浅析电袋除尘器滤袋的设计选型

胡明

(中石化集团资产经营管理有限公司扬子石化分公司热电厂，江苏南京 210048)

浅析电袋除尘器滤袋的设计选型

胡明

(中石化集团资产经营管理有限公司扬子石化分公司热电厂，江苏南京 210048)

扬子石化热电厂1～9号炉电除尘器全部改造为电袋除尘器后，出口粉尘浓度均满足排放要求。但运行中发现5、6、9号炉电袋除尘器滤袋破损较多，影响了电袋除尘器的安全稳定运行。分析了这3台炉滤袋破损的原因，提出在电除尘器改造电袋除尘器的工程实践中滤袋选型是个关键。滤袋设计时应以滤料的连续长期使用温度来选型，同时应重视设计煤种和较核煤种的选取，袋区的过滤风速以1.0～1.2m/s为宜。

电袋除尘器;滤袋选型;排烟温度;过滤风速

0 引言

扬子石化热电厂1～9号炉电除尘器改造工程自2009-03-13开始，至2010-12-28日结束，9台电除尘器全部都改造为电袋除尘器。在连续2年多的生产运行中，电袋除尘器的排放浓度均在50mg/m3以下，说明电袋除尘器除尘效率具有高效性和稳定性［1］。但是与布袋除尘器相比，电袋除尘器滤袋的使用寿命并未延长。一般情况下，相同运行条件时电袋的使用寿命比纯布袋除尘器的寿命可延长2～3年［2］，但结果并未如此。2011年3月，6号炉在投运21个月后更换了滤袋;2011年6月，5炉也在投运26个月后全部更换滤袋;而2011年5月，9号炉在运行不到半年后就发现糊袋失效。电袋除尘器滤袋的运行寿命要达到30000h是很困难的［3］。

1 主要设计参数

扬子石化热电厂5、6、9号炉电袋除尘器袋区的主要设计参数见表1。

表1 电袋除尘器袋区的主要设计参数

作者认为在主要设计参数里烟气露点温度、入口烟气温度、滤料正常使用温度、允许连续使用温度、允许最高使用温度、滤料材质及袋区的过滤风速等多个因素都把握得不好，可能是造成5、6、9号炉电袋除尘器滤袋过早失效的原因。

2 排烟温度

在电袋除尘器滤袋设计时，应考虑锅炉排烟温度。工况的排烟温度必须高于计算的烟气露点温度30℃以上才能避免糊袋现象的发生。

2.1 烟气露点温度

生产中烟气露点温度是变化的。烟气一旦在滤袋上结露，首先会造成滤袋上粉尘层的糊袋和板结，滤袋运行阻力迅速上升，影响系统的正常运行。其次，燃煤锅炉烟气中的SO3会与水发生不可逆反应而生成硫酸。硫酸不断在滤袋或粉尘上结聚形成气溶胶，气溶胶浓缩对PPS滤袋和设备金属部件产生强烈的氧化腐蚀，因此必须防止糊袋或结露黏结。在煤实际燃烧过程中所产生烟气的酸露点温度不是固定不变的，其高低与烟气中的水蒸汽含量多或称水蒸汽分压、燃煤硫分等因素有关。SO3与烟气中的水蒸汽生成硫酸蒸汽，可使露点大为提高。当烟气中的水蒸汽含量为10%，SO3浓度为28mg/m3时，烟气的露点温度达到135℃。所以，在配备相应的电袋除尘器时，应根据实际的SO2转化率来计算SO3含量，得出烟气的酸露点温度。

2.2 入口烟气温度

电袋除尘器的入口烟气温度接近或低于计算的露点温度时容易糊袋。由于排烟温度是按照低温空预器冷端温度来选取的，在低温空预器到电袋除尘器入口这一段，受漏风因素影响会使实际的排烟温度降低，一旦电袋除尘器入口烟气温度低于露点计算值102.4℃时，糊袋就会不可避免。以排烟温度低的9号炉为例，在2011年1－4月份我们发现B室进口烟气温度为91～93℃，电袋投运后压差一直较高，喷吹间隔4s，不到半年压差就达1400Pa。在2011年5月8日至16日小修期间，锅炉内部检查发现，低预上部漏风62根，堵塞22根，低预下部漏风1019根，堵塞339根，失效占11.6%，都进行了封堵处理;还发现在预热器出口水平烟道上的人孔门没有封严，在烟道负压的作用下，大量冷空气漏入烟道，导致烟气过量空气系数增大。

