電袋復合除塵器的應用

樊素明，馮 淼

（1.山西神頭發(fā)電有限責任公司，山西 朔州 036011；2.山西電力科學研究院，山西 太原 030001）

1 我國燃煤鍋爐粉塵排放狀況

我國一次能源的結構決定了火電機組的絕對優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，2010年原煤產(chǎn)量達到32.4億t[1]，用于火力發(fā)電的約為三分之一；在今后20～30 a內(nèi)，燃煤機組仍將是發(fā)電機組的主力，以煤為主要發(fā)電用燃料的格局不會變化，其所釋放的粉塵占到總排放量的60%。燃煤產(chǎn)生的環(huán)境污染嚴重制約了我國能源工業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟的更加快速發(fā)展。我國城市空氣中大量的PM2.5（大氣中直徑小于或等于2.5 μm的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物） 直接或間接地來自于燃燒過程，城市空氣中總懸浮顆粒物由燃煤生成的占33%。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國家和地方對排放標準的要求將更加嚴格，目前，燃煤電廠煙塵排放標準為小于等于50 mg/m3，下一步新標準要求達到小于等于30 mg/m3。

我國煙塵排放標準的日益嚴格，要求除塵系統(tǒng)的除塵效率必須進一步提高。本文在對電除塵器和袋式除塵器除塵技術原理和技術性能分析比較基礎上，結合電袋復合除塵器除塵效率高、能有效捕集對人體危害大的5μm以下的細微顆粒，排放濃度達到小于等于30 mg/m3的排放要求的優(yōu)點，建議燃煤電廠鍋爐安裝使用電袋復合除塵器來捕集這些細微顆粒。

2 電除塵器和袋式除塵器除塵技術原理

為了分析電除塵器和袋式除塵器的特點，分別介紹這兩種除塵器的除塵原理。

2.1 靜電除塵器

靜電除塵器是利用高壓電場使顆粒荷電在庫侖力作用下使顆粒與氣流分離沉降的裝置。靜電除塵器捕集粒徑范圍在0.01～100 μm，粉塵粒徑大于0.2 μm時，除塵效率可高達99%以上；由于靜電除塵器利用庫侖力捕集粉塵，流經(jīng)除塵器的阻力很小，約98～294 Pa；并可處理從低溫、低壓到高溫、高壓的含塵氣流。

靜電除塵器的主要缺點是設備造價偏高，鋼材耗量較大，除塵效率受粉塵比電阻的影響很大（最適宜比電阻為104～5×1010Ω·mm的粉塵粒子），需要高壓變電及整流設備；另外，靜電除塵器體積龐大、占地面積大。

2.2 袋式除塵器

袋式除塵器是利用多孔過濾介質(zhì)分離捕集氣體中固體或液體粒子的凈化裝置，分為內(nèi)部過濾式和外部過濾式。其除塵機理是依靠過濾介質(zhì)運行一段時間后形成的粉塵初層為主要過濾層，本身濾料層起到粉塵初層的骨架作用。袋式除塵器對于粒徑為0.5 μm的塵粒捕集效率高達98%～99%，是一種高效過濾式除塵器，對微米或亞微米級的粉塵粒子可達99%或更高99.9%以上。

袋式的除塵器應用主要受濾料的耐溫和耐腐蝕等性能影響。普通濾料最高使用溫度為80～130℃，經(jīng)硅油、石墨和聚四氟乙烯處理的濾料可耐溫250～300℃。氣體溫度應在其露點溫度之上。

袋式除塵器的原理包括以下幾方面。

篩濾。濾料網(wǎng)眼一般為5～50μm，粉塵粒徑大于網(wǎng)眼直徑或粉塵沉積在濾料間的顆粒間空隙時，粉塵便被阻留下來。新濾料開始濾塵時，除塵效率很低，使用一段時間后，粗塵會在濾布表面形成一層粉塵初層，過濾效率不斷提高。

慣性碰撞。含塵氣流接近濾料纖維時，氣流繞過纖維，大于1 μm粒子偏離氣流流線，沿原來的運動方向繼續(xù)前進，撞擊在纖維上而被捕集。提高通過濾料的氣流流速，可提高慣性碰撞作用。

攔截。粉塵粒徑大于1 μm的粒子，當半徑大于粒子中心到纖維邊緣距離，并隨氣流一起繞流時，因與纖維接觸粉塵被攔截。

擴散。粒徑小于1μm，尤其是小于0.2 μm的亞微米粒子，在氣體分子的撞擊作用下脫離流線做布朗運動，一旦和纖維接觸便被分離下來。氣流速度越低、粒子直徑越小，擴散作用越強。

靜電。粒徑小于5 μm的粒子，由于摩擦和其他一些原因，導致濾料和粒子間形成一個電位差。當粒子隨氣流趨向濾料時，由于庫侖力作用促使粉塵和濾料纖維碰撞并增強濾料對粉塵的吸附力而被捕集。

重力沉降。緩慢運動的含塵氣流進入除塵器后，由于重力作用，粒徑和密度大的粒子自然沉降下來。

3 電除塵器和布袋除塵器的局限性

我國燃煤鍋爐使用了各種除塵技術來捕集煙氣中的飛灰顆粒。早年建設的燃煤電廠普遍采用的是靜電除塵器。由于靜電除塵器除塵效率受粉塵性質(zhì)的影響較大，而我國燃煤成分差別較大，所產(chǎn)生的粉塵性質(zhì)也各不相同，靜電除塵器對微細粒子的捕集能力又有限，從而引起火電廠煙塵排放濃度超標。近年來新建、改建電廠為了提高除塵效率使用袋式除塵器，但由于煤質(zhì)較差粉塵濃度大，前級濾袋磨損嚴重，濾袋承受高溫、S03、NO2、O2、H2O等能力弱，易破損；濾袋維護成本高，更換工作量大；一旦出現(xiàn)破袋，效率急劇下降；運行維護成本高。

