燃煤電廠電袋復(fù)合除塵器的阻力計算及分析

陳秀娟

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)保要求日益嚴(yán)格，2015年國務(wù)院常務(wù)會議明確提出，要全面實施燃煤電廠超低排放，燃煤電廠污染物排放濃度限值要求下調(diào)至10mg/Nm3。2017年，政府工作報告中再次提到超低排放，要求加大燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造力度，東中部地區(qū)需在兩年內(nèi)提前完成，西部地區(qū)于2020年完成。

電袋復(fù)合除塵器是實現(xiàn)超低排放的重要除塵設(shè)備之一，目前在我國燃煤電力行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，具有長期穩(wěn)定低排放、低阻力、節(jié)能、操作簡單等優(yōu)點。電袋復(fù)合除塵器的阻力值是反應(yīng)設(shè)備運行情況的重要性能考核指標(biāo)，其運行阻力的高低對濾袋的使用壽命有重要影響，同時也會影響風(fēng)機(jī)的運行。

電袋復(fù)合除塵器是將靜電除塵和過濾除塵機(jī)理有機(jī)結(jié)合的復(fù)合除塵設(shè)備。它充分利用前級電場收塵效率高和顆粒荷電的特點，大幅降低進(jìn)入濾袋區(qū)煙氣的含塵濃度，降低了濾袋煙塵負(fù)荷，避免粗顆粒對濾袋沖刷的磨損，并利用荷電粉塵過濾機(jī)理而提升設(shè)備的綜合性能[4]。常規(guī)電袋復(fù)合除塵器的出口顆粒物濃度一般可實現(xiàn)小于30mg/m3或低至小于20mg/m3[5]。

1 電袋復(fù)合除塵器的阻力構(gòu)成

電袋復(fù)合除塵器的阻力指煙氣通過電袋復(fù)合除塵器的流動阻力，當(dāng)除塵器進(jìn)出口近似位于一個標(biāo)高且截面積相等時，進(jìn)出口氣體的平均靜壓差能反應(yīng)除塵器阻力情況。目前國內(nèi)大部分電袋復(fù)合除塵器設(shè)備正常運行時運行阻力≤1200Pa（部分阻力≤1000Pa）[1]。

設(shè)備阻力ΔP包括除塵器結(jié)構(gòu)阻力ΔPg和過濾阻力ΔPL，過濾阻力又由潔凈濾料阻力ΔPj、濾料粉塵殘留阻力ΔPc和堆積粉塵阻力ΔPd三部分組成[2]（如圖1），即：ΔP=ΔPg+ΔPL

濾料深層阻力ΔPs由潔凈濾料阻力ΔPj及濾料粉塵殘留阻力ΔPc組成。

1.1 電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)阻力

電袋復(fù)合除塵器的結(jié)構(gòu)阻力主要為氣流經(jīng)過進(jìn)口喇叭、殼體、電場區(qū)、煙道等部位產(chǎn)生的摩擦阻力和局部阻力之和。根據(jù)經(jīng)驗，電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)阻力一般在200～250Pa。

圖1 濾料過濾阻力ΔPL組成

1.2 電袋復(fù)合除塵器濾料阻力

1.2.1 潔凈濾料阻力ΔPj

《袋式除塵器技術(shù)要求》（GBT6719-2009）規(guī)定，濾料阻力特性以潔凈濾料阻力系數(shù)及殘余阻力值表示，非織造潔凈濾料阻力要求≤300Pa，機(jī)織濾料潔凈阻力要求≤400Pa。

對針刺未覆膜濾料、針刺覆膜濾料進(jìn)行不同過濾風(fēng)速下的阻力試驗研究，從圖2、圖3可知，阻力均與過濾風(fēng)速呈線性關(guān)系。從試驗數(shù)據(jù)來看，針刺未覆膜濾料阻力為20.86Pa（過濾風(fēng)速1m/min），當(dāng)過濾風(fēng)速為1.3m/min時，阻力為26.3Pa。覆膜濾料潔凈濾料阻力稍大，其阻力為51.5Pa（過濾風(fēng)速1m/min），當(dāng)過濾風(fēng)速為1.3m/min時，阻力為67.7Pa，如表1。

