水刺滤料在垃圾焚烧烟气处理中的应用

郭 冲

（上海科格思过滤材料有限公司，上海 201108）

水刺滤料在垃圾焚烧烟气处理中的应用

郭 冲

（上海科格思过滤材料有限公司，上海 201108）

介绍了某垃圾焚烧发电厂的概况及烟气特点，总结了目前高性能水刺滤料的特点和性能，详细阐述了水刺滤料在垃圾焚烧发电厂的成功应用情况。

垃圾焚烧;烟气净化;高温滤料;水刺滤料

1 应用实例简介

1.1 焚烧垃圾概况

某市是由商贸市场和众多乡镇企业发展起来的工贸型城市，其产生的垃圾主要为生活垃圾与工业垃圾的混合垃圾。随着该市纺织、制鞋、食品、化工、塑料制品等工业的高速发展，城市垃圾的构成发生了质和量的变化，其中厨余垃圾、废旧塑料、废旧橡胶、废布、废纸等有机物增加，垃圾的可燃成分增多。

垃圾中的可燃成分越多，越容易燃烧。经对该市垃圾的采样分析得知，垃圾低位热值为5300～8700kJ/kg，垃圾的含水率为37%～53%，垃圾比重350kg/m3。该市的垃圾组成分析见表1[1]。

表1 某市的垃圾组成及低位热值

1.2 焚烧发电厂概况

为治理该市的城市生活垃圾的污染，改善环境质量，新建垃圾焚烧发电综合处理厂，以焚烧生活垃圾为主，并利用垃圾焚烧热发电。该工程于2004年3月动工兴建，2005年6月建设完工，并于2005年7月正常运行并网发电，产生了良好的社会、经济与环境效益。

该垃圾焚烧发电综合处理厂分二期建设，一期建设规模为日处理垃圾750t，投资人民币2.2亿元，可基本上处理该市城区的生活垃圾，化解了垃圾围城的困扰；二期规划建设为日处理垃圾1000t，预计投资人民币4.3亿元，该市所有乡镇的生活垃圾和工业垃圾也将得以焚烧。以BOT方式运营，工厂总占地面积120亩。

一期工程垃圾焚烧发电采用四炉三机方案，先安装好三炉二机运行并网发电，再安装另外一炉一机。焚烧炉采用引进国外先进垃圾焚烧炉排技术，在充分吸取国内外同类垃圾焚烧炉排成熟、先进经验的基础上设计的二段式机械炉排炉，炉型为250t/d·SLC250-3.82/400。该炉排采取逆推炉排和顺推炉排相结合的方式，非常适合我国高水分、低热值、不分捡的生活垃圾。汽轮发电机组为纯凝汽式，型号为N7.5-3.43，单台装机容量为7500kW。

垃圾坑容量15,000m3，可容纳垃圾7000t，可储存7天的生活垃圾。垃圾坑采用密封设计，为封闭的负压空间，焚烧炉鼓风机的进风口安装于垃圾坑内，坑内垃圾散发的臭气经鼓风机送进焚烧炉内和垃圾一起燃烧，从而有效地消除了异味。

目前二期工程正在积极筹备中。

2 烟气净化工艺流程

2.1 烟气净化工艺流程

烟气净化系统采用“循环悬浮式半干法烟气净化装置+袋式除尘器”。从垃圾焚烧锅炉出来的烟气，通过在循环流化床反应塔的底部对冲进入反应塔；雾化水由反应塔喉部的双流体雾化喷嘴喷入反应塔，并以很高的传质速率在反应塔中与烟气混合，烟气中的小液滴和氢氧化钙颗粒以很高的传质速率与烟气中的酸性物质发生化学反应，从而脱除掉二氧化硫、氯化氢等酸性气体；烟气从反应塔的顶部排出，经袋式除尘器除去灰尘，同时在袋式除尘器入口的烟道处加入一定量的活性炭粉，均匀弥散在烟气中，对重金属和二英有良好的吸附作用，使排出的烟气达到国家排放标准，处理后的干净烟气经引风机通过烟囱排放。烟气净化工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