電除塵器和布袋除塵器都是公認的高效除塵設備。電除塵器的最大優(yōu)點是設備阻力小，脫除亞微米級和粗粒子的效率高，維護工作量小，但是，鍋爐工況、負荷及燃煤煤種的變化（粉塵特性）對電除塵器的除塵效率影響很大。比如燃用低硫煤時，采用電除塵器凈化效果就比較差。為此，一些電除塵器廠家投入大量的人力、物力，采取了很多措施，如增加電場、改變極距、更換電源等，做了不少實驗，力圖對電除塵器進行全方位地改造，但收效不大。這種希望通過改造電除塵器本體來適應高比電阻低硫煤粉塵，從而提高電除塵器效率的努力，早在20世紀70年代國外已經(jīng)嘗試過，均未成功。布袋除塵器也存在一定的局限，除運行阻力大等問題外，還有如濾袋使用壽命問題（糊袋、燒袋、漏袋和腐蝕、磨損都影響濾袋使用壽命），如何使濾袋使用壽命延長，減少布袋的更換次數(shù)和日常的維護費用是當前研究的一個熱點領域。

4 電袋復合除塵器的技術特點

電袋復合除塵器是電除塵器和布袋除塵器有機結合的一種新型高效除塵器。它充分發(fā)揮電除塵器和布袋除塵器各自的除塵優(yōu)勢，以兩者相結合產(chǎn)生新的性能優(yōu)點，彌補了電除塵器和布袋除塵器的除塵缺點。這種復合除塵器具有除塵、穩(wěn)定高效、濾袋阻力低，壽命長、設備投資小，運行成本低，占地面積小等優(yōu)點。

4.1 電袋復合除塵器的結構形式

電袋復合除塵器的結構形式如圖1所示，主要有前級的電場區(qū)和后級的濾袋區(qū)組成。

圖1 電袋復合除塵器結構圖

4.2 電袋復合除塵器的除塵原理

前級電場區(qū)秉承了電除塵器第一、二電場的除塵優(yōu)勢，其除塵效率與極板有效面積呈指數(shù)曲線變化，能收集煙塵中大部分粉塵，收塵效率可達80%～90%，并使流經(jīng)電場區(qū)未被收集下來的微細粉塵電離荷電。一方面大大降低進入后級濾袋區(qū)含塵濃度，另一方面荷電后的粉塵有如下作用。

a）擴散作用。由于粉塵帶有同種電荷，因而相互排斥迅速在后級的空間擴散，形成均勻分布的氣溶膠懸浮狀態(tài)，使得流經(jīng)后級布袋各室煙塵濃度、流速均勻。

b）吸附和排斥作用。由于荷電效應使粉塵在濾袋上沉積速度加快，以及帶有相同極性的粉塵相互排斥，使得沉積到濾袋表面的粉塵粒子之間有序排列，形成的粉塵層透氣性好，空隙率高，剝落性好。后級濾袋區(qū)把通過電除塵器剩下的微細粉塵通過過濾方式收集下來，達到小于等于30 mg/m3的排放要求。由于前級電場的預收塵和粉塵的荷電效應，可以提高濾袋的過濾風速，減少濾袋過濾面積，同時，可以減少除塵器阻力，延長清灰周期，提高清灰效率，延長濾袋壽命，減少運行、維護費用。實現(xiàn)既節(jié)能又環(huán)保雙要求。

5 電袋復合除塵器應用情況

2005年5月，天津軍糧城電廠2號爐電除塵器改造為電袋復合除塵器。鍋爐最大蒸發(fā)量為240 t/h，煙氣量460 000 m3/h。該除塵器原為1臺三電場電除塵器，改電袋復合除塵器投運后，實際運行各室壓差在600 Pa左右，清灰周期在50 min，整臺除塵器的阻力小于等于1 000 Pa，除塵器出口濃度小于15 mg/m3。

2008年3月寧夏大壩發(fā)電有限責任公司4×300 MW機組鍋爐原采用電除塵器，電除塵器出口濃度高達700 mg/m3，改電袋復合除塵器投運后，整臺除塵器的阻力小于900Pa，清灰周期在200min，除塵器出口濃度小于20 mg/m3。

2008年6月河南中孚電力有限公司300 MW新建6號機組，采用電袋復合除塵器，除塵效率達到99.95%，整臺除塵器的阻力小于748 Pa，清灰周期在240 min，除塵器出口濃度小于21.8 mg/m3。

近年來，由于煙塵排放標準日益嚴格，許多運行機組和新建600 MW機組都采用電袋復合除塵器達到了排放標準，如大唐太原二電廠的2×300 MW機組，魯能河曲發(fā)電有限公司2×600MW機組等。

6 結束語

電袋復合除塵器是電除塵器和布袋除塵器有機結合的一種新型的高效除塵器。它充分發(fā)揮電除塵器和布袋除塵器各自的除塵優(yōu)勢，以兩者相結合產(chǎn)生新的性能優(yōu)點，彌補了電除塵器和布袋除塵器的除塵缺點。我國燃煤電廠發(fā)展迅速，有許多在建設和即將建設的燃煤電廠，如果除塵出口排放值無法滿足新的標準要求，會給電廠生產(chǎn)帶來煙塵排放不達標或再改造的困惑。電袋復合除塵器的設計布置靈活便捷，適應新電廠設計階段的選用，也適合在建設階段的除塵改型，它將成為我國燃煤電廠實施“節(jié)能減排”環(huán)保政策時期廣泛采用的主流新技術。