水刺濾料在垃圾焚燒煙氣處理中的應用

郭 沖

（上海科格思過濾材料有限公司，上海 201108）

水刺濾料在垃圾焚燒煙氣處理中的應用

郭 沖

（上海科格思過濾材料有限公司，上海 201108）

介紹了某垃圾焚燒發電廠的概況及煙氣特點，總結了目前高性能水刺濾料的特點和性能，詳細闡述了水刺濾料在垃圾焚燒發電廠的成功應用情況。

垃圾焚燒;煙氣凈化;高溫濾料;水刺濾料

1 應用實例簡介

1.1 焚燒垃圾概況

某市是由商貿市場和眾多鄉鎮企業發展起來的工貿型城市，其產生的垃圾主要為生活垃圾與工業垃圾的混合垃圾。隨著該市紡織、制鞋、食品、化工、塑料制品等工業的高速發展，城市垃圾的構成發生了質和量的變化，其中廚余垃圾、廢舊塑料、廢舊橡膠、廢布、廢紙等有機物增加，垃圾的可燃成分增多。

垃圾中的可燃成分越多，越容易燃燒。經對該市垃圾的采樣分析得知，垃圾低位熱值為5300～8700kJ/kg，垃圾的含水率為37%～53%，垃圾比重350kg/m3。該市的垃圾組成分析見表1[1]。

表1 某市的垃圾組成及低位熱值

1.2 焚燒發電廠概況

為治理該市的城市生活垃圾的污染，改善環境質量，新建垃圾焚燒發電綜合處理廠，以焚燒生活垃圾為主，并利用垃圾焚燒熱發電。該工程于2004年3月動工興建，2005年6月建設完工，并于2005年7月正常運行并網發電，產生了良好的社會、經濟與環境效益。

該垃圾焚燒發電綜合處理廠分二期建設，一期建設規模為日處理垃圾750t，投資人民幣2.2億元，可基本上處理該市城區的生活垃圾，化解了垃圾圍城的困擾；二期規劃建設為日處理垃圾1000t，預計投資人民幣4.3億元，該市所有鄉鎮的生活垃圾和工業垃圾也將得以焚燒。以BOT方式運營，工廠總占地面積120畝。

一期工程垃圾焚燒發電采用四爐三機方案，先安裝好三爐二機運行并網發電，再安裝另外一爐一機。焚燒爐采用引進國外先進垃圾焚燒爐排技術，在充分吸取國內外同類垃圾焚燒爐排成熟、先進經驗的基礎上設計的二段式機械爐排爐，爐型為250t/d·SLC250-3.82/400。該爐排采取逆推爐排和順推爐排相結合的方式，非常適合我國高水分、低熱值、不分撿的生活垃圾。汽輪發電機組為純凝汽式，型號為N7.5-3.43，單臺裝機容量為7500kW。

垃圾坑容量15,000m3，可容納垃圾7000t，可儲存7天的生活垃圾。垃圾坑采用密封設計，為封閉的負壓空間，焚燒爐鼓風機的進風口安裝于垃圾坑內，坑內垃圾散發的臭氣經鼓風機送進焚燒爐內和垃圾一起燃燒，從而有效地消除了異味。

目前二期工程正在積極籌備中。

2 煙氣凈化工藝流程

2.1 煙氣凈化工藝流程

煙氣凈化系統采用“循環懸浮式半干法煙氣凈化裝置+袋式除塵器”。從垃圾焚燒鍋爐出來的煙氣，通過在循環流化床反應塔的底部對沖進入反應塔；霧化水由反應塔喉部的雙流體霧化噴嘴噴入反應塔，并以很高的傳質速率在反應塔中與煙氣混合，煙氣中的小液滴和氫氧化鈣顆粒以很高的傳質速率與煙氣中的酸性物質發生化學反應，從而脫除掉二氧化硫、氯化氫等酸性氣體；煙氣從反應塔的頂部排出，經袋式除塵器除去灰塵，同時在袋式除塵器入口的煙道處加入一定量的活性炭粉，均勻彌散在煙氣中，對重金屬和二英有良好的吸附作用，使排出的煙氣達到國家排放標準，處理后的干凈煙氣經引風機通過煙囪排放。煙氣凈化工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

