燃煤鍋爐用PPS復(fù)合濾袋

 

摘  要 簡(jiǎn)介燃煤電廠鍋爐袋式除塵器使用情況和國(guó)內(nèi)外使用差異，重點(diǎn)介紹了PPS和PPS+P84纖維針刺氈濾料及其使用條件、新近研發(fā)的低阻高效PPS和PPS+P84復(fù)合針刺氈濾料、高溫高硫系統(tǒng)使用的PTFE纖維復(fù)合梯度針刺氈濾料。

1 前言

近年來(lái)采用袋式除塵器控制微細(xì)煙塵倍受關(guān)注，綜觀國(guó)內(nèi)外電廠鍋爐袋式除塵器的應(yīng)用情況，袋式除塵器出口煙塵排放濃度均低于50mg/m_N³，甚至達(dá)到10mg/m_N³以下。對(duì)于燃用低硫煤的電廠鍋爐，采用電除塵器要達(dá)到該濃度有相當(dāng)難度。與靜電除塵器相比，袋式除塵器性能不受飛灰比電阻的影響，飛灰濃度和粒度的變化、鍋爐運(yùn)行負(fù)荷的變化、煙氣量波動(dòng)等情況下，對(duì)袋式除塵器出口排放濃度影響也極為有限。加之施工安裝快捷與運(yùn)行管理簡(jiǎn)便，袋式除塵器日漸成為火電廠用戶歡迎的除塵設(shè)備。

采用袋式除塵器實(shí)施燃煤鍋爐煙塵控制，國(guó)外已有30余年的應(yīng)用歷史。上一世紀(jì)，美國(guó)在70年代率先在燃煤鍋爐行業(yè)采用袋式除塵器；同期澳大利亞也在燃煤鍋爐上采用，而且到90年代初期，已在80%以上的電站鍋爐除塵項(xiàng)目中使用；70年代中后期開始，歐盟國(guó)家以每10年10%的份額遞增速率增加袋式除塵器的使用。袋式除塵器已成為發(fā)達(dá)國(guó)家控制大氣環(huán)境顆粒污染物必不可少的技術(shù)裝備。

上世紀(jì)

80年代我國(guó)電力部門在多個(gè)電廠開始試用袋式除塵器，80年代中期鍋爐容量為260T/h（云南某電廠2臺(tái)×130t/h，玻璃纖維濾袋，過(guò)濾風(fēng)速0.49—0.53m/min，濾袋1080條10m×Φ300mm/臺(tái)，10袋室，凈化后煙氣反吹，清灰阻力1200Pa，煙塵排放濃度47—63 mg/m_N³），后期已達(dá)到1080 t/h，由于采用的濾袋不能滿足電廠鍋爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的使用壽命要求等問(wèn)題，造成90年代初又回落到260t/h，之后10余年無(wú)發(fā)展。由于袋式除塵器濾袋技術(shù)不成熟，電除塵器成為我國(guó)燃煤鍋爐煙塵控制配套使用的除塵設(shè)備。

2001年底，在內(nèi)蒙古呼和浩特豐泰發(fā)電有限公司采用德國(guó)Lurgi公司低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器技術(shù)（進(jìn)口PPS+P84復(fù)合濾料，過(guò)濾風(fēng)速1.13m/min，扁圓濾袋長(zhǎng)8m，過(guò)濾面積25600m²，羅茨風(fēng)機(jī)，回轉(zhuǎn)反吹，清灰阻力900Pa，煙塵排放濃度低于30mg/m_N³）****使用在我國(guó)20MW機(jī)組配套鍋爐上。

電廠鍋爐除塵使用的袋式除塵器要求與鍋爐設(shè)備大修期同步，30000小時(shí)成為火電廠要求的基本使用期。但是，同為燃煤電站鍋爐煙氣除塵，國(guó)內(nèi)的應(yīng)用條件與國(guó)外存在差異，主要表現(xiàn)在：

（1）煤種：國(guó)外使用精煤與國(guó)內(nèi)使用原煤，在熱值、灰份、含S量等存在差異；

（2）技術(shù)水平：國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)備自動(dòng)化程度較高，國(guó)內(nèi)設(shè)備手工與自動(dòng)化結(jié)合；

