李 貞，曹辰雨，任建興，楊涌文，李芳芹，吳 江

(上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院，上海 200090)

目前我國的能源結(jié)構(gòu)決定了燃煤電廠在電力行業(yè)中的重要地位.據(jù)統(tǒng)計，2011年1月至12月，全國發(fā)電量達(dá) 4.6×1012kWh，同比增長11.98%，其中火力發(fā)電量達(dá)3.8 ×1012kWh，占總發(fā)電量的82.8%.火電廠燃煤產(chǎn)生的煙塵所造成的煤煙型污染已成為我國大氣污染的主要來源之一，隨著環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，國家對大氣污染物煙塵的排放要求也越來越嚴(yán)格，這就迫使電力企業(yè)采用環(huán)保措施，減少大氣污染.

在除塵技術(shù)的發(fā)展過程中，袋式除塵設(shè)備是被公認(rèn)的治理大氣污染物煙塵排放的高效除塵設(shè)備.袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)用范圍廣泛，除塵效率高，能夠滿足國家頒布實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 13223—2011的要求.正是由于袋式除塵器的上述優(yōu)點(diǎn)，已在眾多企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用.

1 袋式除塵器的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 袋式除塵器的結(jié)構(gòu)

袋式除塵器也稱為過濾式除塵器［1］，是一種干式高效除塵器，是利用有機(jī)纖維或無機(jī)纖維編織物制作的袋式過濾元件將含塵氣體中固體顆粒物濾出的除塵設(shè)備，用于捕集非粘結(jié)性、非纖維性的工業(yè)粉塵.

按其清灰方式的不同，袋式除塵器可分為振動式、氣環(huán)反吹式、脈沖式、聲波式和復(fù)合式5種類型［2］.現(xiàn)以振動式袋式除塵器為例來介紹其結(jié)構(gòu)，圖1為振動式袋式除塵器的結(jié)構(gòu)簡圖［2］.

圖1 袋式除塵器結(jié)構(gòu)示意

1.2 袋式除塵器的工作原理

袋式除塵器的工作原理是利用纖維編制物制成網(wǎng)袋，當(dāng)含有顆粒物的介質(zhì)通過濾袋時，顆粒因截留、慣性碰撞、靜電和擴(kuò)散等物理作用，使顆粒物被分離除去.當(dāng)含塵煙氣由袋式除塵器進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入時，煙塵顆粒被機(jī)械地收集在濾袋上，過濾可發(fā)生在濾袋的纖維上，也可發(fā)生于附著在濾袋表層的灰層上，經(jīng)濾袋及表層灰層過濾后的清潔煙氣通過排風(fēng)口排入大氣.圖2為袋式除塵器的工作原理示意［3］.

圖2 袋式除塵器的工作原理

由圖2可知，袋式除塵器的工作過程分為兩個階段:一是濾塵過程;二是清灰過程.其工作過程為:含塵氣流從袋式除塵器下部進(jìn)入圓筒型濾袋，在通過濾料的微孔時，粉塵因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截，捕集在濾袋上，這時透過濾袋的清潔氣體由排氣口排出，而沉積在濾袋上的粉塵，通過機(jī)械振動力的作用從濾料表面脫落進(jìn)入灰斗.常用濾袋的網(wǎng)孔為20～50 μm.在過濾過程中，粉塵因截留、碰撞、靜電和擴(kuò)散等作用，逐漸在濾袋表面形成粉塵層.粉塵層形成后，可成為袋式除塵器的主要過濾層，由此提高了除塵效率.

2 袋式除塵器的除塵特性

2.1 影響除塵器除塵特性的主要因素

根據(jù)袋式除塵器的原理與工作過程，影響除塵器的主要因素有以下幾個方面.

2.1.1 除塵器濾袋的品質(zhì)

濾袋的品質(zhì)是影響袋式除塵器除塵效率的關(guān)鍵，對袋式除塵器濾袋材質(zhì)的要求，除性能良好的濾布和特定的致密度和透氣性外，還應(yīng)有良好的耐腐蝕性、耐熱性及較高的機(jī)械強(qiáng)度.發(fā)電廠煙氣排放溫度一般控制在120～160℃，通常采用聚苯硫醚PPS材質(zhì)的濾袋［4-6］.但在實(shí)際使用中，聚苯硫醚PPS受鍋爐運(yùn)行時氧含量的影響較大，煙氣含氧量及溫度對PPS濾料使用壽命有直接的影響.因此，煙氣含氧量是決定除塵器濾袋工作壽命的主要因素之一.