袋式除塵器收集下來的粉塵，采用氣力輸送方式輸送到儲倉，儲倉有效容積為300m3，可存放5～6天的灰量。

2.2 煙氣參數（見表2）

表2 煙氣參數

從表2可以看出，該垃圾焚燒發電廠的煙氣具有下列特點[2]：

（1）煙氣含濕量大。

（2）煙氣溫度高且波動大。空氣預熱器后的排煙溫度為140℃～240℃。

（3）煙氣富含酸性氣體。不但含有O2、SOx、CO、NOx等，還有HCl、HF等酸性氣體，水蒸氣、烴類（THC）、酸性氣體含量高，會提高煙氣酸露點溫度，所以在濾料的選擇中必須加以研究和考慮。

（5）煙氣中的粉塵粒徑小、黏度高。

（6）煙氣具有氧化性。

從以上特點可以看出，生活垃圾焚燒煙氣凈化和除塵既具有相當大的難度又十分重要。這些特點要求袋式除塵器的核心部件濾袋必須具有優異的化學穩定性、耐水解、耐酸（堿）的腐蝕、抗氧化性、耐溫性能好等特點。

3 濾料的選擇

目前國內外用于過濾材料的高溫纖維主要有Nomex、PPS、P84、玻璃纖維和PTFE。

由于垃圾焚燒煙氣中含水蒸氣量大、具有氧化性并且酸腐蝕性高，所以Nomex、PPS、P84不適用，玻璃纖維如果不進行處理不能用于垃圾焚燒煙氣的凈化。如果用純PTFE纖維濾料，價格很高，為覆膜濾料的2～3倍。目前用在垃圾焚燒煙氣處理上的濾料大多是玻璃纖維覆膜（PTFE膜）濾料，但是由于PTFE膜濾料很薄，很容易在制造、運輸和安裝過程中受到損害，降低濾料的使用壽命。

為了使濾料滿足此工況條件，同時延長使用壽命，降低操作和維護成本，濾料必須滿足以下要求[3]：1）耐高溫，耐溫上限需達到230℃；2）耐水解和耐氧化，適應高濕和高氧含量的煙氣條件；3）耐腐蝕能力強；4）除塵效果好；5）使用壽命長；6）含有大量的氧氣，PPS濾料不適合用在垃圾焚燒發電廠，PPS濾料使用壽命最長的為10個月，最短的不到6個月，影響了設備的正常運行，而且每次更換也需花費很高的費用，所以決定采用剛進入中國市場的水刺濾料。2006年7月、12月該廠采用此種濾袋先后更換了#1爐、#2爐的濾袋，運行一年，效果良好，隨后該廠于2007年4月又更換了#3爐的濾袋。

4 水刺濾料

4.1 水刺濾料的結構

水刺濾料的結構為兩層 （見圖2），表面一層為是功能層，起過濾作用，它的材質為PTFE（聚四氟乙烯）纖維；另外一層為支撐層，主要起支撐功能層的作用。這層的基材可以根據工礦條件來選擇，如PTFE、Glass、PPS、P84等。需要特別指出的是，功能層（PTFE）的厚度約為濾料覆膜厚度的10倍。

圖2 水刺濾料的結構

4.2 水刺濾料的特點

（1）水刺濾料纖維構造獨特

水刺濾料纖維布是以國內某企業自制的PTFE樹脂為原料，具有極高的耐熱性、耐化學性、抗水解等性能。PTFE樹脂的熔融黏度極高，很難制成超細的纖維。該公司作為氟樹脂制造的專業廠商，利用特殊工藝成功開發出了平均為10μm的獨特超細支化纖維（見圖3），從而實現了亞微米顆粒的高捕集性能，并減少了壓力損失。

圖3 獨特的PTFE纖維

（2）具有極高的強度保持率

因為過濾方式采用表層過濾，捕集的粒子幾乎不會堆積在強度保持層。因此，由粉體引起的強度劣化（磨損）極小，可在長時間內保持穩定的強度。在載荷1.5kg、噴吹10萬次的條件下測試，強度下降率為15%。