（3）鍋爐設(shè)備：國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的鍋爐設(shè)備相對(duì)要比較先進(jìn)，國(guó)內(nèi)還存在大量的中小設(shè)備（尤其是早期鍋爐）；等。

濾料應(yīng)用環(huán)境表現(xiàn)為四高一大一低（排放煙氣溫度高，煙氣中SO2、NOx、O2含量高；含塵濃度大；改造工程要求濾料阻力低），由于燃煤鍋爐排放的煙氣條件比較惡劣，濾料（濾袋）壽命面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。因此在袋式除塵器使用濾料時(shí)，借鑒但不盲目照搬國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)考慮國(guó)內(nèi)鍋爐實(shí)際情況，針對(duì)性地選用濾料。加快研發(fā)適合國(guó)情的新型濾料已成為袋式除塵器推廣使用的技術(shù)關(guān)鍵。

 

2  PPS及PPS+P84針刺氈濾料

PPS針刺氈是目前用于燃煤電廠鍋爐脈沖清灰袋式除塵器選用的主要濾料品種之一，PPS學(xué)名聚苯硫醚，化學(xué)分子式為：

 它主要適用于燃用低硫煤的煙氣處理。它選用美國(guó)、日本等國(guó)生產(chǎn)的聚苯硫醚（PPS）纖維，按照耐高溫過(guò)濾氈的生產(chǎn)工藝制造、加工的過(guò)濾材料。

PPS纖維，全球范圍內(nèi)只有少數(shù)幾家大型化學(xué)公司生產(chǎn)，日本公司的產(chǎn)品占據(jù)著主要市場(chǎng)。日本東洋紡（TOYOBO）公司的注冊(cè)商標(biāo)為PROCON／普抗，日本東麗（TORAY）公司的注冊(cè)商標(biāo)為TORCON／特利通，美國(guó)飛利浦（PHILIP）公司的注冊(cè)商標(biāo)為RYTON／萊頓或稱萊通、賴登。我國(guó)目前PPS纖維已生產(chǎn)出樣品，但還處于研發(fā)、試生產(chǎn)階段。

PPS針刺氈的應(yīng)用條件主要取決于PPS纖維性能，燃煤電廠鍋爐煙氣除塵比較適宜使用的條件為：煙氣溫度120—160℃，煙氣中SO₂含量<800mg/m³、NO_x含量<700mg/m³，含氧量<8%，燃煤灰分<30%；鍋爐運(yùn)行啟動(dòng)前，需進(jìn)行預(yù)涂灰；噴油點(diǎn)爐、鍋爐爆管、煙氣超溫時(shí)不宜直接進(jìn)入袋式除塵器，需設(shè)旁路煙道；袋式除塵器設(shè)計(jì)過(guò)濾風(fēng)速1.0m/min左右，除塵器阻力1300—1500Pa。在這些條件下，正常運(yùn)轉(zhuǎn)的袋式除塵器濾袋保障使用壽命30000h（袋式除塵器投用日開始計(jì)算）。

為了防止PPS針刺氈阻力長(zhǎng)期使用后阻力升高，增加耐溫能力，采用PPS+P84復(fù)合纖維制作針刺氈，P84纖維含量20%左右。

P84學(xué)名聚酰亞胺，P84纖維截面與PPS纖維棒狀相比呈多葉狀，它的不規(guī)則的纖維斷面使纖維表面積增大，針刺氈透氣性增加，具有降阻增效的效果，同時(shí)耐溫性可以適當(dāng)提高。P84纖維系奧地利英太（Inspec Fibres GmbH）公司****生產(chǎn)。P84纖維在高濕狀態(tài)下要謹(jǐn)慎使用，防止水解。

PPS及PPS+P84針刺氈使用之初主要靠國(guó)外進(jìn)口，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已有多家公司可以大批量生產(chǎn)和提供產(chǎn)品。產(chǎn)品質(zhì)量上國(guó)內(nèi)外已差異不大，產(chǎn)品價(jià)格上國(guó)外略高于國(guó)內(nèi)。目前國(guó)內(nèi)新建機(jī)組配套的燃煤（低硫煤）電廠鍋爐袋式除塵器大多選用這些濾料。

