火电厂袋式除尘器滤袋选型与失效

2015-12-06 07:50:23 | 来源：新浪微博 | 投稿：环保专家199801 | 编辑：小柯

原标题：火电厂袋式除尘器滤袋选型与失效

滤袋和笼骨组成了袋式除尘器的过滤系统，对于整台锅炉袋式除尘器而言，滤袋是其核心部件。滤料质量直接影响除尘器的除尘效率，滤袋的寿命又直接影响到除尘器的运行费用。因而，通常滤料需要根据除尘器运行环境和介质情况选用合适的材质。电站除尘器常见到的滤料有PPS，P84，PTFE等，最常用的是PPS，克重550g/m2，通常采用烧毛、热定型处理，如果含湿量≥10%，或含氧量≥10%且温度大于160度，需另进行PTFE浸渍处理，以提高抗水解和抗氧化性能。如果运行温度长期在190℃以上，应考虑采用纯PTFE滤料。P84因易水解，不宜在燃煤锅炉袋式除尘器中单独使用，但可以用PPS+P84针刺毡复合刺毡，通常P84含量为10-15%，主要为了进一步提高过滤精度，其它性能不发生改变，布袋成本也稍高一些。由于电厂粉煤灰中二氧化硅、三氧化二铝含量高，在清灰过程中对覆膜滤料表面的膜容易产生磨损，进而出现膜脱落现象，覆膜滤料不适用于燃煤锅炉烟尘的处理。
燃煤电厂所采用的袋式除尘器中，PPS滤料由于性价比高作为首选，但其抗氧化性能较差，最好运行在160℃和含氧量9%以下，运行寿命可超过30000小时。同时对NO2、SO2、SO3也应控制，特别NO2的氧化作用往往被忽视，这些参数与温度有关，已经在试验室及应用中得到验证，都是损坏滤袋强力损伤的重要原因。

滤袋在袋式除尘器的投资和维护费用中所占的比例都是相当大的，约占投资费用的比例为30%，占维护费用的比例为80%以上，因而如何避免滤袋过早失效是降低除尘器维护费用的重要途径。燃煤电厂滤袋的失效分为物理失效和化学失效两种。
物理失效包括机械磨损、烟气冲刷、堵塞失效三种类型。

机械磨损：机械磨损与袋式除尘器的加工、运输、安装及钢结构设计有关，常见的有：袋笼的外径偏小、竖筋数量偏少、横筋间距偏大而导致滤袋与袋笼之间形成挤压力，将滤袋撑破；运输和安装过程中由于不慎产生划伤；喷吹管上的喷嘴与花板孔之间同心度达不到要求或喷嘴与花板之间垂直度不够而导致喷吹过程中压缩空气直接吹到滤袋袋身上，造成了滤袋局部受冲击过大而破损；袋笼表面有毛刺、凸起或两节连接处脱开导致在过滤和清灰往复过程中对滤袋的间歇性磨损；滤袋和花板配合不好如滤袋袋口没有完全展开或袋口与花板存有间隙出现“跑灰”现象，导致粉尘冲刷袋口；花板有缺口或凹凸、滤袋接缝不规范也会出现“跑灰”现象；滤袋与壁板上的加强型钢或残留的吊耳相接触，滤袋因花板平整度不够或袋笼垂直度不够，都将导致清灰过程中滤袋的摆动造成撞击磨损。
解决方案：设计、加工、运输、安装过程中应精心化组织，配套件质量应严格把关，在除尘器投运前应进行全面彻底的检查，尽可能减小现场安装工作量，并配备相关的设施，将质量较高要求的尽可能由生产车间完成。

烟气冲刷：烟气冲刷与除尘器结构设计有关，主要是由于烟气到达滤袋的流速太高，烟气携带粉尘直接冲刷滤袋导致滤袋磨损，特别是高含尘浓度工况或除尘器进风通道出现积灰时，这一现象会更加容易发生。采用下进风方式的除尘器磨损的部位通常在滤袋的底部，采用水平进风方式的除尘器磨损的部位通常在前排滤袋，尽管滤袋底部采用了加厚层，但也无法从根本上避免这一问题。
解决方案：建立合理的烟气流场，采取必要的导流、均流措施，采用多方位进风方式，形成烟气蔓延整个过滤区域的趋势，确保烟气到达滤袋时的风速小于1m/s，同时应避免除尘器进风通道出现积灰和灰斗输灰不畅引发的灰位过高现象发生。

