù)指標為：

　　煙氣溫度120—180℃，煙氣中SO2含量<1200mg/m3、NOx含量<1000mg/m3，含氧量<10%，除塵器阻力1100—1300Pa。

　　4 PTFE梯度復(fù)合針刺氈濾料

　　袋式除塵器進一步擴大在燃煤的電廠鍋爐使用，需要解決濾料適用范圍：高硫煤；鍋爐頻繁啟停（出現(xiàn)低溫60—120℃，酸結(jié)露腐蝕）；鍋爐排煙溫度達到190—200℃（夏季）；鍋爐過量鼓風、空氣預(yù)熱器漏風，造成含氧量升高等問題。如果繼續(xù)使用PPS或PPS+P84針刺氈，勢必濾料使用壽命不能得到保證。因此需要采用PTFE纖維替換PPS、P84纖維制作針刺氈濾料。

　　PTFE是當今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，具有“塑料王”之稱，學名聚四氟乙烯。它具有高度的化學穩(wěn)定性和卓越的耐化學腐蝕能力，如耐強酸、強堿、強氧化劑等，有突出的耐熱、耐寒及耐摩性，具有不沾著、不吸水、不燃燒等特點。PTFE纖維目前全球僅有極少數(shù)公司生產(chǎn)。國內(nèi)上海博格工業(yè)用布有限公司業(yè)已生產(chǎn)出PTFE梯度針刺氈復(fù)合濾料，并在50MW燃煤（高硫煤）電廠鍋爐使用。PTFE梯度復(fù)合濾料具有滿足不同煤種和各種運轉(zhuǎn)條件的特點，由于受PTFE纖維生產(chǎn)量和價格的限制，濾料應(yīng)用總量還比較有限。在前述復(fù)雜運行條件時，PPS針刺氈難以滿足使用條件，可以考慮選用PTFE梯度復(fù)合針刺氈濾料。需注意以下幾點：

　?、?對PTFE纖維進行分級，生成不同細度纖維用于生產(chǎn)梯度復(fù)合針刺氈濾料。

　?、?對180—200℃高溫煙氣時抗化學腐蝕能力下降和對于60—120℃低溫煙氣中氣體結(jié)露損害，使用P84纖維、PPS纖維需注意工況參數(shù)變化。

　?、?針對180—200℃高溫煙氣，作為降低成本的措施可以適量采用玻璃纖維，但不得用于濾料表層。

　?、?可以采用PTFE纖維與其它耐高溫耐腐蝕纖維組成復(fù)合過濾層，但要注意PTFE濾袋廢棄物回收處理。

　　5 典型應(yīng)用工程示例

　?、?陜西寶雞熱電有限公司50MW液態(tài)排渣燃煤粉鍋爐（2×200t/h，1×115t/h）復(fù)合多管旋風除塵器改造工程項目。

　　特點：高溫煙氣150—190℃，系統(tǒng)要求低阻1000Pa；采用“PPS+P84+適量玻纖”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。已投運。

　?、?天津第一熱電廠50MW燃煤粉鍋爐220t/h鍋爐除塵器“電改袋”工程濾袋配套項目。

　　特點：高硫煤；采用“PPS+PTFE”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。已投運。

　　⑶ 內(nèi)蒙古豐泰發(fā)電有限公司200MW袋式除塵器濾袋整體更換項目

　　特點：國內(nèi)首臺200MW以上火電機組袋式除塵器，進行袋式除塵濾料更換；采用“PPS+P84”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。

　?、?陜西戶縣熱電有限公司燃煤粉鍋爐（3×170t/h）袋式除塵器改造工程項目。