火力發電廠袋式除塵器濾料材質選型探討

郭偉++崔寧++田鉑++韓立軍

摘 要：隨著我國環保形勢日益嚴峻，火力發電廠在滿足《火力發電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）中煙塵排放限值要求的同時，均以煙塵排放低于5 mg/Nm3作為更高的標準進行建設，普通靜電除塵器已難以滿足超低排放的要求，絕大多數火力發電企業采用“布袋除塵器+濕式靜電除塵器”作為主要的減排方式。濾袋占布袋除塵器總造價的40%，檢修費用的85%，因此，濾袋的壽命將直接影響電廠的運行費。以大唐清苑熱電有限公司為例，對燃用中硫煤電廠除塵器濾袋材質的選擇進行了分析，以期從濾袋材質選擇層面盡量延長濾袋的使用壽命，達到在減排的同時降低運行費用的目的，并為其他工程濾料選擇提供借鑒。

關鍵詞：中硫煤；布袋除塵器；濾袋材質；火力發電廠

中圖分類號：X701.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.104

《火力發電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）于2012-01-01執行，其中對新建電廠煙塵排放的限值由原來的50 mg/Nm3調整為30 mg/Nm3。此外，隨著近年來我國環保形勢日益嚴峻，越來越多的火力發電廠建設伊始即以低于5 mg/Nm3作為建設標準。煙塵排放濃度限值的不斷降低促使絕大多數火力發電企業采用“布袋除塵器+濕式靜電除塵器”作為主要的減排方式。據統計，在布袋除塵器總造價中，濾袋成本占40%，而濾袋的更換更達到了布袋除塵器日常檢修費用的85%以上，因此，如何延長濾袋的使用壽命，從而降低電廠運行成本是眾多電廠共同關心的問題。本文以大唐清苑熱電廠為例，對燃用中硫煤電廠除塵器濾袋材質的選擇進行分析，以期從濾袋材質選擇層面盡量延長濾袋使用壽命，達到在減排的同時有效降低運行費用的目的。

袋式除塵器是依據濾料固有的物理過濾特性以及附著在濾料表面粉塵層的過濾性來截留煙氣中具有一定顆粒度的粉。它依賴于濾料在厚度方向的纖維密度來決定過濾能力，成為深層過濾技術。濾料是布袋除塵器中最關鍵、最易損和最昂貴的部件，是影響投資、運行成本的主項。濾料的選擇關系到除塵器能否長期、可靠、高效地使用。因此，濾料應根據生產實際情況以及布袋除塵器的工作要求選擇。

按照《中國煤中硫份等級劃分標準》劃分，中硫煤系指硫分在1%～2%的燃煤（其中，1%～1.5%稱“低中硫煤”）。當鍋爐燃用較高硫份燃煤時，煙氣中硫氧化物、氮氧化物濃度很高，煙氣中酸性氣體的腐蝕會造成濾料的損壞，使濾袋壽命縮短。

大唐清苑熱電廠地處保定市清苑縣，裝機規模為2×300 MW，選用上海鍋爐廠生產的亞臨界1025 t/h中間再熱自然循環鍋爐，每臺鍋爐配2臺低壓脈沖旋轉噴吹布袋除塵器，除塵器保證效率大于等于99.93%，出口煙塵濃度小于30 mg/Nm3。煤源為山西陽泉、昔陽等地的貧煤，煤質如表1所示。

布袋除塵器基本參數如表2所示。

1 布袋除塵器濾袋材質簡述

用于袋式除塵器的濾料主要有機織物、非織造材料和復合材料。機織濾料作為傳統的加工方式，因其生產成本低廉而在濾料市場上仍然占有一席之地；非織造材料由于其復雜的三維網絡結構，在有限的材料空間內含有大量的微孔和彎曲通道，具有良好的過濾性能，是除塵濾袋的理性材料；復合材料通過覆膜、涂層/層合、原料差別化、工藝差別化等技術手段使材料的過濾性能更為優異，更加符合環保要求。

1.1 PPS聚苯硫醚

PPS具有極佳的耐堿性和較好的耐酸性，但PPS的抗氧化性能比較弱，在含氧量高或煤質含硫量較高的工況中均不適用。其耐溫為160～180 ℃，可在160 ℃的溫度下連續工作運行，瞬間可以承受190 ℃的高溫。當運行溫度超過190 ℃時，PPS的強力會急劇衰減；當被處理的煙氣中氧（O2）含量超過8%時，PPS會被氧化，即PPS大分子結構中的S和O結合，產生SOX，使原本PPS分子結構變化，不具有原本的耐酸、耐堿性能，從而失去強力，直接表現就是“破袋”。當煙塵含氧量超過15 %時，就不能使用該種濾料。

1.2 芳香族聚酰胺合成纖維

此類纖維應用較多的主要是美塔斯耐高溫纖維，其耐溫204 ℃，瞬間可達240 ℃。但其耐酸性、抗水解性稍差，其主要應用于經徹底脫硫的循環流化床鍋爐或含硫極低的煙氣過濾場合。

1.3 聚四氟乙烯

PTFE，即聚四氟乙烯，具有優異的耐化學腐蝕性能，不受煙氣腐蝕，可為濾料提供強有力的支架，延長濾料的使用壽命。PTFE可以在240 ℃的連續運行溫度，在瞬間260 ℃的溫度條件下，能耐全部pH值范圍內的酸堿侵蝕。PTFE基布自潤性極佳，不吸潮，能承受紫外線輻射。用非織造針刺法制作的聚四氟乙烯纖維濾袋可以使袋式除塵器達到非常好的除塵效果，無論除塵器進口煙氣中粉塵的濃度有多高，除塵器出口煙氣中的粉塵濃度均可降低到20～30 mg/m3，它是抗水解、抗腐蝕性最強的化學纖維。