圖2 潔凈針刺未覆膜濾料阻力隨過濾風(fēng)速變化

圖3 潔凈針刺覆膜濾料阻力隨過濾風(fēng)速變化

表1 不同濾料不同過濾風(fēng)速下阻力Pa

總的來說，電袋復(fù)合除塵器中新袋潔凈濾料（非覆膜）阻力≤30Pa，覆膜濾料阻力≤80Pa。濾料的材質(zhì)、生產(chǎn)工藝、性能參數(shù)和粉塵的性質(zhì)等會對濾袋阻力造成一定影響。采用表面過濾技術(shù)（覆膜、超細(xì)纖維面層等）濾料潔凈阻力較高。

1.2.2 濾料深層阻力ΔPs

根據(jù)電袋復(fù)合除塵器的粉塵荷電原理，濾袋表面形成粉餅層進(jìn)行過濾，但隨著濾袋的使用時間增加，濾料纖維孔隙會被粉塵侵入，濾料由面層過濾變成深層過濾模式（三維過濾）。殘留在濾料中的粉塵不斷增加，會導(dǎo)致濾料的過濾阻力增大。

對3個電廠的舊濾料袋進(jìn)行不同過濾風(fēng)速下的阻力研究（見表2）。

表2 三電廠使用濾料信息

從圖4～圖6可知，濾料深層阻力ΔPs（濾料殘余粉塵阻力ΔPc+潔凈濾料阻力ΔPj）與過濾風(fēng)速基本呈線性關(guān)系。表3為3個電廠濾料深層阻力ΔPs折算過濾風(fēng)速為1m/min、1.3m/min下的殘余阻力，最大阻力不超300Pa。

圖4 電廠1深層阻力ΔPs隨過濾風(fēng)速變化

圖5 電廠2深層阻力ΔPs隨過濾風(fēng)速變化

圖6 電廠3深層阻力ΔPs隨過濾風(fēng)速變化

表3 三電廠不同過濾風(fēng)速下深層阻力ΔPs （單位：Pa）

1.2.3 堆積粉塵層阻力ΔPd

電袋復(fù)合除塵器濾袋表面粉塵由于荷電作用，在靜電作用下顆粒層的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，不易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。清華大學(xué)宋薔等人與福建龍凈環(huán)保股份有限公司合作，對堆積粉塵層的阻力情況進(jìn)行研究。試驗采用PPS濾料，過濾風(fēng)速分別選取1.3、1.5、1.8、2.0 m/min；粉塵濃度分別選取20、40、60、80g/Nm3進(jìn)行試驗，得到不同粉塵濃度下過濾壓降增長率隨過濾風(fēng)速以及粉塵濃度的變化。

從圖7和圖8可看出，過濾壓降增長率隨過濾風(fēng)速增加而增加，過濾風(fēng)速低于1.8m/min時增長較為緩慢，過濾風(fēng)速大于1.8m/min時壓降增加較為明顯。過濾壓降的增長率隨粉塵濃度的增加而增加，且基本呈線性關(guān)系[3]。

從電袋除塵器的實際情況考慮，袋區(qū)粉塵進(jìn)口濃度一般為5g/Nm3，最大為10g/Nm3。試驗采用PPS濾料，過濾風(fēng)速分別選取1.3、1.5、1.8m/min，粉塵濃度分別選取1、5、10g/Nm3進(jìn)行試驗，得到過濾壓降增長率與過濾風(fēng)速的關(guān)系曲線（圖9），不同顆粒濃度下的過濾壓降增長率隨過濾風(fēng)速變化。按過濾風(fēng)速1.3m/min、袋區(qū)進(jìn)口粉塵濃度10g/Nm3、一個清灰周期30min進(jìn)行計算，ΔPd=0.055Pa/s×1800s=99Pa。