2.1.2 過濾風(fēng)速的選擇

過濾風(fēng)速［7，8］實(shí)際上是指氣體通過濾布時的平均速度，代表了袋式除塵器處理氣體的能力，是袋式除塵器的一個重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).如果過濾風(fēng)速過高，濾袋壽命就會縮短;如果過濾風(fēng)速過低，投資成本就會提高，因此需要合理地選擇過濾風(fēng)速.根據(jù)國內(nèi)外實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，過濾風(fēng)速應(yīng)控制在1.0 m/min左右，使用聚苯硫醚PPS材質(zhì)，可以保證濾袋使用壽命達(dá)30 000 h，而對于高粉塵濃度的袋式除塵器，其過濾風(fēng)速一般在 0.8 m/min以下.這對氣流均勻分布及延長濾袋壽命較為有利.

過濾風(fēng)速的控制范圍:滌綸濾料一般為0.6～1.0 m/min，玻璃纖維濾料一般為 0.4 ～ 0.5 m/min.

2.1.3 袋式除塵器運(yùn)行阻力

根據(jù)理論計算，袋式除塵器除塵效率可達(dá)99%.但在實(shí)際運(yùn)行中，會受到除塵器漏風(fēng)和阻力的影響.漏風(fēng)率越低，除塵效果越好;阻力減小，除塵效果提高.袋式除塵器阻力與噴吹壓力有關(guān)，噴吹壓力越大，噴吹到濾袋內(nèi)和所誘導(dǎo)的空氣量越多，產(chǎn)生的反吹風(fēng)速就越大，清灰效果越好，除塵器的阻力下降越明顯［9］.圖3為不同噴吹壓力下除塵器阻力與過濾風(fēng)速的關(guān)系.

圖3 袋式除塵器阻力與濾速的關(guān)系

從圖3中可以看出，隨著噴吹壓力的增加，除塵器阻力隨過濾風(fēng)速的增加而增加，但增加的速率越來越緩慢.因此，在一定范圍內(nèi)，增大噴吹壓力可以減小除塵器的運(yùn)行阻力.

2.1.4 介質(zhì)溫度

當(dāng)介質(zhì)溫度升高超出濾袋工作范圍時，濾袋的除塵性能將逐漸發(fā)生改變，如脆化、表面收縮、變形、透氣等，嚴(yán)重時會出現(xiàn)“燒袋”，使濾袋受到損壞，除塵性能急劇下降.

2.1.5 濾袋結(jié)露

結(jié)露是袋式除塵器運(yùn)行中最常見的問題.介質(zhì)中的水分是影響濾袋結(jié)露的最主要的因素，尤其是在處理高溫介質(zhì)時，當(dāng)濾袋發(fā)生結(jié)露，濾袋表面的初始粉塵層將含有水分，水分使濾袋表面粘結(jié)、板結(jié)，從而加速濾袋的腐蝕和損壞，導(dǎo)致濾袋失去彈性，不能正常工作.

除塵器濾袋的品質(zhì)、過濾風(fēng)速的選擇，以及袋式除塵器的運(yùn)行阻力、介質(zhì)溫度、濾袋結(jié)露等不僅會影響除塵效率，還會影響除塵性能，妨礙布袋除塵器的正常工作.

2.2 袋式除塵器的除塵性能

袋式除塵器與靜電除塵器相比，其除塵效率基本不受粉塵的比電阻、濃度、粒度等因素的影響，鍋爐負(fù)荷的變化和煙氣量波動對布袋除塵器除塵效率的影響不大，袋式除塵器對微細(xì)煙塵的捕集率一般可達(dá)99.9% 以上，并同時具有除塵效率高、占地面積小、投資費(fèi)用少、耗電量小等優(yōu)點(diǎn).

袋式除塵器不僅可實(shí)現(xiàn)對燃煤排放顆粒物的控制，而且還可捕集一定量的SO2等有害氣體，除去煙氣中的顆粒態(tài)重金屬Hg.

袋式除塵器雖然具有上述優(yōu)點(diǎn)，但也存在著明顯的不足［10］:

(1)運(yùn)行阻力較大 一般壓力損失為1 000～1 500 Pa，這對除塵器后的引風(fēng)機(jī)功率要求較高;

(2)運(yùn)行成本較高 主要是指濾袋費(fèi)用高，低溫時要防結(jié)露防腐蝕;

(3)受進(jìn)口粉塵濃度影響較大 除塵器進(jìn)口粉塵濃度將影響濾袋的使用壽命及除塵器的運(yùn)行阻力，當(dāng)除塵器進(jìn)口粉塵濃度過高時，濾袋阻力上升速度加快，清灰頻率升高，壓縮空氣消耗增大，除塵效率降低.