（3）耐化學性

過濾層使用的PTFE纖維，除對氟氣體（元素氟）、三氟化氯、熔融的堿金屬之外的所有化學藥品均表現出穩定狀態，也不會被所有的酸、堿、氧化劑、有機溶劑腐蝕。而且，在有機纖維中的耐熱性能最佳，瞬間最高使用溫度達260℃（水刺濾料為覆合材料，制成過濾袋后的耐藥品性和耐熱性取決于強度保持層的特性），同時也具有很高的抗水解性能。

（4）壓損小且穩定[4]

由于PTFE具有不黏性而且采用表層過濾方式，水刺濾料壓損變化小且穩定，脈沖（清灰）次數減少，從而降低了對過濾袋的損傷程度、延長了濾料的使用壽命，減少了維護作業。

（5）耐物理作用強

過濾層厚度約為100μm，對于脈沖（清灰）、運輸、安裝過程中等物理作用承受能力很強。

（6）具有反應支撐層的功能

水刺濾料的表層過濾方式幾近完善，粒子幾乎完全不會進入到內部，而是在由毛粘構造的表層形成粒子附著層。對于垃圾焚燒爐煙氣治理需要中和及吸收有害有毒氣體時，對于在吸收塔中沒有被吸收的有毒有害氣體，可以和附著在水刺濾料上的粒子附著層繼續反應，使有毒有害的氣體排放濃度完全符合國家要求的排放標準。

（7）除塵效率高

對于0.5μm的亞微米級顆粒來說，除塵效率可以達到99.99%，幾乎實現零排放。

（8）性價比高

由于改進了傳統的過濾方式，采用獨特的覆合工藝以及PTFE的特性，延長了濾料的使用壽命，大大增長了換袋周期，從而降低了工人勞動強度和降低維護成本；壓力損失和壓力變化穩定，節約引風機和通風機的能耗，降低運行成本；由于易清灰，從而使噴吹壓力降低和清灰次數減少，可以減少壓縮空氣的能耗；由于粉塵保持能力強，減少了中和劑和吸附劑的用量，節約了運行成本；綜合考慮濾料的使用壽命及更換濾袋的勞動成本、工作人員的勞動強度、運行費用低和維護成本等指標，水刺濾料是一種性價比很高的濾料。

5 運行情況

5.1 污染物排放濃度監測

江蘇省環境監測中心等單位2007年11月對該項目的3臺除塵器進行了環保監測，其煙氣排放完全達到國家標準要求，且達到了歐盟和日本的排放標準（見表3）。

表3 污染物排放標準及監測值

5.2 運行兩年后對濾料的測試

2007年12月對該項目的濾料進行例行測試，從中抽出兩條送到東北大學濾料監測中心進行檢測。測試結果見表4。

6 結語

該垃圾焚燒發電廠采用新型水刺濾料2年多連續運行，說明此種濾料具有良好的技術性能和經濟性能，雖然一次性投資成本比其它濾料高，但綜合來看，新型濾料具有很高的性價比。新型濾料憑借其高超的捕集性能、耐久性能以及優越的經濟性，在眾多的工業領域發揮出高水準性能，隨著人們環保意識的提高和經濟的發展，新型濾料逐漸會被社會認可。

表4 運行兩年后的濾料檢測結果

[1]易碧丹.晉江垃圾焚燒發電綜合處理廠工程實例[J].中國環保產業，2006 （2）：22-24.

[2]周立榮.垃圾焚燒發電廠袋式除塵器濾料的選擇[J].中國環保產業，2006 （10）：35-38.

[3]胡玉鋒.如何科學地選擇帶式除塵濾料[J].非織造布，2005（6）：15-17．

[4]孫宏.戈爾superflex“焚燒王”技術[J].建筑設備設施與技術，5（4）：32-33．

Application of Filter Materials of Spunlaced Felt in Flue Gas Treatment of Garbage Incineration

GUO Chong

X701

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1006-5377（2012）05-0038-04