圖7 過濾壓降增長率與過濾風(fēng)速的關(guān)系曲線

圖8 過濾壓降增長率與來流粉塵濃度的關(guān)系曲線

圖9 過濾壓降增長率與過濾風(fēng)速的關(guān)系曲線

2 電袋復(fù)合除塵器理想的設(shè)備阻力

基于以上分析，電袋復(fù)合除塵器理想設(shè)備阻力及分布如表4。

表4 電袋復(fù)合除塵器理想設(shè)備阻力和分布

3 電袋復(fù)合除塵器設(shè)備阻力影響因素

從電袋復(fù)合除塵器設(shè)備阻力組成分析，除塵器本體結(jié)構(gòu)阻力一般變化較小，在200～250Pa之間，設(shè)備阻力主要受過濾阻力影響。

3.1 濾料的合理選擇

電袋復(fù)合除塵器在運行過程中要防止粉塵進(jìn)入濾料纖維間隙，盡量降低濾料粉塵殘余阻力。合理采用覆膜濾料或迎塵面添加超細(xì)纖維等面層過濾濾料，是降低濾料粉塵殘余阻力的有效措施。

3.2 清灰系統(tǒng)對過濾阻力的影響

清灰系統(tǒng)由脈沖閥、儲氣罐、空壓機(jī)、噴吹管、氣路等組成，以下諸多因素都會導(dǎo)致噴吹功能下降甚至失效：1）氣包漏氣，無法完成正常噴吹；2）脈沖閥出現(xiàn)故障，無法噴吹；3）噴吹管脫落；4）噴吹管安裝偏心；5）清灰參數(shù)設(shè)置不合理，例如清灰周期太短造成噴吹壓力不足。如出現(xiàn)以上情況，必然導(dǎo)致濾袋表面粉塵清灰效果不佳，甚至積灰嚴(yán)重，設(shè)備阻力上升。

3.3 鍋爐“四管”泄漏

在鍋爐運行中若發(fā)生“四管”泄漏時，煙氣中水分增加，可能會造成潮濕粉塵黏結(jié)在濾袋表面，顆粒狀結(jié)塊甚至大面積板結(jié)，清除困難，導(dǎo)致濾袋過濾阻力明顯升高。

3.4 除塵器漏水

除塵器頂蓋或其它部位出現(xiàn)漏水，會造成潮濕粉塵黏結(jié)在濾袋表面，不易清除，隨著運行時間增加，甚至出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，濾袋過濾阻力上升。

4 結(jié)論

電袋復(fù)合除塵結(jié)合了電除塵和布袋除塵的優(yōu)點，是實現(xiàn)超低排放的一種新型除塵技術(shù)，其設(shè)備阻力是考量設(shè)備性能的一項重要指標(biāo)。選擇覆膜或表面添加超細(xì)纖維等面層過濾的濾料；在投油助燃前對濾袋進(jìn)行預(yù)涂灰處理，防止燃油黏附在濾袋表面；合理設(shè)置清灰參數(shù)、控制清灰系統(tǒng)的運作，保證有效的清灰效果；避免鍋爐“四管”爆裂、防止除塵器漏水等，都是控制設(shè)備阻力的有效措施。

[1] 許東旭，趙永水，周炎，等.電袋復(fù)合除塵器運行阻力升高的原因分析及對策[C].第十五屆中國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集，578-580.

[2] 王冠，王海濤，張殿印.脈沖袋式除塵器的阻力分析[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011（9）：31-34.

[3] 詹亮亮，盧錦奎，翁煜彬.荷電對粉塵過濾過程影響的研究[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011（10）：40-44.

[4] 奎續(xù)陸.超凈電袋復(fù)合除塵器在劣質(zhì)煤電廠的長期高效穩(wěn)定運行[J].電力科技與環(huán)保，2017，33（5）：22-25.

[5]朱法華，孟令媛，嚴(yán)俊波，莫華.超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)及其在超低排放工程中的應(yīng)用[J].電力科技與環(huán)保，2017，33（1）：1-5.