關于電袋復合除塵器總體設計的若干問題

吳偉玲

【摘 要】電袋復合除塵器經過幾年的大力推廣及在大型機組（660MW機組）的成功應用，已經在各行業得到廣泛應用。論文就電袋復合除塵器總體設計的若干問題進行了簡要介紹。

【Abstract】After several years of vigorous promotion， electric bag composite dust collector has been successfully used in large-scale units（660MW unit）， and has been widely used in various industries. This paper gives a brief introduction to the overall design of the electronic bag compound dust collector.

【關鍵詞】電袋復合除塵器；電場區；濾袋區；濾料

【Keywords】electric bag compound dust collector； electric field area； filter bag area； filter material

【中圖分類號】TM925.31 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0162-05

1 引言

FE電袋復合除塵器是福建龍凈環保股份有限公司為了更好地適應國家“節能減排”要求，通過深入研究電除塵與布袋除塵特點有機結合的相關技術，自主研發的一種全新的高效除塵器。具體是指在一個箱體內緊湊安裝電場區和濾袋區，是有機結合靜電除塵和過濾除塵兩種機理的一種新型除塵器。電袋復合除塵器是提高除塵效率和降低除塵器能耗的新一代產品，該產品將成為我國燃煤電廠及其他工業窯爐實現新標準（≤30mg/Nm3）達標排放的可靠的新型除塵設備。

電袋復合除塵器屬非標產品，其工況條件、設備所需達到的性能要求及用戶需求不同，除塵器的總體設計方案亦有所不同。以下就電袋復合除塵器總體設計的若干問題作簡要介紹。

2 原始資料的收集

2.1 燃料的分析

電袋復合除塵器經過幾年的大力推廣及在大型機組（660MW機組）的成功應用，已經在各行業中廣泛應用。因此在總體設計的初期，必須明確使用的燃料的品種如：煤、垃圾、秸稈等。

針對現有的案例，電袋復合除塵器大部分使用在燃煤電廠。對使用燃煤的電場需收集下列資料：煤質資料、耗煤量、粉塵性質（比電阻、堆積密度、灰成分分析等顆粒級配）。

2.2 場地要求

電袋復合除塵器應根據用戶提供的場地要求調整布置形式，電袋復合除塵器既可以用在新建項目上，也可以用在增效改造項目上。特別是隨著國家新排放標準的推出，電除塵器增效改造采用電袋復合除塵器方案已是一種趨勢，此時對場地限制更為嚴格，總體設計時應采用合理的電袋結構形式，最大限度地利用原有結構。

2.3 主要設計參數

①煙氣量：煙氣量是總體設計中最重要的參數之一，其實際煙氣量的大小與所選設備容量規格密切相關。因此，為控制設備成本，做到最優、最省的總體方案設計，有必要對煙氣量進行校核。一般可按提供的煤質資料、耗煤量、過剩空氣系數、當地大氣壓等參數計算除塵器入口煙氣量，驗算所提資料煙氣量是否有較大偏差；如無法提供較準確的煤質資料、耗煤量、過剩空氣系數等資料，可參照表1核對。

②入口濃度：電袋復合除塵器對煤種、煙塵比電阻、灰分變化的適應能力強，出口排放濃度能夠長期高效、穩定地滿足排放標準的要求。但是，如果入口濃度與設計值偏離過大，電場區設計容量不太夠時，勢必增加袋區負荷，影響濾袋壽命。因此，準確地掌握除塵器入口濃度變化范圍是必要的。入口濃度可按下列經驗公式計算：

