火力发电厂袋式除尘器滤料材质选型探讨

郭伟++崔宁++田铂++韩立军

摘 要：随着我国环保形势日益严峻，火力发电厂在满足《火力发电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）中烟尘排放限值要求的同时，均以烟尘排放低于5 mg/Nm3作为更高的标准进行建设，普通静电除尘器已难以满足超低排放的要求，绝大多数火力发电企业采用“布袋除尘器+湿式静电除尘器”作为主要的减排方式。滤袋占布袋除尘器总造价的40%，检修费用的85%，因此，滤袋的寿命将直接影响电厂的运行费。以大唐清苑热电有限公司为例，对燃用中硫煤电厂除尘器滤袋材质的选择进行了分析，以期从滤袋材质选择层面尽量延长滤袋的使用寿命，达到在减排的同时降低运行费用的目的，并为其他工程滤料选择提供借鉴。

关键词：中硫煤；布袋除尘器；滤袋材质；火力发电厂

中图分类号：X701.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.104

《火力发电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）于2012-01-01执行，其中对新建电厂烟尘排放的限值由原来的50 mg/Nm3调整为30 mg/Nm3。此外，随着近年来我国环保形势日益严峻，越来越多的火力发电厂建设伊始即以低于5 mg/Nm3作为建设标准。烟尘排放浓度限值的不断降低促使绝大多数火力发电企业采用“布袋除尘器+湿式静电除尘器”作为主要的减排方式。据统计，在布袋除尘器总造价中，滤袋成本占40%，而滤袋的更换更达到了布袋除尘器日常检修费用的85%以上，因此，如何延长滤袋的使用寿命，从而降低电厂运行成本是众多电厂共同关心的问题。本文以大唐清苑热电厂为例，对燃用中硫煤电厂除尘器滤袋材质的选择进行分析，以期从滤袋材质选择层面尽量延长滤袋使用寿命，达到在减排的同时有效降低运行费用的目的。

袋式除尘器是依据滤料固有的物理过滤特性以及附着在滤料表面粉尘层的过滤性来截留烟气中具有一定颗粒度的粉。它依赖于滤料在厚度方向的纤维密度来决定过滤能力，成为深层过滤技术。滤料是布袋除尘器中最关键、最易损和最昂贵的部件，是影响投资、运行成本的主项。滤料的选择关系到除尘器能否长期、可靠、高效地使用。因此，滤料应根据生产实际情况以及布袋除尘器的工作要求选择。

按照《中国煤中硫份等级划分标准》划分，中硫煤系指硫分在1%～2%的燃煤（其中，1%～1.5%称“低中硫煤”）。当锅炉燃用较高硫份燃煤时，烟气中硫氧化物、氮氧化物浓度很高，烟气中酸性气体的腐蚀会造成滤料的损坏，使滤袋寿命缩短。

大唐清苑热电厂地处保定市清苑县，装机规模为2×300 MW，选用上海锅炉厂生产的亚临界1025 t/h中间再热自然循环锅炉，每台锅炉配2台低压脉冲旋转喷吹布袋除尘器，除尘器保证效率大于等于99.93%，出口烟尘浓度小于30 mg/Nm3。煤源为山西阳泉、昔阳等地的贫煤，煤质如表1所示。

布袋除尘器基本参数如表2所示。

1 布袋除尘器滤袋材质简述

用于袋式除尘器的滤料主要有机织物、非织造材料和复合材料。机织滤料作为传统的加工方式，因其生产成本低廉而在滤料市场上仍然占有一席之地；非织造材料由于其复杂的三维网络结构，在有限的材料空间内含有大量的微孔和弯曲通道，具有良好的过滤性能，是除尘滤袋的理性材料；复合材料通过覆膜、涂层/层合、原料差别化、工艺差别化等技术手段使材料的过滤性能更为优异，更加符合环保要求。

1.1 PPS聚苯硫醚

PPS具有极佳的耐碱性和较好的耐酸性，但PPS的抗氧化性能比较弱，在含氧量高或煤质含硫量较高的工况中均不适用。其耐温为160～180 ℃，可在160 ℃的温度下连续工作运行，瞬间可以承受190 ℃的高温。当运行温度超过190 ℃时，PPS的强力会急剧衰减；当被处理的烟气中氧（O2）含量超过8%时，PPS会被氧化，即PPS大分子结构中的S和O结合，产生SOX，使原本PPS分子结构变化，不具有原本的耐酸、耐碱性能，从而失去强力，直接表现就是“破袋”。当烟尘含氧量超过15 %时，就不能使用该种滤料。

1.2 芳香族聚酰胺合成纤维

此类纤维应用较多的主要是美塔斯耐高温纤维，其耐温204 ℃，瞬间可达240 ℃。但其耐酸性、抗水解性稍差，其主要应用于经彻底脱硫的循环流化床锅炉或含硫极低的烟气过滤场合。

1.3 聚四氟乙烯

PTFE，即聚四氟乙烯，具有优异的耐化学腐蚀性能，不受烟气腐蚀，可为滤料提供强有力的支架，延长滤料的使用寿命。PTFE可以在240 ℃的连续运行温度，在瞬间260 ℃的温度条件下，能耐全部pH值范围内的酸碱侵蚀。PTFE基布自润性极佳，不吸潮，能承受紫外线辐射。用非织造针刺法制作的聚四氟乙烯纤维滤袋可以使袋式除尘器达到非常好的除尘效果，无论除尘器进口烟气中粉尘的浓度有多高，除尘器出口烟气中的粉尘浓度均可降低到20～30 mg/m3，它是抗水解、抗腐蚀性最强的化学纤维。

