火电厂锅炉大气污染控制袋式除尘器的优化设计

孙 雪 景

（吉林建筑大学市政与环境工程学院，吉林 长春 130118）

城市生活中空气污染问题是我国环保研究的热点和焦点问题之一。为此，国家对气体排放问题制定了一系列的保护措施，这些措施提高了烟尘排放的标准，加强了硫化物排放的限制，但也在无形中提高了烟尘浓度和吸烟的电阻率，从而降低除尘器的吸烟效率。本文以研究新型U 型沉降脉冲袋除尘器为例，通过多方面的理论分析和实验研究，探讨了新型U 型沉降脉冲袋除尘器在废气处理中的净化作用。

1 除尘器优化设计的必要性

在我国，袋式除尘器刚开始用于燃煤厂的烟气除尘，而国外发达国家则对大型火电站的燃煤锅炉进行除尘和脱硫，其中袋式除尘器的份额占相当比重。随着国家环保法规日益完善，电厂燃煤锅炉的各种污染物排放标准也逐步提高，袋式除尘器将在国内燃煤锅炉的除尘和脱硫市场中具有广阔的前景[1-2]。

此外，我国对袋式除尘器的需求很大，特别是袋式除尘器滤料、脉冲阀等新材料和新设备的研制，进一步提高了袋式除尘器的安全可行性，不仅清除效率高，而且对粉尘性能和烟气组成的影响较小，故而具有广阔的市场开发前景。

2 新型除尘器的优化分析和设计

2.1 工作原理

首先，含尘气体进入除尘器后，经集合管分流进入U 型集合烟道，由于出口压力较低，气流速度减慢，大颗粒粉尘受重力影响掉入灰斗，微细的粉尘进入包袋室；随后，小小的颗粒和微细粒的粉尘再吸入滤袋中，周围随着空气流的运动作用，在空气筛分、惯性、粘附和空气扩散等多种因素作用下，吸入滤袋中的粉尘被捕集并送到粉尘滤袋。粉尘滤袋会快速吸附气体到滤袋外表，被粉尘净化的有机气体粉尘会从装在滤袋内的表面快速排出。经过一个长期的分化过渡成长周期。吸附于整个滤袋入口表面的空气粉尘不断急剧增加，压差也在不断急剧升高，当空气阻力升高到一定阻力值时，压差通过变压器自动发出信号、电磁脉冲使风阀自动打开，具有极高压力的空气以极快的流动速度从空气喷射器入口高速吹出，经空气喷管高速吹进整个滤袋，使其急剧收缩膨胀，引起电磁冲击波的振动，同时还会产生瞬间的反向振动气流，脉冲粉刷清灰除尘处理[3]。吸附于机器滤袋底层表面的净化粉尘，洒落在电动除尘器滤袋底层的除灰斗内，从滤袋除尘口迅速排出，净化的粉尘气体从滤袋排气口中迅速排出。

2.2 构造

U 型沉降脉冲袋式除尘器由入气口、上箱体、脉冲喷吹装置、花板、中箱体(烟气室、内置旁路烟道、净气室、滤袋间、U 型槽)、灰斗、排灰装置、烟气出口等组成。其中U 型沉降低压脉冲袋式除尘器，采用烟气扩容沉降，突然转弯惯性分离(U 型沉降)，均匀布风缓慢上升3 个步骤来实现预除尘的目的， 从而减少了进入布袋的烟气含尘量， 减少了布袋的磨损机会，既提高了除尘器整体除尘效率，同时也增加了布袋的使用寿命。U 型沉降脉冲袋式除尘器构造如图1 所示。

2.3 新型除尘器的优化设计

本文以某电厂70 MW 机组进行袋式除尘优化设计。设计要求标准状态下袋式除尘器烟气排放浓度≤50 mg/m3；除尘效率＞99%；漏风率≤2%。优化设计步骤如下。

1）除尘器总过滤面积

已知：Q=120 000 m3/h，vf=1.0 m/min，参考文献[4]中过滤面积计算公式，带入数值得：

因此得出本设计中袋式除尘器过滤面积A=2 000 m2，公式（1）中物理量如下，Q 为烟气流量，m3/h；vf为过滤风速，m/min；A 为袋式除尘器过滤面积，m2。