2.3 设计要求

由于实际排烟温度存在比设计值低的现象，而实际烟气露点可能比计算值高。因此，在给设计排烟温度为110～130℃左右的锅炉配备电袋时，要慎重选型。在设计时必须要求排烟温度高于烟气酸露点温度30℃以上，当排烟温度达不到要求时，应采取切实可行的方法提高排烟温度。如在电袋除尘器的入口前端烟道加装拌热盘管，也可取掉部分低温空预器受热面，强制增加排烟温度，或把螺旋槽管式的低温空预器改为光管式的或者堵掉部分低温空预器管;也可采取提高低温空预器人口冷空气温度以提高冷端受热面壁温，如安装暖风机等。

3 滤袋选型

3.1 滤料的允许连续使用温度

滤料的允许连续使用温度是指在无强氧化剂及没有酸碱性气体条件下可以的使用温度。瞬间允许温度是指滤料所处每天不允许超过10min的最高温度，时间过长，滤料就会老化或软化变形。由于滤料材质的耐温程度是有限的，超温会破坏滤料的分子结构，使滤料的性能发生脆化、表面收缩、变形、透气性减弱等，严重时导致布袋“烧袋”，损害滤袋的使用寿命。因此，含尘气体的温度对滤料性能是一个首要因素，应以连续长期使用温度来选用滤袋。在实际选型中，我们常常试图用瞬时温度来修正连续长期使用温度，但是瞬时温度是在试验室中做出的数据，试验条件与实际条件有一定的差距［4］，对于连续生产没有实际的意义。

3.2 夏季排烟温度最大极限值

PPS针刺毡滤料的抗氧化性能较差。一般来说，在燃煤锅炉的烟气净化中，如果期望 PPS材质滤袋的使用寿命超过30000h，则要求烟气中的O2控制在10%以下，NO2控制在15mg/m3以下，入口烟气温度在150℃以下，而5、6号炉的设计排烟温度138℃，实际排烟温度更高，特别是在夏季常常超过设计值。据统计，全年5、6号炉在5－10月份平均有400h高于160℃，最高温度达172℃，超出PPS允许连续使用温度。由于夏季高负荷生产的需要，保证锅炉生产负荷更为优先，一旦超温，锅炉的燃烧调整并不能立即见效。所以在考虑滤袋选型时要避免滤料受使用的瞬间高温的影响，这就必须根据其夏季排烟温度的最大极限值来选择。

3.3 高温烧袋问题

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，造成滤料表面的局部热损伤。因此，5、6号炉的滤袋选择时再增加10℃的保险，即选择190℃的滤料的允许连续使用温度。

3.4 用料的误区

滤料采用日本进口PPS+PTFE浸渍滤料，浸渍一般是利用配方对针刺毡进行整体浸渍处理，实现对每一根纤维表面进行镀膜的作用，等于包覆一层PTFE薄膜，以提高了滤料的抗氧化、耐腐蚀、耐温能力，延长滤料的使用寿命，同时提高滤料的过滤精度。但是由于浸渍不可能是很均匀的，PPS滤料纤维浸渍一下是不可能完全被PTFE乳液“包裹”的，它虽然可以改善PPS滤料的过滤效率，但PPS纤维的受氧化面依然存在，由于PTFE本身的不粘尘等特点，也可能使烟气中的粉尘更方便地随烟气压力“滑入”滤料之间，从而导致滤料运行阻力的不可逆增加。另外，由于电厂粉煤灰中SiO2、Al2O3含量高，在清灰过程中易对覆膜滤料表面的膜产生磨损，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。从改善PPS滤料在清灰时的脱灰性能来考虑，采取对PPS滤料表面的防水防油处理措施，对改善滤料的脱灰性能更有帮助。

4 重视设计煤种和校核煤种的选择

4.1 电袋除尘器对煤种灰分变化的适应性

电袋除尘器能够适应煤种灰分与成分的变化［5］，需要一些前提。在煤质灰分高的情况下，设备或管道易遭受含尘气流的磨损而造成系统漏风，而系统一旦出现漏风，不但使烟气中的O2含量升高，加速PPS滤料的氧化;也会使烟气中SO3的成分增加，提高烟气的酸露点温度，生成更多的硫酸蒸汽;而低温预热器的漏风会使得烟气的温度大大降低。这一升一降，就可能在PPS滤料上生成硫酸气溶胶，而随后导致PPS滤袋被腐蚀。