3 采取的技術(shù)措施

燃煤電廠煙氣除塵是整個燃煤發(fā)電過程中的一個重要環(huán)節(jié)，在袋式除塵器用于燃煤電廠煙氣除塵時，必須要了解袋式除塵器的除塵性能，并采取相應(yīng)的措施，以確保其具有高可靠性，即運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、濾袋使用壽命長，提高除塵效率.因此，保證經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行是袋式除塵器技術(shù)進(jìn)步的發(fā)展方向.

3.1 提高濾料產(chǎn)品質(zhì)量

濾袋材料和濾袋織造技術(shù)直接影響濾布和濾袋的質(zhì)量，影響使用壽命和運(yùn)行費(fèi)用，并進(jìn)而影響布袋除塵器的除塵效率，影響粉塵的排放濃度.因此，精選原料，提高濾袋材料和濾袋織造工藝水平，是提高布袋除塵器除塵效率的關(guān)鍵［11，12］.

3.2 設(shè)置旁路保護(hù)

旁路保護(hù)是在布袋除塵器的進(jìn)出口煙道處設(shè)旁路閥門.當(dāng)煙溫超過濾袋所能承受的溫度范圍時，或?yàn)V袋壓差大于設(shè)定值又不能控制時，自動打開旁路閥門，關(guān)閉布袋除塵器的進(jìn)出口閥門，這時煙氣直接經(jīng)過引風(fēng)機(jī)排出.設(shè)置旁路閥門的目的是在特定情況下起到對布袋除塵器的有效保護(hù)作用，使布袋除塵器能夠維持較高的除塵效率.

3.3 選擇進(jìn)風(fēng)方式

目前含塵氣流的進(jìn)風(fēng)方式主要有兩種，即下進(jìn)風(fēng)和側(cè)進(jìn)風(fēng)［13，14］.下進(jìn)風(fēng)方式是指含塵氣流從布袋除塵器下方灰斗進(jìn)入，通過濾袋凈化后從除塵器頂部排出.這種進(jìn)風(fēng)方式的含塵氣流運(yùn)動方向和顆粒物的沉降方向相反，主要特點(diǎn)如下:

(1)含塵氣流進(jìn)入下方灰斗后，粗顆粒煙塵直接沉降，通常只有小于0.3 μm的細(xì)小顆粒物接觸濾袋，減少了顆粒物對濾袋的磨損，延長了濾袋的使用壽命，同時也延長了濾袋清灰的時間間隔;

(2)含塵氣流與顆粒物沉降方向相反不但阻礙了煙塵顆粒物的沉降，而且在反吹時容易使濾袋內(nèi)部清除下來的煙塵還未全部沉降到灰斗之前又被吹回到濾袋上方，影響了布袋除塵器的除塵效率.

側(cè)進(jìn)風(fēng)方式是指含塵氣流進(jìn)入煙道進(jìn)口后，再經(jīng)過煙氣分配裝置側(cè)向進(jìn)氣.選擇這種方式時，煙氣分配器對大粒徑的煙塵進(jìn)行粗分離，避免了含塵氣體對濾袋的直接沖刷，能夠進(jìn)一步提高整個除塵器的除塵效率.由于是側(cè)向進(jìn)氣，所產(chǎn)生的氣流上升速度較慢.當(dāng)粉塵從除塵器頂部墜落到底部時，再次被帶走的可能性，以及壓力損失等明顯減小，從而使運(yùn)行能耗降低，除塵效率提高.

4 結(jié)語

袋式除塵器運(yùn)行阻力大，濾袋維護(hù)費(fèi)用高，運(yùn)行成本較大，但其除塵效率基本不受粉塵的比電阻、濃度、粒度等因素的影響，鍋爐負(fù)荷的變化、煙氣量的波動對布袋除塵器出口排放濃度的影響較小，且除塵效率高，能滿足國家最新頒布的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行穩(wěn)定，因而在電廠除塵設(shè)備中占有主導(dǎo)地位.相信在“節(jié)能減排”的總目標(biāo)下，只要改善布袋除塵器的除塵性能，布袋除塵器在電廠的應(yīng)用將會更加廣泛.

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