1.4 P84纤维（聚酰亚胺）滤料

P84纤维滤料可在260 ℃以下连续使用，瞬时温度可达280 ℃。除此之外，P84纤维三叶形横截面形成了非常高的纤维表面积系数，与圆形或豆形截面纤维相比，具有较大的比表面积，增大了捕集尘粒的机会，而且P84纤维特殊的截面形态使得粉尘大部分被集中到滤料的表面，很难渗透到滤料的内部堵塞孔隙，降低运行阻力。

1.5 玻璃纤维

玻璃纤维可以在260 ℃（中碱）/280 ℃（无碱）的温度条件下长期工作。瞬间温度可达350 ℃。它具有突出的尺寸稳定性，拉伸断裂强度高，耐腐蚀性强，表面光滑，憎水透气，容易清灰，化学稳定性好，是环境保护行业的更新换代产品。但是它的缺点是耐折性差。

2 大唐清苑电厂布袋除尘器滤料方案

大唐清苑电厂燃用煤质含硫量在1.67%～1.82%之间，属中硫煤，烟气中较高的SOX含量提升了酸露点温度，增加了烟气酸结露的风险。同时，该工程属于供热机组，机组负荷变化较为较大，可能出现频繁起停炉的现象，造成滤袋多次穿越酸露点，使滤袋酸腐蚀破坏，滤袋过早失效。如果机组在正常运行中发生大量破袋现象，更换滤袋不仅将增加检修维护费用，还为满足环保要求将迫使机组非计划停运，影响发电量和供热量。因此，滤袋材质的选择正确与否将直接影响机组运行的可靠性。根据本工程煤质及烟气情况，初步拟定了滤料的两个方案，即PPS纤维+PPS基布（表面PTFE浸渍）和PPS纤维+PTFE基布。以下就两方案的优缺点及经济性进行分析。

2.1 两种滤料方案性能对比及分析

PPS纤维+PPS基布（表面PTFE浸渍）是PPS针刺毡后处理的一种工艺，是针刺好的PPS滤布在含有PTFE的乳液里浸渍后，再通过高温烘焙，使滤料表面形成一种含有PTFE材料的保护层，达到滤料具有拒水防油的效果，并且能提高PPS滤料的抗氧化性能，使滤料表面更加光滑，更容易清灰，从而延长滤料的使用寿命。

PPS纤维+PTFE基布由上下两层PPS针刺毡和中间一层PTFE基布组成，针刺毡强力60%靠基布提供，强力是寿命的最重要体现，采用PTFE基布，滤袋整体强力衰减更慢（PPS基布强力衰减50%的情况下，PTFE基布强力衰减只有10%），抗化学腐蚀能力和耐瞬间高温的能力大幅提升，延长使用寿命。

两种滤料方案的性能对比如表3所示。

由表3可以看出，无论是PPS纤维+PPS基布方案，还是PPS纤维+PTFE基布，均具有良好的应用效果。方案二相对于方案一有以下优点：①PTFE具有优异的耐化学腐蚀性能，在运行温度范围内，能承受所有的化学腐蚀。PPS的抗氧化性能比较弱，在含氧量高或煤质含硫量较高的工况中均不适用。PTFE基布不受烟气腐蚀，可为滤料提供强有力的支架，延长使用寿命，对煤种变化的适应性更强。②针刺毡强力60%靠基布提供，强力是寿命的最重要体现，采用PTFE基布，滤袋整体强力衰减更慢。

结合上述分析，考虑清苑电厂燃用中硫煤，烟气腐蚀性较强，且供热电厂的性质决定了机组负荷变动较大，因此本项目滤袋采用方案二：PPS纤维+PTFE基布可以有效提高除尘器滤袋的寿命，规避因机组简短时期运行工况变化大带来的不利因素，提高机组运行的可靠性。

2.2 国内电厂采用两种滤料方案的统计

PPS纤维+PPS基布（表面PTFE浸渍）和PPS纤维+PTFE基布两种滤料方案在国内新建电厂中均有应用，两方案应用于电厂的情况统计如表4所示。

从表4的不完全统计可以看出：①国内机组，含硫量小于1%的机组基本采用PPS纤维+PPS基布，含硫量大于2%的机组基本采用PPS纤维+PTFE基布，含硫量1%～2%的机组两种都有应用；②随着含硫量的上升，PPS纤维+PPS基布的使用越来越少；③目前，国内采用PPS纤维+PTFE基布是提高滤袋抗高硫煤主要措施，可以提高机组运行的可靠性，特别是含硫量为2%左右的机组。

2.3 两方案技术经济比较

根据国内电厂布袋除尘器运行情况及与各除尘器厂家沟通，结合本工程煤质及烟气特性，采用PPS纤维+PPS基布（表面PTFE浸渍）方案滤袋寿命为2.5年，采用PPS纤维+PTFE基布方案滤袋寿命可达4年。但两方案初投资相差较大，具体数据如表5所示。

说明：为简化起见，按照滤袋到达使用年限后全部更换计算检修费用。

从上表可以看出，采用方案二PPS纤维+PTFE基布比方案一PPS纤维+PPS基布（表面PTFE浸渍）年检修费用低73.69万元，但对于初投资，方案二比方案一多230万元。假定Y年后两者费用持平，则解方程874.84+349Y=1 104.84+276.21Y，得Y=6.71年，即6.71年时，两方案总费用（初投资+检修）相当。此后，方案二具有明显效益。以电厂30年设计寿命计算，采用方案二比方案一可节省1 980.44万元，经济效益明显。