堵塞失效：堵塞失效主要包括粉尘堵塞、油雾堵塞、结露糊袋三种类型。粉尘堵塞主要是由于清灰不够彻底引起的，特别是锅炉低负荷时除尘器长时间不清灰也会导致这一问题的出现，微细的粉尘游弋于滤袋的表面，在过滤过程中由于粉尘之间的挤压导致粉尘浸透到滤袋纤维夹层中，引起滤袋局部固有阻力的增加，整条滤袋透气的均匀性发生了改变，这不仅会引起除尘器运行阻力的增加，还会改变烟气的过滤路径，增加未曾堵塞的滤袋部位的过滤负荷，加剧了滤袋状况的恶化；油雾堵塞主要是锅炉启动或低负荷运行投油助燃时未对滤袋采取保护措施或保护措施不到位引起的，这会导致滤袋的固有阻力增加，即便采用强力清灰也难以解决这一问题；结露糊袋主要是除尘器低于酸露点运行，凝结的酸附着在滤袋外表面，这种现象主要出现在锅炉启动是烟温过低或锅炉出现大面积爆管时，结露糊袋同样会导致滤袋的固有阻力增加，还可能同时导致酸对滤袋的腐蚀。
解决方案：选择合理的清灰系统结构型式，设置合理的清灰压力、清灰周期和清灰控制方式，以保证清灰相对彻底，避免粉尘堵塞现象发生，特别注意的是，过度清灰也不可取，这是因为过度清灰会影响滤袋的使用寿命和过滤性能；除尘器投运前应对滤袋进行预涂灰，事先在滤袋表面形成粉尘层，可以实现粉尘层对油雾、酸的包裹阻拦，避免油雾、酸与滤袋表面的直接接触，避免油雾堵塞、结露糊袋现象的发生；当锅炉低负荷运行需投油助燃时，应调低清灰压力和清灰频次，使滤袋表面一直留有一定厚度的粉尘层，实现对滤袋的保护；当锅炉出现大面积爆管时，通过湿度监测仪判断湿度已经大于15%时，应考虑停炉或开启除尘器旁路。化学失效包括高温损伤、酸碱腐蚀和氧化腐蚀。
高温损伤：高温损伤主要是高温尘粒对PPS滤袋表面的局部损伤。含尘气体携带着不同粒径的粉尘颗粒，冷却措施往往只达到对气体温度和微细颗粒的降温，由于气流速度较高及冷却空间有限，粗颗粒往往没有及时降温便进入除尘系统，高温粗颗粒在滤料表面被拦截并冷却，该温度下的颗粒一般为高温火星，造成滤料表面的局部热损伤。工程案例中往往碰到烟气温度满足滤料使用要求但滤料局部损伤的问题，其内在原理便是如此。因此，对高温烟气的降温固然重要，但对粗颗粒的预除尘也是不容忽视的。

酸碱腐蚀：燃煤电厂所采用的滤料通常为PPS针刺毡，滤料在应用中的化学腐蚀主要包括两种，一种是气体腐蚀，即烟气中的腐蚀性气体在高温条件下，与滤料发生缓慢的化学反应。而另一种是液体腐蚀，主要包括酸性腐蚀、碱性腐蚀和氧化性腐蚀。酸性腐蚀主要是指烟气含酸性气体浓度较高的条件下，烟气温度低于酸性气体的露点温度时，气体在滤料表面结露而腐蚀滤料。液体结露腐蚀易使滤料在短时间内产生表面结垢甚至堵塞，导致运行阻力过高，清灰性能失效，或造成滤袋破损，过滤性能失效，严重地将腐蚀除尘系统结构材料。同时，当烟气中水蒸气含量较高时，加速烟气中酸性物质的腐蚀作用，并对滤料的氧化水解也起到催化作用，使得滤料因强度大幅度下降而失效，进一步降低滤料的使用寿命。碱性腐蚀主要来自于烟尘灰份中、等物质，碱性物质易潮解，当烟气中水蒸气含量过高时，碱性物质易在滤料表面潮解而腐蚀滤料。
PPS纤维的耐化学品性能总体不错，但实际化工废气和各种炉窑中，烟气的成分很复杂，通常含有酸、碱、氧化剂、有机溶剂等多种化学成分，且处在高温、高湿条件下，对PPS滤料的腐蚀作用受多种因素的交叉影响。如果烟气中含有强氧化性化学品如Br2，或对PPS纤维影响较大的有机物质如甲苯，最好先经过预处理，然后再通过PPS滤袋。

氧化腐蚀：滤料材质的耐温程度是有限的，因此含尘气体的温度对滤料性能是一个首要因素。当烟气温度过高时，除了滤料本身材质的强度会降低，烟气中的腐蚀性气体，如强氧化型气体也更容易与滤料发生化学反应，烟气中的氧和氮氧化物容易对滤料有氧化腐蚀作用，不仅可对滤料造成缓慢的腐蚀作用，也可直接造成滤料失效，影响滤料的使用寿命。例如，高温条件下，含氧量过高容易造成覆膜滤料的膜因高温氧化而脱落失效。应用中要保证锅炉稳定燃烧，烟气温度必须控制在滤料使用温度范围内，减少滤料使用的瞬间高温的影响。据瑞典化学家Arrhenius发现的规律，温度每升高10℃，化学反应速度加倍。因此，在高温烟气进入除尘器之前一般先进行降温处理，使温度处于滤料的最佳应用条件。气体对滤料产生的缓慢腐蚀一般发生在高温的夏季。

袋式除尘器是利用过滤原理来达到净化烟气的，无论采用哪种形式袋式除尘器，保证排放浓度达标是没有问题的，如何保护滤料，延长使用寿命，保证滤袋使用寿命超过30000小时，控制除尘器运行阻力小于1200Pa，甚至小于1000Pa，减少袋式除尘器运行费用，是一个关键问题。要做到这一点，就要充分了解燃煤电厂的烟气特性。燃煤电厂因采用的锅炉型式和燃料性质的不同，锅炉燃烧产生的烟气特性则不同，锅炉使用年代和燃烧参数调整也会影响到烟气的成分，因此袋式除尘器设计选型过程中并不能简单的移植或组合，而需要有针对的选择除尘器结构形式、滤袋材质和保护措施。通常情况下，煤粉锅炉较循环流化床锅炉产生的烟气NOX含量、排烟温度要高，旧锅炉因漏风率提高要比新锅炉产生的烟气含氧量、排烟温度要高，锅炉掺烧高炉煤气时烟气含氧量、排烟温度要升高，掺烧煤泥时烟气湿度、露点温度要升高，燃烧煤矸石时烟气含尘浓度大大增加，燃料的变化也会影响到烟气成分的变化和粉尘的特性，如含硫量、灰分的增加，也会导致烟气条件变得更加恶劣。同时在制造、安装、调试、操作、运行等方面均采取良好措施，才能达到最好的使用效果。

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