关于电袋复合除尘器总体设计的若干问题

吴伟玲

【摘 要】电袋复合除尘器经过几年的大力推广及在大型机组（660MW机组）的成功应用，已经在各行业得到广泛应用。论文就电袋复合除尘器总体设计的若干问题进行了简要介绍。

【Abstract】After several years of vigorous promotion， electric bag composite dust collector has been successfully used in large-scale units（660MW unit）， and has been widely used in various industries. This paper gives a brief introduction to the overall design of the electronic bag compound dust collector.

【关键词】电袋复合除尘器；电场区；滤袋区；滤料

【Keywords】electric bag compound dust collector； electric field area； filter bag area； filter material

【中图分类号】TM925.31 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0162-05

1 引言

FE电袋复合除尘器是福建龙净环保股份有限公司为了更好地适应国家“节能减排”要求，通过深入研究电除尘与布袋除尘特点有机结合的相关技术，自主研发的一种全新的高效除尘器。具体是指在一个箱体内紧凑安装电场区和滤袋区，是有机结合静电除尘和过滤除尘两种机理的一种新型除尘器。电袋复合除尘器是提高除尘效率和降低除尘器能耗的新一代产品，该产品将成为我国燃煤电厂及其他工业窑炉实现新标准（≤30mg/Nm3）达标排放的可靠的新型除尘设备。

电袋复合除尘器属非标产品，其工况条件、设备所需达到的性能要求及用户需求不同，除尘器的总体设计方案亦有所不同。以下就电袋复合除尘器总体设计的若干问题作简要介绍。

2 原始资料的收集

2.1 燃料的分析

电袋复合除尘器经过几年的大力推广及在大型机组（660MW机组）的成功应用，已经在各行业中广泛应用。因此在总体设计的初期，必须明确使用的燃料的品种如：煤、垃圾、秸秆等。

针对现有的案例，电袋复合除尘器大部分使用在燃煤电厂。对使用燃煤的电场需收集下列资料：煤质资料、耗煤量、粉尘性质（比电阻、堆积密度、灰成分分析等颗粒级配）。

2.2 场地要求

电袋复合除尘器应根据用户提供的场地要求调整布置形式，电袋复合除尘器既可以用在新建项目上，也可以用在增效改造项目上。特别是随着国家新排放标准的推出，电除尘器增效改造采用电袋复合除尘器方案已是一种趋势，此时对场地限制更为严格，总体设计时应采用合理的电袋结构形式，最大限度地利用原有结构。

2.3 主要设计参数

①烟气量：烟气量是总体设计中最重要的参数之一，其实际烟气量的大小与所选设备容量规格密切相关。因此，为控制设备成本，做到最优、最省的总体方案设计，有必要对烟气量进行校核。一般可按提供的煤质资料、耗煤量、过剩空气系数、当地大气压等参数计算除尘器入口烟气量，验算所提资料烟气量是否有较大偏差；如无法提供较准确的煤质资料、耗煤量、过剩空气系数等资料，可参照表1核对。

②入口浓度：电袋复合除尘器对煤种、烟尘比电阻、灰分变化的适应能力强，出口排放浓度能够长期高效、稳定地满足排放标准的要求。但是，如果入口浓度与设计值偏离过大，电场区设计容量不太够时，势必增加袋区负荷，影响滤袋寿命。因此，准确地掌握除尘器入口浓度变化范围是必要的。入口濃度可按下列经验公式计算：

P入=（Aar×C）×0.9×106÷Q0

式中：P入—入口浓度，g/Nm3；

Aar—煤的灰分含量，%；

C—耗煤量，t/h；

Q0—标况烟气量，Nm3/h。

③烟气温度：保证高于酸露点以上20～30℃；

④出口排放浓度（标态）：一般需满足国标或地区排放的要求（国家新标准小于30mg/Nm3）。

2.4 当地气象条件

了解当地海拔高度和大气压、风载、雪载及地震载荷等。

3 电袋复合除尘器的结构形式

目前，在除尘市场中有多种除尘结构称为电袋复合除尘器，根据电袋复合除尘器原理中的除尘、荷电作用以及国标定义，它是指在一个箱体内紧凑安装电场区和滤袋区，有机结合静电除尘和过滤除尘两种机理的一种除尘器。（见图一、图二）

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图1 电袋复合除尘器结构 图2 分体双级除尘器结构

如上图所示，图一为整体式电袋复合除尘器，图二为一种双级除尘器。近年来，双级除尘器在国内市场中逐步减少，整体式电袋复合除尘器已成为电袋技术发展的主流。

清灰技术是滤袋区核心，直接影响运行阻力和滤袋寿命。采用低压脉冲长袋技术，可保证每个滤袋具有最佳的袋底清灰压力，且滤袋不发生局部破损，保证滤袋区的清灰高效、稳定。根据袋区清灰方式的不同，可以分为低压脉冲行喷吹及低压脉冲旋转喷吹结构。