 

3  PPS及PPS+P84梯度針刺氈濾料

在大量生產(chǎn)和推廣使用PPS針刺氈的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，東華—博格技術(shù)研究中心對(duì)目前使用的PPS及PPS+P84 針刺氈做了進(jìn)一步改進(jìn)，研發(fā)出新型結(jié)構(gòu)的梯度針刺氈濾料，并在200MW等燃煤（低硫煤）電廠鍋爐袋式除塵器中使用。主要技術(shù)特點(diǎn)為：

⑴ 對(duì)傳統(tǒng)針刺氈引入覆膜表面過(guò)濾技術(shù)，引入表面超細(xì)纖維層，產(chǎn)生表層過(guò)濾效果。把傳統(tǒng)針刺氈“表層+深層”過(guò)濾方式轉(zhuǎn)變?yōu)樘荻柔槾虤?/span>“表層”過(guò)濾。不同過(guò)濾方式示意圖見圖1。通過(guò)采用超細(xì)面層使針刺氈表面更致密，阻擋微細(xì)塵粒能力提高，同時(shí)表面易清灰。采用掃描電鏡觀察常規(guī)濾料與梯度濾料表面纖維分布圖見圖2。

      (a)薄膜濾料表面過(guò)濾 (b)傳統(tǒng)濾料深層過(guò)濾 (c)含超細(xì)表層濾料過(guò)濾

  圖1濾料不同過(guò)濾方式對(duì)比示意圖

⑵ 針刺氈截面結(jié)構(gòu)上采用纖維細(xì)度逐層加大的梯度層次結(jié)構(gòu)，流體通道由傳統(tǒng)針刺氈的相當(dāng)?shù)葘捓@形通道改變?yōu)橄喈?dāng)前窄后寬的繞形通道。新型PPS梯度針刺氈濾料結(jié)構(gòu)示意圖見圖3，它由表層超細(xì)纖維層、細(xì)纖維層、基布、粗纖維層4層構(gòu)成。梯度復(fù)合濾料結(jié)構(gòu)電鏡觀測(cè)圖見圖4。

采用超細(xì)面層后阻擋微細(xì)塵粒能力提高，通道前窄后寬濾料內(nèi)層不易集塵，保持濾料長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行而阻力上升變化速度減緩。

⑶ 針刺氈整體采用PTFE（聚四氟乙烯）浸滲處理，使纖維表面涂有PTFE膜。采用掃描電鏡觀察濾料內(nèi)部纖維PTFE膜圖見圖5。

通過(guò)各項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)后，PPS及PPS+P84針刺氈濾料性能得到顯著改善，改進(jìn)后濾料的主要使用技術(shù)指標(biāo)為：

    煙氣溫度120—180℃，煙氣中SO₂含量<1000mg/m³、NO_x含量<1000mg/m³，含氧量<10%，除塵器阻力1100—1300Pa。

4 PTFE梯度復(fù)合針刺氈濾料

袋式除塵器進(jìn)一步擴(kuò)大在燃煤的電廠鍋爐使用，需要解決濾料適用范圍：高硫煤；鍋爐頻繁啟停（出現(xiàn)低溫60—120℃，酸結(jié)露腐蝕）；鍋爐排煙溫度達(dá)到190—200℃（夏季）；鍋爐過(guò)量鼓風(fēng)、空氣預(yù)熱器漏風(fēng)，造成含氧量升高等問(wèn)題。如果繼續(xù)使用PPS或PPS+P84針刺氈，勢(shì)必濾料使用壽命不能得到保證。因此需要采用PTFE纖維替換PPS、P84纖維制作針刺氈濾料。