袋式除尘器收集下来的粉尘，采用气力输送方式输送到储仓，储仓有效容积为300m3，可存放5～6天的灰量。

2.2 烟气参数（见表2）

表2 烟气参数

从表2可以看出，该垃圾焚烧发电厂的烟气具有下列特点[2]：

（1）烟气含湿量大。

（2）烟气温度高且波动大。空气预热器后的排烟温度为140℃～240℃。

（3）烟气富含酸性气体。不但含有O2、SOx、CO、NOx等，还有HCl、HF等酸性气体，水蒸气、烃类（THC）、酸性气体含量高，会提高烟气酸露点温度，所以在滤料的选择中必须加以研究和考虑。

（5）烟气中的粉尘粒径小、黏度高。

（6）烟气具有氧化性。

从以上特点可以看出，生活垃圾焚烧烟气净化和除尘既具有相当大的难度又十分重要。这些特点要求袋式除尘器的核心部件滤袋必须具有优异的化学稳定性、耐水解、耐酸（碱）的腐蚀、抗氧化性、耐温性能好等特点。

3 滤料的选择

目前国内外用于过滤材料的高温纤维主要有Nomex、PPS、P84、玻璃纤维和PTFE。

由于垃圾焚烧烟气中含水蒸气量大、具有氧化性并且酸腐蚀性高，所以Nomex、PPS、P84不适用，玻璃纤维如果不进行处理不能用于垃圾焚烧烟气的净化。如果用纯PTFE纤维滤料，价格很高，为覆膜滤料的2～3倍。目前用在垃圾焚烧烟气处理上的滤料大多是玻璃纤维覆膜（PTFE膜）滤料，但是由于PTFE膜滤料很薄，很容易在制造、运输和安装过程中受到损害，降低滤料的使用寿命。

为了使滤料满足此工况条件，同时延长使用寿命，降低操作和维护成本，滤料必须满足以下要求[3]：1）耐高温，耐温上限需达到230℃；2）耐水解和耐氧化，适应高湿和高氧含量的烟气条件；3）耐腐蚀能力强；4）除尘效果好；5）使用寿命长；6）含有大量的氧气，PPS滤料不适合用在垃圾焚烧发电厂，PPS滤料使用寿命最长的为10个月，最短的不到6个月，影响了设备的正常运行，而且每次更换也需花费很高的费用，所以决定采用刚进入中国市场的水刺滤料。2006年7月、12月该厂采用此种滤袋先后更换了#1炉、#2炉的滤袋，运行一年，效果良好，随后该厂于2007年4月又更换了#3炉的滤袋。

4 水刺滤料

4.1 水刺滤料的结构

水刺滤料的结构为两层 （见图2），表面一层为是功能层，起过滤作用，它的材质为PTFE（聚四氟乙烯）纤维；另外一层为支撑层，主要起支撑功能层的作用。这层的基材可以根据工矿条件来选择，如PTFE、Glass、PPS、P84等。需要特别指出的是，功能层（PTFE）的厚度约为滤料覆膜厚度的10倍。

图2 水刺滤料的结构

4.2 水刺滤料的特点

（1）水刺滤料纤维构造独特

水刺滤料纤维布是以国内某企业自制的PTFE树脂为原料，具有极高的耐热性、耐化学性、抗水解等性能。PTFE树脂的熔融黏度极高，很难制成超细的纤维。该公司作为氟树脂制造的专业厂商，利用特殊工艺成功开发出了平均为10μm的独特超细支化纤维（见图3），从而实现了亚微米颗粒的高捕集性能，并减少了压力损失。

图3 独特的PTFE纤维

（2）具有极高的强度保持率

因为过滤方式采用表层过滤，捕集的粒子几乎不会堆积在强度保持层。因此，由粉体引起的强度劣化（磨损）极小，可在长时间内保持稳定的强度。在载荷1.5kg、喷吹10万次的条件下测试，强度下降率为15%。