4.2 燃用煤质

设计煤种是锅炉投产后最大可能使用的燃煤，而校核煤种是根据机组投产后可能使用的燃煤，选择与设计煤种煤质相差较大的煤种，即选择的校核煤种基本上要涵盖机组投产实际用煤的所有煤质范围。电除尘改造为电袋除尘器后，煤种已发生了很大的变化。20世纪80年代，1～8号炉的设计煤种为山西刘家梁烟煤，2000年－2003年锅炉基本燃烧河南平顶山煤，2003年后，使用煤种不断变化，目前主要煤种为安徽淮南煤，仍占不到总量的一半，其余为电厂从8家中间商采购的煤。由于我国各地域煤质差异很大，引起灰分和发热值变化大。由于缺少配煤系统，只是两条斗轮机传输后进行的混煤，无在线煤质分析仪，全靠经验调整燃烧参数，不能做到均匀地燃烧煤质。

4.3 设计要求

煤种应根据前两年来燃煤成分的极限值为设计依据。以燃煤电厂通常选择PPS为例，煤种成分里的硫、氮、水分等对滤袋有一定的影响，应在烟气温度不超过150℃，O2含量不超过8%，NO2不超过15 mg/m3的条件下使用滤袋。虽然PPS耐化学腐蚀好，但不耐氧化性酸、氧化剂、浓硫酸、浓硝酸、王水等。在工业实际应用中，烟气中同时有 O3、NO、NO2、SO2、SO3、Cl、水等物质存在，综合对PPS作用，强力下降的结果可能更为严重。特别是SO2在O3作用下生成SO3，在水分较大时，对PPS的影响会更大［6］。但是在设计时不重视校核煤种，往往缺少校核煤种的S、N、O2、H2O含量等具体数据，导致电袋除尘器在整体设计上存在偏差。

5 过滤风速

5.1 过滤风速的重要性

过滤风速是决定除尘器性能的一个重要参数，是反映袋式除尘器处理气体能力的重要技术经济指标，其大小直接影响到袋式除尘器的一次性投资、运行费用、除尘效率等。工程实践中一般通过控制滤袋总面积来调节过滤风速［7］，基本上是个经验值。蔡铭等［8］研究过滤风速对电袋除尘器的影响，指出高、中、低三种过滤风速下布袋阻力上升趋势不同:随着过滤风速的提高，上升曲线的斜率也相应增大。这是因为过滤风速增加，阻力也增加，粉尘层受压缩，孔隙率变小。通过的气体流量增大时，气流有可能从滤布薄弱的地方突破，即产生所谓“穿孔”现象［9－11］。过滤风速愈高，“穿孔”现象愈严重。当提高过滤风速时，由于过滤效率的降低，使得清灰后的出口浓度急剧增加。

目前国内电厂普遍使用进口PPS纤维滤袋为基准，纯袋式除尘器的过滤风速通常≯1m/min，而电袋除尘器袋区的过滤风速从1～1.2m/min。从滤袋的使用寿命来看，电袋除尘器滤袋的使用寿命期望应当高于纯袋式除尘器［9］。

5.2 电袋除尘器的实际情况

2009年1月份，5、6号炉电袋除尘器签订技术文件后，设计时间较紧。由于临近春节，2009年4月份就要停炉施工，滤袋数量是按50MW机组的常规规格设计的。由于原电除尘器壳体空间有限，如果按技术协议的数量，滤袋之间的距离太近，达不到所需的距离，易发生相互碰撞、摩擦，损坏滤袋。故在确保方案可靠的情况下，只好选择减少滤袋数量的办法，滤袋由1520条变为1280条，过滤面积由6819m2降至5174m2，过滤风速由1.1m/min变为1.45m/min。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，并且采用下进风方式的除尘器磨损的部位通常发生在滤袋的底部。2010年12月30日，检查发现6号炉电袋除尘器4个净气室破了10条滤袋，均是下部破，其中靠近后烟道处破了7条;2011年1月9日，检查破损29条布袋，靠近后烟道的2个室破了28条。2011年3月，5号炉电袋除尘器查出滤袋破损200多条，不得不换，这与过滤速度有很大关系。

2011年4月2日，将6号炉电袋除尘器滤袋委托国家玻璃纤维产品质量监督检验中心进行检测，发现纵向断裂强力592N，纬向断裂强力708N:纵向断裂伸长率19.6%，纬向断裂伸长率35.4%;单位面积质量596g/m2，透气量111L/dm2·min;织物厚度1.61mm，滤袋选型未达到标准要求。