3.1 行脉冲喷吹的优点

①脉冲清灰压力为0.2～0.3MPa，在所有清灰技术中其效率最高，力度上能有效克服细粘烟尘在滤袋上的粘合力。

②行喷的滤袋布置按行列矩阵布置，前后左右滤袋之间间隔均匀，以保证气流衔接与分布均衡。

③低压脉冲喷吹机构能够准确地、不遗漏地对每个滤袋清灰，不会出现无喷吹或过喷现象。

④清灰机构无转动部件，确保可靠性。

3.2 旋转喷吹的优点

①采用不間断旋转的脉冲清灰方式，是利用不停旋转的清灰臂，对准整个室的滤袋进行脉冲喷吹，一个布袋单元只需一个大口径的脉冲阀，与常规脉冲喷吹类型相比：可从数百个脉冲阀减少到数十个，大幅度简化清灰系统结构及相应的电气控制，检修维修量减少，因此特别适合中大型机组配套使用。

②脉吹清灰压力为0.085MPa左右，而常规喷吹布袋的工作压力在0.2～0.3MPa。相比脉冲工作压力低，其优点有：一为空气释放比低，温度降低量少，饱和蒸汽水冷凝结露量小，利于延长袋口使用寿命；二是更低喷吹压力气流对布袋的冲刷损伤小，利于延长袋口使用寿命；三是气源升压降压过程的能耗小，更节能。

③采用椭圆形滤袋，沿圆周辐射形布置，最大限度地利用了袋室的空间，减少了占地。

4 电场结构形式及主要参数

4.1 电场结构形式

电袋复合除尘器的电场数少，若出现故障将影响后级滤袋区的运行性能。在进行中小型机组项目设计时，电场区设计一般采用1个电场，可考虑采用前后小分区供电，即把1个电场分成2个分区，若1个分区出现故障时，另一个分区仍可正常工作，以确保电除尘区的投运率及可靠性。

4.2 电场区主要参数

电袋复合除尘器中电场区有着极其重要的作用，它直接影响了后级滤袋区各项运行性能及滤袋使用寿命，其作用不可忽略，因此，对于电场区的设计必须要科学合理，更不能因为有滤袋区来保证排放效果而忽视或折扣了电场区的设计。特别是对于大型机组，其设备运行的可靠性及安全性尤其重要。

①电场数：电袋复合除尘器根据项目机组大小，电场数的多少可参考表2进行选取。

表2 电袋复合除尘器电场数的选取

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②比积尘面积：电场区的除尘效率与电场区极板比积尘面积呈指数关系，电场区的电场数从2-4的每递增一个，其效率的递增数越小。电袋复合除尘器总体设计时，应根据滤袋区入口浓度要求选择电场区除尘效率，并参照电袋复合除尘器国家标准，其电场区的比积尘面积可按表3进行参考设计。

③电场风速：电场风速过高，容易产生二次扬尘。进行电袋复合除尘器总体设计时，可选电场风速1.1～1.2m/s，对于入口浓度较高的项目，电场风速可取低值。

④通道数、电场有效长度及极板有效高度：在电场数、总集尘面积、电场风速确定的条件下，通过分别调整通道数、电场有效长度和极板有效高度，便可确定电场规格。同时，在设计时应充分考虑滤袋区布置、电场高宽比等参数，做到性价比最高。

⑤高压电源选择：当进口含尘浓度较高时，可考虑采用高频电源。对于高浓度烟气工况，高频供电有利于提高前级电除尘区的除尘效率，降低滤袋区的入口含尘浓度，并强化烟尘的荷电效果，提高细微粉尘凝并能力，改善滤袋表面粉尘堆积结构，提高滤袋表面粉饼透气性和清灰性能，降低滤袋阻力上升率和清灰频率，有利于延长滤袋使用寿命。

5 滤袋区结构型式及主要参数

5.1 清灰方式

目前，滤袋区清灰方式主要有低压行脉冲喷吹和低压回转脉冲清灰两种类型。综合考虑气流分布、清灰效率、设备安全可靠等因素，滤袋区选用低压行脉冲喷吹技术更能发挥电袋复合除尘器低阻、滤袋长寿命性能。

5.2 滤袋区主要参数

①过滤风速：根据电袋工程实践，在满足设备总阻力小于1200Pa时，滤袋区的过滤风速取1.2m/min～1.3m/min即可满足性能要求。

②清灰周期

最小清灰周期一般是指在滤袋使用末期，考虑最恶劣工况下所需的脉冲清灰周期。清灰周期大小一般按电场区出口浓度划分，以50MW以上机组为例，其清灰周期可参考表4选取。

表4 电袋复合除尘器最小清灰周期

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当机组较小时，其所需配置脉冲阀数量较少，此时清灰周期需适当进行调整，避免出现清灰气源补气不足。

③脉冲阀数量

根据除尘器的处理烟气量、预选取的过滤风速及选定的滤袋规格，可理论计算出设备所需滤袋条袋数，再进行矩阵排列，得出单行喷吹滤袋数及脉冲阀总数。不同规格或不同厂家的脉冲阀，在相同工况条件下，所能喷吹的滤袋条袋数亦有所不同。龙净公司拥有国内外最大型脉冲喷吹实验台，可进行最长10m滤袋的多种组合喷吹试验，为电袋复合除尘提供可靠的技术支撑。同时，单行喷吹数的多少还与电场区的选择密切相关，怎样做到结构最合理、性能最优、性价比最高成为各个生产厂家的技术秘密。