P入=（Aar×C）×0.9×106÷Q0

式中：P入—入口濃度，g/Nm3；

Aar—煤的灰分含量，%；

C—耗煤量，t/h；

Q0—標況煙氣量，Nm3/h。

③煙氣溫度：保證高于酸露點以上20～30℃；

④出口排放濃度（標態）：一般需滿足國標或地區排放的要求（國家新標準小于30mg/Nm3）。

2.4 當地氣象條件

了解當地海拔高度和大氣壓、風載、雪載及地震載荷等。

3 電袋復合除塵器的結構形式

目前，在除塵市場中有多種除塵結構稱為電袋復合除塵器，根據電袋復合除塵器原理中的除塵、荷電作用以及國標定義，它是指在一個箱體內緊湊安裝電場區和濾袋區，有機結合靜電除塵和過濾除塵兩種機理的一種除塵器。（見圖一、圖二）

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圖1 電袋復合除塵器結構 圖2 分體雙級除塵器結構

如上圖所示，圖一為整體式電袋復合除塵器，圖二為一種雙級除塵器。近年來，雙級除塵器在國內市場中逐步減少，整體式電袋復合除塵器已成為電袋技術發展的主流。

清灰技術是濾袋區核心，直接影響運行阻力和濾袋壽命。采用低壓脈沖長袋技術，可保證每個濾袋具有最佳的袋底清灰壓力，且濾袋不發生局部破損，保證濾袋區的清灰高效、穩定。根據袋區清灰方式的不同，可以分為低壓脈沖行噴吹及低壓脈沖旋轉噴吹結構。

3.1 行脈沖噴吹的優點

①脈沖清灰壓力為0.2～0.3MPa，在所有清灰技術中其效率最高，力度上能有效克服細粘煙塵在濾袋上的粘合力。

②行噴的濾袋布置按行列矩陣布置，前后左右濾袋之間間隔均勻，以保證氣流銜接與分布均衡。

③低壓脈沖噴吹機構能夠準確地、不遺漏地對每個濾袋清灰，不會出現無噴吹或過噴現象。

④清灰機構無轉動部件，確保可靠性。

3.2 旋轉噴吹的優點

①采用不間斷旋轉的脈沖清灰方式，是利用不停旋轉的清灰臂，對準整個室的濾袋進行脈沖噴吹，一個布袋單元只需一個大口徑的脈沖閥，與常規脈沖噴吹類型相比：可從數百個脈沖閥減少到數十個，大幅度簡化清灰系統結構及相應的電氣控制，檢修維修量減少，因此特別適合中大型機組配套使用。

②脈吹清灰壓力為0.085MPa左右，而常規噴吹布袋的工作壓力在0.2～0.3MPa。相比脈沖工作壓力低，其優點有：一為空氣釋放比低，溫度降低量少，飽和蒸汽水冷凝結露量小，利于延長袋口使用壽命；二是更低噴吹壓力氣流對布袋的沖刷損傷小，利于延長袋口使用壽命；三是氣源升壓降壓過程的能耗小，更節能。

③采用橢圓形濾袋，沿圓周輻射形布置，最大限度地利用了袋室的空間，減少了占地。

4 電場結構形式及主要參數

4.1 電場結構形式

電袋復合除塵器的電場數少，若出現故障將影響后級濾袋區的運行性能。在進行中小型機組項目設計時，電場區設計一般采用1個電場，可考慮采用前后小分區供電，即把1個電場分成2個分區，若1個分區出現故障時，另一個分區仍可正常工作，以確保電除塵區的投運率及可靠性。

4.2 電場區主要參數

電袋復合除塵器中電場區有著極其重要的作用，它直接影響了后級濾袋區各項運行性能及濾袋使用壽命，其作用不可忽略，因此，對于電場區的設計必須要科學合理，更不能因為有濾袋區來保證排放效果而忽視或折扣了電場區的設計。特別是對于大型機組，其設備運行的可靠性及安全性尤其重要。

①電場數：電袋復合除塵器根據項目機組大小，電場數的多少可參考表2進行選取。

表2 電袋復合除塵器電場數的選取

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②比積塵面積：電場區的除塵效率與電場區極板比積塵面積呈指數關系，電場區的電場數從2-4的每遞增一個，其效率的遞增數越小。電袋復合除塵器總體設計時，應根據濾袋區入口濃度要求選擇電場區除塵效率，并參照電袋復合除塵器國家標準，其電場區的比積塵面積可按表3進行參考設計。