6 结语

锅炉的排烟温度在120～160℃范围时，电袋除尘器选择袋区的滤袋时，很容易选择性价比比较高的PPS材料，由于燃煤电厂因采用燃料性质的不同，其产生的烟气特性不同，因此电袋除尘器设计选型过程中并不能简单的移植或组合，布袋失效往往是多个因素选择不成功共同叠加的结果，需要有针对性的选择滤袋材质。电袋除尘器设计时，需要注意:烟气温度在130℃以下，需要排查低温空预器和烟道是否存在漏风问题，防止结露糊袋;滤袋应以连续长期使用温度来选用，烟气温度在夏季比设计值高很多，极限值超过160℃时，避免选用PPS;过滤速度就低不就高，应≤1.2m/min;滤袋选材应满足国家标准标准;PPS不适用烟气温度超过160℃的工况，PPS+PTFE浸渍并不比PPS在同样烟气的氧化条件下更加优越。

生产运行中应注意事项:重视配煤工作，降低多煤种成分分布不均对锅炉燃烧和布袋的影响;完善烟气连续在线监测系统(CMCS)的使用:时刻监测、记录和控制好烟气中的O2、NOx、SO2和H2O含量，监测高温空预器和低温空预器的漏风，防止滤料的氧化;加强运行中的制粉系统管理，控制烟气温度为130～160℃，不超温，防结露。遇停炉大小修需做两件事，一是对滤袋进行检测，分析其强度、透气等情况，对其影响因素做出排查，以此延续滤袋的使用寿命;二是认真进行漏风检查，减少结露的可能性。改变清灰方式，用定压清灰控制电袋的进出口差压，减少布袋的疲劳损伤。

［1］余立伟，候晓军.电袋复合型除尘器的技术特点和应用［EB/ OL］.中国电力环保网，http://www.dlhb.ibicn.com/news/ d17667.html，2009-07-14.

［2］肖宝恒.丰泰发电公司2×200 MW机组袋式除尘器运行总结［J］.电力环境保护，2005，(3):18－19.

［3］翟鸿平，田俊茂，梁可新.燃煤电厂电除尘器与电袋除尘器综合分析［C］.全国燃煤电厂电袋复合式除尘技术研讨会，呼和浩特: 2010.

［4］江得厚，郝党强，王勤.燃煤电厂袋式除尘器发展趋势及其运行寿命的影响分析［J］.中国电力，2008，(5):86－91.

［5］修海明，吴江华.电袋复合除尘器是保证排放≤30 mg/m3的优选技术［C］.全国燃煤电厂电袋复合式除尘技术研讨会，呼和浩特: 2010.

［6］杨志红.袋式除尘器在燃烧锅炉上的应用［C］.2006年火电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集，2006.

［7］朱法华.袋式除尘技术的发展及其在燃煤电厂烟气处理中的应用［J］.中国电力，2002，35(8):56－59.

［8］蔡铭，郜时旺，刘练波，等.燃煤电厂静电袋式复合除尘器应用研究［C］.中国电机工程学会年会论文集，郑州:2006.

［9］魏继平，张永红.电袋除尘应用有关问题探析［J］.山西电力，2009，(4):32－34.

［10］孙熙.袋式除尘技术与应用［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［11］安辉.燃煤电厂袋式除尘技术及其应用［J］.电力环境保护，2006，22(5):29－30.

Discussion on bag design and selection of electrostatic bag precipitator

The No.1～9 boiler ESP were reformed to electrostatic bag precipitator in Yangzi Power Plant and the dust emission concentration reached environmental protection requirement.But during the operation many bags were broken in No.5，6，9 boilers，which affected the safe operation of electrostatic bag precipitators.The reasons of bag broken were analyzed.It concludes that the bag selection was key point.Filter bag should be designed according to the filters continuous long－term using temperature，pay more attention to the selection of design coal and check coal，the filter velocity of bag area was between 1.0～1.2m/s.

electrostatic bag precipitator;bag selection;smoke temperature;filter velocity

X701.2

B

1674－8069(2012)01－042－04

扬子石化技改技措项目(A0915002;A0915001)

2011-09-21;

2011-12-29

胡明(1964-)，男，浙江温州人，工程师，长期从事除灰方面的生产管理工作。E－mail:huming@163.com