（3）耐化学性

过滤层使用的PTFE纤维，除对氟气体（元素氟）、三氟化氯、熔融的碱金属之外的所有化学药品均表现出稳定状态，也不会被所有的酸、碱、氧化剂、有机溶剂腐蚀。而且，在有机纤维中的耐热性能最佳，瞬间最高使用温度达260℃（水刺滤料为覆合材料，制成过滤袋后的耐药品性和耐热性取决于强度保持层的特性），同时也具有很高的抗水解性能。

（4）压损小且稳定[4]

由于PTFE具有不黏性而且采用表层过滤方式，水刺滤料压损变化小且稳定，脉冲（清灰）次数减少，从而降低了对过滤袋的损伤程度、延长了滤料的使用寿命，减少了维护作业。

（5）耐物理作用强

过滤层厚度约为100μm，对于脉冲（清灰）、运输、安装过程中等物理作用承受能力很强。

（6）具有反应支撑层的功能

水刺滤料的表层过滤方式几近完善，粒子几乎完全不会进入到内部，而是在由毛粘构造的表层形成粒子附着层。对于垃圾焚烧炉烟气治理需要中和及吸收有害有毒气体时，对于在吸收塔中没有被吸收的有毒有害气体，可以和附着在水刺滤料上的粒子附着层继续反应，使有毒有害的气体排放浓度完全符合国家要求的排放标准。

（7）除尘效率高

对于0.5μm的亚微米级颗粒来说，除尘效率可以达到99.99%，几乎实现零排放。

（8）性价比高

由于改进了传统的过滤方式，采用独特的覆合工艺以及PTFE的特性，延长了滤料的使用寿命，大大增长了换袋周期，从而降低了工人劳动强度和降低维护成本；压力损失和压力变化稳定，节约引风机和通风机的能耗，降低运行成本；由于易清灰，从而使喷吹压力降低和清灰次数减少，可以减少压缩空气的能耗；由于粉尘保持能力强，减少了中和剂和吸附剂的用量，节约了运行成本；综合考虑滤料的使用寿命及更换滤袋的劳动成本、工作人员的劳动强度、运行费用低和维护成本等指标，水刺滤料是一种性价比很高的滤料。

5 运行情况

5.1 污染物排放浓度监测

江苏省环境监测中心等单位2007年11月对该项目的3台除尘器进行了环保监测，其烟气排放完全达到国家标准要求，且达到了欧盟和日本的排放标准（见表3）。

表3 污染物排放标准及监测值

5.2 运行两年后对滤料的测试

2007年12月对该项目的滤料进行例行测试，从中抽出两条送到东北大学滤料监测中心进行检测。测试结果见表4。

6 结语

该垃圾焚烧发电厂采用新型水刺滤料2年多连续运行，说明此种滤料具有良好的技术性能和经济性能，虽然一次性投资成本比其它滤料高，但综合来看，新型滤料具有很高的性价比。新型滤料凭借其高超的捕集性能、耐久性能以及优越的经济性，在众多的工业领域发挥出高水准性能，随着人们环保意识的提高和经济的发展，新型滤料逐渐会被社会认可。

表4 运行两年后的滤料检测结果

[1]易碧丹.晋江垃圾焚烧发电综合处理厂工程实例[J].中国环保产业，2006 （2）：22-24.

[2]周立荣.垃圾焚烧发电厂袋式除尘器滤料的选择[J].中国环保产业，2006 （10）：35-38.

[3]胡玉锋.如何科学地选择带式除尘滤料[J].非织造布，2005（6）：15-17．

[4]孙宏.戈尔superflex“焚烧王”技术[J].建筑设备设施与技术，5（4）：32-33．

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

GUO Chong

X701

A

1006-5377（2012）05-0038-04