1.4 P84纖維（聚酰亞胺）濾料

P84纖維濾料可在260 ℃以下連續使用，瞬時溫度可達280 ℃。除此之外，P84纖維三葉形橫截面形成了非常高的纖維表面積系數，與圓形或豆形截面纖維相比，具有較大的比表面積，增大了捕集塵粒的機會，而且P84纖維特殊的截面形態使得粉塵大部分被集中到濾料的表面，很難滲透到濾料的內部堵塞孔隙，降低運行阻力。

1.5 玻璃纖維

玻璃纖維可以在260 ℃（中堿）/280 ℃（無堿）的溫度條件下長期工作。瞬間溫度可達350 ℃。它具有突出的尺寸穩定性，拉伸斷裂強度高，耐腐蝕性強，表面光滑，憎水透氣，容易清灰，化學穩定性好，是環境保護行業的更新換代產品。但是它的缺點是耐折性差。

2 大唐清苑電廠布袋除塵器濾料方案

大唐清苑電廠燃用煤質含硫量在1.67%～1.82%之間，屬中硫煤，煙氣中較高的SOX含量提升了酸露點溫度，增加了煙氣酸結露的風險。同時，該工程屬于供熱機組，機組負荷變化較為較大，可能出現頻繁起停爐的現象，造成濾袋多次穿越酸露點，使濾袋酸腐蝕破壞，濾袋過早失效。如果機組在正常運行中發生大量破袋現象，更換濾袋不僅將增加檢修維護費用，還為滿足環保要求將迫使機組非計劃停運，影響發電量和供熱量。因此，濾袋材質的選擇正確與否將直接影響機組運行的可靠性。根據本工程煤質及煙氣情況，初步擬定了濾料的兩個方案，即PPS纖維+PPS基布（表面PTFE浸漬）和PPS纖維+PTFE基布。以下就兩方案的優缺點及經濟性進行分析。

2.1 兩種濾料方案性能對比及分析

PPS纖維+PPS基布（表面PTFE浸漬）是PPS針刺氈后處理的一種工藝，是針刺好的PPS濾布在含有PTFE的乳液里浸漬后，再通過高溫烘焙，使濾料表面形成一種含有PTFE材料的保護層，達到濾料具有拒水防油的效果，并且能提高PPS濾料的抗氧化性能，使濾料表面更加光滑，更容易清灰，從而延長濾料的使用壽命。

PPS纖維+PTFE基布由上下兩層PPS針刺氈和中間一層PTFE基布組成，針刺氈強力60%靠基布提供，強力是壽命的最重要體現，采用PTFE基布，濾袋整體強力衰減更慢（PPS基布強力衰減50%的情況下，PTFE基布強力衰減只有10%），抗化學腐蝕能力和耐瞬間高溫的能力大幅提升，延長使用壽命。

兩種濾料方案的性能對比如表3所示。

由表3可以看出，無論是PPS纖維+PPS基布方案，還是PPS纖維+PTFE基布，均具有良好的應用效果。方案二相對于方案一有以下優點：①PTFE具有優異的耐化學腐蝕性能，在運行溫度范圍內，能承受所有的化學腐蝕。PPS的抗氧化性能比較弱，在含氧量高或煤質含硫量較高的工況中均不適用。PTFE基布不受煙氣腐蝕，可為濾料提供強有力的支架，延長使用壽命，對煤種變化的適應性更強。②針刺氈強力60%靠基布提供，強力是壽命的最重要體現，采用PTFE基布，濾袋整體強力衰減更慢。

結合上述分析，考慮清苑電廠燃用中硫煤，煙氣腐蝕性較強，且供熱電廠的性質決定了機組負荷變動較大，因此本項目濾袋采用方案二：PPS纖維+PTFE基布可以有效提高除塵器濾袋的壽命，規避因機組簡短時期運行工況變化大帶來的不利因素，提高機組運行的可靠性。

2.2 國內電廠采用兩種濾料方案的統計

PPS纖維+PPS基布（表面PTFE浸漬）和PPS纖維+PTFE基布兩種濾料方案在國內新建電廠中均有應用，兩方案應用于電廠的情況統計如表4所示。

從表4的不完全統計可以看出：①國內機組，含硫量小于1%的機組基本采用PPS纖維+PPS基布，含硫量大于2%的機組基本采用PPS纖維+PTFE基布，含硫量1%～2%的機組兩種都有應用；②隨著含硫量的上升，PPS纖維+PPS基布的使用越來越少；③目前，國內采用PPS纖維+PTFE基布是提高濾袋抗高硫煤主要措施，可以提高機組運行的可靠性，特別是含硫量為2%左右的機組。

2.3 兩方案技術經濟比較

根據國內電廠布袋除塵器運行情況及與各除塵器廠家溝通，結合本工程煤質及煙氣特性，采用PPS纖維+PPS基布（表面PTFE浸漬）方案濾袋壽命為2.5年，采用PPS纖維+PTFE基布方案濾袋壽命可達4年。但兩方案初投資相差較大，具體數據如表5所示。

說明：為簡化起見，按照濾袋到達使用年限后全部更換計算檢修費用。

從上表可以看出，采用方案二PPS纖維+PTFE基布比方案一PPS纖維+PPS基布（表面PTFE浸漬）年檢修費用低73.69萬元，但對于初投資，方案二比方案一多230萬元。假定Y年后兩者費用持平，則解方程874.84+349Y=1 104.84+276.21Y，得Y=6.71年，即6.71年時，兩方案總費用（初投資+檢修）相當。此后，方案二具有明顯效益。以電廠30年設計壽命計算，采用方案二比方案一可節省1 980.44萬元，經濟效益明顯。