2）滤袋数量的计算

参考文献[4]中滤袋数量计算公式，带入数值得：

因此在本袋式除尘器中应当设立960 条滤袋，公式（2）中，n 为滤袋数量，条；A 为袋式除尘器过滤面积，m2；L 为滤袋长度，m。

3）袋笼的确定

滤袋与袋笼之间的配合尺寸应符合以下要求：①当选用聚苯硫醚(PPS)滤袋时，滤袋直径应＞袋笼直径5 mm～7 mm， 滤袋长度应＞袋笼长度的4%～6%；②当选用玻纤覆膜滤袋时，滤袋直径应＞袋笼直径3 mm～5 mm；滤袋长度应＞袋笼长度的2%～4%。本设计中滤袋为PPS 材料，因此取滤袋直径＞袋笼直径6 mm，袋笼直径为124 mm；取滤袋长度＞袋笼长度的5%，袋笼长度为4 850 mm。

4）滤袋与花板的布置

根据滤袋数量为960 条， 我们共设6 个滤袋单元，每个过滤单元2 个滤室，共12 个过滤室。每个过滤室横向布置5 个，纵向布置16 个。一般花板孔直径应＞滤袋直径5 mm， 因此花板孔直径取135 mm。横向花板孔的中心距取230 m， 纵向花板孔的中心距取180 mm，花板横向尺寸为7 810 mm，单侧花板纵向尺寸为3 300 mm。

5）上箱体的布置

根据花板的尺寸得出上箱体的横向尺寸为7 810 mm，纵向尺寸为2 个单侧花板纵向尺寸与烟气通道纵向尺寸之和，即8 560 mm。为了方便后续滤袋的更换与维护、室内建筑的高度要求及喷吹设备的安装，上箱体高度取840 mm。

3 滤料的选择方案

滤布的除尘性能和使用吸尘器的效率对整体除尘效果有较大程度影响[4]。滤布专用材料筛选应必须具备以下几个条件：材料能有效阻止细小颗粒粉尘直接通过，滤袋筛选材料中沿经纬度曲线方向交织处的孔眼小，经纬度曲线本身细，以利于增大滤袋筛选有效材料面积、减少筛选阻力。滤料内层绒毛的内部长度不仅要长，而且要具有一定弹性，使其内部能同时覆盖很多孔眼，并且具有一定的热强度。为了同时方便反吹粉尘气体时的清理，滤料中的绒毛叶片应直接位于与其中含尘垢的空气相碰或接触的一面[5-6]。

已知设计要求中烟气平均温度为140 ℃， 最高温度160 ℃。热水锅炉烟气产物主要是炭黑、粉煤灰，并且有一定量的硫及其化合物存在，因此应当在聚苯硫醚纤维(PPS)针刺毡与聚四氟乙烯(PTFE)纤维中选取合适本设计的滤料。本设计利用脉冲的方式进行清灰，而聚四氟乙烯(PTFE)纤维柔韧性欠缺在脉冲清灰时容易受到剧烈震动减少滤料寿命， 最终我们选择聚苯硫醚纤维(PPS)针刺毡作为本设计滤袋的材料。在袋式除尘器前加入U 型槽来达到对含尘烟气的三步降速， 同时通过惯性力的作用将≥90 um 的颗粒去除，达到预除尘的效果，减少尘粒对滤袋的磨损，提高滤袋的利用率，间接提升除尘效率。在这个过程中可以将原本含尘量2 000 mg/Nm3的烟气净化为含尘量41 mg/Nm3洁净气体， 烟气去除效率达到99.95%。

4 结论

本文对U 型沉降脉冲袋式除尘器优化设计进行了详细地阐述，说明了其改性后的除尘器具有显著的除尘和净化能力。同时对其滤料的选择方案进行分析，为实际应用奠定理论基础。