6 滤料的选择

6.1 烟气工况条件对滤袋寿命的影响

烟气工况条件与燃用煤种、炉膛类型、燃烧方式、设备漏风率、系统运行操作等因素有关，它影响着烟气的化学成分与运行温度，这些工况条件将直接影响滤袋的使用寿命。

每种滤袋材质都具有特定的物理、化学性能，行业中通常使用抗温、抗酸、抗碱、抗氧化、抗水解5项指标来评测滤材物理、化学性能的优劣。在工业应用中，常用几种滤材性能见表5。从表中可以看出不同滤材中，除PTFE材质具有全面最优的综合性能外，其他均有1～3项不足之处。PPS是目前燃煤锅炉烟尘治理时的主要滤材，虽然它有较优良的抗酸性能，但在实践应用中发现，PPS在复杂的燃煤烟气中，承受酸腐蚀的能力不太理想，行业中已发生多起因酸腐蚀引起PPS滤袋短期内大量破损的案例，因此，正确对待烟气条件对PPS滤袋使用寿命的影响，将有利于电袋除尘的长期稳定性能。

燃煤锅炉烟气成分中主要有COx、H2O、SOX、NOX、O2等，能直接破坏PPS材料的主要成分为SO3和NO2、O2。一定条件下当SO3、NO2与H2O化合形成硫酸和硝酸时，会对PPS产生强烈的腐蚀，高浓度酸液还具有强氧化性。同时O2对PPS滤材也具有氧化破坏作用。这些有害气体在不同温度下对PPS破坏的规律如下：

①随着温度的上升，化学物质对滤材的氧化速度加快，烟气发生酸结露概率减小，氧化成为破坏滤袋的主导因素。

②随着温度的下降，化学物质对滤材的氧化速度减缓，发生酸结露概率增加。当温度下降至烟气露点温度以下时，酸液腐蚀成为破坏滤袋的主导因素。

6.2 滤料的选择

龙净环保特别重视烟气条件影响滤袋寿命的课题研究，从2008年开始，与有关高等院校、日本东丽公司、滤袋厂家合作通过运行观察、破损滤袋检测、烟气成分测试、新材质滤袋试用等方法，寻找烟气条件影响滤袋寿命的规律与对策。初步结论为：

①PPS滤袋的使用条件有局限性，并非适用于所有燃煤烟气工况。

②对于燃煤硫含量高于1.0%且炉内不脱硫、烟气NOX浓度高且无脱硝装置、设备漏风率大、运行温度幅度波动大的烟气条件，选择滤料时必须慎重，应考虑选择一种耐温、耐腐蚀、抗氧化性能更优的新型滤料。

滤料的选择是各电袋生产厂家的专有技术，不同的工况条件和不同的除尘性能要求，所选择的滤料存在极大差别。一般来讲，滤料的选择需考虑烟气温度、烟气化学成分、粉尘性质、颗粒极配，同时还需考虑烟气含尘量、排放要求、系统阻力及用户的经济能力等，总體方案设计时，滤料可按以下条件选取[1]。

首先，当烟气条件合适时，优选PPS滤袋。适用条件如下：

①烟气化学成份条件

SOX浓度：<700ppm（～2000mg/Nm3），折算成煤的收到基全硫<1.0%；

NOX浓度：<200ppm（～400mg/Nm3）；

烟气氧含量：当温度≤160℃时，O2<8%，温度≤160～170℃时，O2<5%。

②烟气温度

下限温度：高于酸露点20℃以上；

上限温度：≤160℃；

上限温度极限：瞬时为180℃，每次不超过半小时，1年累积不超过200小时。

其次，当烟气条件长期为高温、高氧、高硫或低温时，滤料需选择PTFE做主材。

①改善排放和稳定阻力的措施：

第一，P84复合滤料；

第二，PTFE覆膜滤料；

第三，滤料采用高克重。

②滤料克重要求：对于常规工况，以PPS为主材的滤料，要求克重为（550～600）g/m2，而对于特殊工况，需以PTFE为主材的滤料，克重需做到（600～800）g/m2，具体应以实际工况要求选择。

滤料材质的选择需同时考虑各种工况条件、除尘性能要求及除尘器的设计参数。滤料材质选择应慎重，特别是在工况条件较恶劣时，选择合适的滤料才能满足排放及寿命等要求。

7 结语

由于篇幅有限，本文仅针对电袋复合除尘器总体设计的一部分内容：原始资料收集、电袋复合除尘器的结构形式、电场区与滤袋区的结构形式和主要参数及滤料的选择作简要介绍。针对国家环保排放≤30mg/Nm3的新标准，电袋复合除尘器将成为更多除尘行业的优先选择。

【参考文献】

【1】吴江华， 赖志华. 电袋复合除尘器是城市新建燃煤机组可靠保证排放≤30mg/Nm3的优选技术[C].2009全国燃煤电厂除尘技术论坛， 2012.