PTFE是當(dāng)今世界上耐腐蝕性能****材料之一，具有“塑料王”之稱，學(xué)名聚四氟乙烯。它具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性和****的耐化學(xué)腐蝕能力，如耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑等，有突出的耐熱、耐寒及耐摩性，具有不沾著、不吸水、不燃燒等特點(diǎn)。PTFE纖維目前全球僅有極少數(shù)公司生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)上海博格工業(yè)用布有限公司業(yè)已生產(chǎn)出PTFE梯度針刺氈復(fù)合濾料，并在50MW燃煤（高硫煤）電廠鍋爐使用。PTFE梯度復(fù)合濾料具有滿足不同煤種和各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件的特點(diǎn)，由于受PTFE纖維生產(chǎn)量和價(jià)格的限制，濾料應(yīng)用總量還比較有限。在前述復(fù)雜運(yùn)行條件時(shí)，PPS針刺氈難以滿足使用條件，可以考慮選用PTFE梯度復(fù)合針刺氈濾料。需注意以下幾點(diǎn)：

⑴ 對(duì)PTFE纖維進(jìn)行細(xì)度分級(jí)，生成不同細(xì)度的PTFE纖維，用于生產(chǎn)梯度復(fù)合針刺氈濾料。

⑵ 針對(duì)180—200℃高溫?zé)煔鈺r(shí)PPS纖維抗化學(xué)腐蝕能力下降，限量使用PPS纖維。對(duì)于60—120℃低溫?zé)煔猓瑹煔庵杏泻ξ镆捉Y(jié)露，不宜使用P84纖維，限量使用PPS纖維。

⑶ 針對(duì)180—200℃高溫?zé)煔猓鳛榻档统杀镜拇胧┛梢赃m量采用不同細(xì)度的玻璃纖維，但不得用于濾料表層。

⑷ 可以采用PTFE纖維與其它耐高溫耐腐蝕纖維組成復(fù)合纖維，用于生產(chǎn)梯度復(fù)合濾料。但要注意PTFE濾袋廢棄物回收處理。

5.2清潔濾料阻力和過(guò)濾效率

圖7列出了（干球溫度22.3℃，相對(duì)濕度78%，大氣壓力10⁵Pa）幾種高溫針刺氈的清潔阻力狀況。HBT梯度濾料的清潔阻力比覆膜濾料低約35%，比FMS系列復(fù)合濾料低15%左右，說(shuō)明HBT梯度濾料具有良好的透氣性能。

圖8為幾種濾料在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下（干球溫度13.8℃，相對(duì)濕度40.7%，大氣壓力10⁵Pa）對(duì)環(huán)境氣溶膠PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0顆粒物的過(guò)濾效率η。HBT梯度濾料由于表面使用超細(xì)纖維層，其對(duì)微細(xì)顆粒物的過(guò)濾效率接近覆膜濾料。

6 典型應(yīng)用工程示例

⑴ 陜西寶雞熱電有限公司50MW液態(tài)排渣燃煤粉鍋爐（2×200t/h，1×115t/h）復(fù)合多管旋風(fēng)除塵器改造工程項(xiàng)目。

特點(diǎn)：高溫?zé)煔?span style="margin: 0px; padding: 0px; font-family: 微軟雅黑, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 15px; line-height: 30px; color: rgb(51, 51, 51); list-style: none; border: none;">150—190℃，系統(tǒng)要求低阻1000Pa；采用“PPS+P84+適量玻纖”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。已投運(yùn)1年。

⑵ 天津第一熱電廠50MW燃煤粉鍋爐220t/h鍋爐除塵器“電改袋”工程濾袋配套項(xiàng)目。

特點(diǎn)：高硫煤；采用“PPS+PTFE”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。已投運(yùn)半年。

⑶ 內(nèi)蒙古豐泰發(fā)電有限公司200MW袋式除塵器濾袋整體更換項(xiàng)目

特點(diǎn)：國(guó)內(nèi)首臺(tái)200MW以上火電機(jī)組袋式除塵器；采用“PPS+P84”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。開始更換，部分投入使用。

⑷  陜西戶縣熱電有限公司燃煤粉鍋爐（3×170t/h）復(fù)合多管旋風(fēng)除塵器改造工程項(xiàng)目。

特點(diǎn)：高硫煤；采用“PTFE+PPS+適量玻纖”纖維復(fù)合，梯度結(jié)構(gòu)，濾料整體PTFE浸滲。正在施工。