③電場風速：電場風速過高，容易產生二次揚塵。進行電袋復合除塵器總體設計時，可選電場風速1.1～1.2m/s，對于入口濃度較高的項目，電場風速可取低值。

④通道數、電場有效長度及極板有效高度：在電場數、總集塵面積、電場風速確定的條件下，通過分別調整通道數、電場有效長度和極板有效高度，便可確定電場規格。同時，在設計時應充分考慮濾袋區布置、電場高寬比等參數，做到性價比最高。

⑤高壓電源選擇：當進口含塵濃度較高時，可考慮采用高頻電源。對于高濃度煙氣工況，高頻供電有利于提高前級電除塵區的除塵效率，降低濾袋區的入口含塵濃度，并強化煙塵的荷電效果，提高細微粉塵凝并能力，改善濾袋表面粉塵堆積結構，提高濾袋表面粉餅透氣性和清灰性能，降低濾袋阻力上升率和清灰頻率，有利于延長濾袋使用壽命。

5 濾袋區結構型式及主要參數

5.1 清灰方式

目前，濾袋區清灰方式主要有低壓行脈沖噴吹和低壓回轉脈沖清灰兩種類型。綜合考慮氣流分布、清灰效率、設備安全可靠等因素，濾袋區選用低壓行脈沖噴吹技術更能發揮電袋復合除塵器低阻、濾袋長壽命性能。

5.2 濾袋區主要參數

①過濾風速：根據電袋工程實踐，在滿足設備總阻力小于1200Pa時，濾袋區的過濾風速取1.2m/min～1.3m/min即可滿足性能要求。

②清灰周期

最小清灰周期一般是指在濾袋使用末期，考慮最惡劣工況下所需的脈沖清灰周期。清灰周期大小一般按電場區出口濃度劃分，以50MW以上機組為例，其清灰周期可參考表4選取。

表4 電袋復合除塵器最小清灰周期

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當機組較小時，其所需配置脈沖閥數量較少，此時清灰周期需適當進行調整，避免出現清灰氣源補氣不足。

③脈沖閥數量

根據除塵器的處理煙氣量、預選取的過濾風速及選定的濾袋規格，可理論計算出設備所需濾袋條袋數，再進行矩陣排列，得出單行噴吹濾袋數及脈沖閥總數。不同規格或不同廠家的脈沖閥，在相同工況條件下，所能噴吹的濾袋條袋數亦有所不同。龍凈公司擁有國內外最大型脈沖噴吹實驗臺，可進行最長10m濾袋的多種組合噴吹試驗，為電袋復合除塵提供可靠的技術支撐。同時，單行噴吹數的多少還與電場區的選擇密切相關，怎樣做到結構最合理、性能最優、性價比最高成為各個生產廠家的技術秘密。

6 濾料的選擇

6.1 煙氣工況條件對濾袋壽命的影響

煙氣工況條件與燃用煤種、爐膛類型、燃燒方式、設備漏風率、系統運行操作等因素有關，它影響著煙氣的化學成分與運行溫度，這些工況條件將直接影響濾袋的使用壽命。

每種濾袋材質都具有特定的物理、化學性能，行業中通常使用抗溫、抗酸、抗堿、抗氧化、抗水解5項指標來評測濾材物理、化學性能的優劣。在工業應用中，常用幾種濾材性能見表5。從表中可以看出不同濾材中，除PTFE材質具有全面最優的綜合性能外，其他均有1～3項不足之處。PPS是目前燃煤鍋爐煙塵治理時的主要濾材，雖然它有較優良的抗酸性能，但在實踐應用中發現，PPS在復雜的燃煤煙氣中，承受酸腐蝕的能力不太理想，行業中已發生多起因酸腐蝕引起PPS濾袋短期內大量破損的案例，因此，正確對待煙氣條件對PPS濾袋使用壽命的影響，將有利于電袋除塵的長期穩定性能。

燃煤鍋爐煙氣成分中主要有COx、H2O、SOX、NOX、O2等，能直接破壞PPS材料的主要成分為SO3和NO2、O2。一定條件下當SO3、NO2與H2O化合形成硫酸和硝酸時，會對PPS產生強烈的腐蝕，高濃度酸液還具有強氧化性。同時O2對PPS濾材也具有氧化破壞作用。這些有害氣體在不同溫度下對PPS破壞的規律如下：

①隨著溫度的上升，化學物質對濾材的氧化速度加快，煙氣發生酸結露概率減小，氧化成為破壞濾袋的主導因素。

②隨著溫度的下降，化學物質對濾材的氧化速度減緩，發生酸結露概率增加。當溫度下降至煙氣露點溫度以下時，酸液腐蝕成為破壞濾袋的主導因素。

6.2 濾料的選擇

龍凈環保特別重視煙氣條件影響濾袋壽命的課題研究，從2008年開始，與有關高等院校、日本東麗公司、濾袋廠家合作通過運行觀察、破損濾袋檢測、煙氣成分測試、新材質濾袋試用等方法，尋找煙氣條件影響濾袋壽命的規律與對策。初步結論為：

①PPS濾袋的使用條件有局限性，并非適用于所有燃煤煙氣工況。

②對于燃煤硫含量高于1.0%且爐內不脫硫、煙氣NOX濃度高且無脫硝裝置、設備漏風率大、運行溫度幅度波動大的煙氣條件，選擇濾料時必須慎重，應考慮選擇一種耐溫、耐腐蝕、抗氧化性能更優的新型濾料。

濾料的選擇是各電袋生產廠家的專有技術，不同的工況條件和不同的除塵性能要求，所選擇的濾料存在極大差別。一般來講，濾料的選擇需考慮煙氣溫度、煙氣化學成分、粉塵性質、顆粒極配，同時還需考慮煙氣含塵量、排放要求、系統阻力及用戶的經濟能力等，總體方案設計時，濾料可按以下條件選取[1]。

首先，當煙氣條件合適時，優選PPS濾袋。適用條件如下：

①煙氣化學成份條件

SOX濃度：<700ppm（～2000mg/Nm3），折算成煤的收到基全硫<1.0%；

NOX濃度：<200ppm（～400mg/Nm3）；

煙氣氧含量：當溫度≤160℃時，O2<8%，溫度≤160～170℃時，O2<5%。

②煙氣溫度

下限溫度：高于酸露點20℃以上；

上限溫度：≤160℃；

上限溫度極限：瞬時為180℃，每次不超過半小時，1年累積不超過200小時。

其次，當煙氣條件長期為高溫、高氧、高硫或低溫時，濾料需選擇PTFE做主材。

①改善排放和穩定阻力的措施：

第一，P84復合濾料；

第二，PTFE覆膜濾料；

第三，濾料采用高克重。

②濾料克重要求：對于常規工況，以PPS為主材的濾料，要求克重為（550～600）g/m2，而對于特殊工況，需以PTFE為主材的濾料，克重需做到（600～800）g/m2，具體應以實際工況要求選擇。

濾料材質的選擇需同時考慮各種工況條件、除塵性能要求及除塵器的設計參數。濾料材質選擇應慎重，特別是在工況條件較惡劣時，選擇合適的濾料才能滿足排放及壽命等要求。

7 結語

由于篇幅有限，本文僅針對電袋復合除塵器總體設計的一部分內容：原始資料收集、電袋復合除塵器的結構形式、電場區與濾袋區的結構形式和主要參數及濾料的選擇作簡要介紹。針對國家環保排放≤30mg/Nm3的新標準，電袋復合除塵器將成為更多除塵行業的優先選擇。

【參考文獻】

【1】吳江華， 賴志華. 電袋復合除塵器是城市新建燃煤機組可靠保證排放≤30mg/Nm3的優選技術[C].2009全國燃煤電廠除塵技術論壇， 2012.