濾筒及褶皺濾袋在電站鍋爐袋除塵器應(yīng)用趨勢與展望
摘要：文章通過濾筒、褶皺濾袋與常規(guī)應(yīng)用的圓袋、扁袋進行對比，結(jié)合近年來煤電領(lǐng)域布袋除塵器改造應(yīng)用濾筒、褶皺濾袋的案例，討論未來電站鍋爐大型布袋除塵器向濾筒、褶皺濾袋發(fā)展的趨勢與展望。
1引言
2001年12月28日，內(nèi)蒙古豐泰發(fā)電有限公司2×200MW機組1#袋式除塵器投產(chǎn)運行以后，標(biāo)志著我國火力發(fā)電領(lǐng)域長期被電除塵器100%壟斷的局面徹底結(jié)束，同時借助這個局面的突破，國產(chǎn)濾袋技術(shù)也從使用壽命短、阻力大、工況適應(yīng)性差、破袋率高及檢修維護環(huán)境惡劣等無法勝任火力發(fā)電機組運行的困境中實現(xiàn)突破，促成至今濾袋除塵器，包括電袋除塵器，廣泛的應(yīng)用于我國火力發(fā)電廠的各類型鍋爐機組煙氣除塵的設(shè)備配套中。
與上述歷史類似，在2014年以前，我國電站鍋爐布袋除塵器配套濾袋型式，100%的被圓袋和扁袋壟斷，而濾筒式濾袋和褶皺濾袋同樣由于壽命短、清灰效果差、溫度適應(yīng)性差、破袋率高及檢修維護環(huán)境惡劣、過濾風(fēng)速偏低等原因，造成濾筒和褶皺濾袋只適用于小容量除塵器，無法應(yīng)用于電站鍋爐煙氣處理。然而濾筒式濾袋和褶皺濾袋在水泥、建材、冶金、食品、化工等領(lǐng)域的發(fā)展始終沒有停止。2015年以來，伴隨長度2米以上大型濾筒技術(shù)的發(fā)展以及褶皺濾袋自主研發(fā)技術(shù)的日益成熟，濾筒式濾袋和褶皺濾袋逐步滿足了火電廠鍋爐機組大風(fēng)量煙氣除塵的應(yīng)用條件，并且已經(jīng)開始在電站鍋爐除塵中得到應(yīng)用。
2濾筒式濾袋除塵器
2.1國內(nèi)外動態(tài)
濾筒式除塵器早在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)在歐美和日本一些國家出現(xiàn)，其具有體積小，效率高，投資省，易維護等優(yōu)點。在濾筒式除塵器出現(xiàn)的很長一段時間內(nèi)，由于濾筒及設(shè)備容量小，難組合成大風(fēng)量設(shè)備，過濾風(fēng)速偏低，應(yīng)用范圍窄，僅在小型化的倉儲設(shè)備除塵中得到應(yīng)用。最近十年來，伴隨新技術(shù)、新材料、新工藝的發(fā)展，以美國GE-BHA畢威、丹麥諾蒂克NORDIC等公司為代表，經(jīng)過對濾筒結(jié)構(gòu)和濾料進行優(yōu)化和改進，使濾筒除塵器解決了難以大型化的瓶頸，逐步廣泛地應(yīng)用到了水泥、鋼鐵、電力等大型化的工業(yè)領(lǐng)域。目前，濾筒式除塵器已經(jīng)是解決傳統(tǒng)濾袋除塵器對超細粉塵收集難、過濾風(fēng)速高、清灰效果差、濾袋易磨損破漏、運行成本高的有效替代方案之一。
國內(nèi)在引進消化吸收國外先進技術(shù)的同時，在水泥、鋼鐵等大型化煙氣除塵領(lǐng)域，已經(jīng)完成濾筒技術(shù)國產(chǎn)化的發(fā)展與完善。2016年以無錫三維絲、無錫特瑞環(huán)承擔(dān)的承德熱力公司的熱電機組布袋除塵器改造、長沙熱電廠電袋除塵器改造均取得良好效果，這兩個改造項目，同時起到了濾筒技術(shù)在電站鍋爐除塵器應(yīng)用的良好示范作用。
2.2濾筒性能簡介
濾筒式濾袋相對于普通濾袋最大的優(yōu)勢是在更小空間內(nèi)，具有更大的過濾面積和更高的過濾精度。以Φ160×2000mm的濾筒和普通濾袋進行比較結(jié)果見圖1：
圖1濾筒和普通濾袋進行比較結(jié)果
濾筒式濾袋采用耐高溫粘合技術(shù)及PTFE表面覆膜處理，運行溫度可以達到232℃。與傳統(tǒng)濾袋相比濾筒的優(yōu)點如下：
Ø褶式濾筒在同樣的安裝空間內(nèi)可增加過濾面積3-5倍，空間占用少，除塵器體積、重量以及配套基礎(chǔ)均大幅減小，具有更好的市場競爭力。
Ø可減小過濾風(fēng)速，提高處理煙氣量，對鍋爐因煤質(zhì)變化帶來的煙氣量異常變化具有更好的適用性。由于可有效的控制煙氣阻力波動，降低機組滿負荷時煙氣阻力或減少噴吹壓縮空氣動力消耗，這就相應(yīng)起到更好的節(jié)能降耗的效果。
Ø濾筒整體作為一個部件，沒有濾袋、袋籠的現(xiàn)場組合安裝工作量，安裝、檢修、維護方便，安裝進度、質(zhì)量容易控制。
Ø由于過濾風(fēng)速小，壓差低（通？煽刂圃1000Pa以內(nèi)），同時因濾筒長度短，濾筒下具有較大的粉塵沉降空間，除塵器內(nèi)氣流分布要明顯優(yōu)于常規(guī)濾袋除塵器，濾筒使用壽命也就具有更好的保障條件。
2.3應(yīng)用情況
2016年無錫三維絲過濾技術(shù)有限公司對河北承德熱力公司一臺50MW循環(huán)流化床鍋爐機組配套布袋除塵器完成改造，至今運行良好。河北承德熱力公司機組產(chǎn)能擴容需求，循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽流量從最初的150t/h增加至190t/h。但原有濾袋除塵器在整個供暖期間超負荷運行，并最終導(dǎo)致除塵器壓差過高，鍋爐內(nèi)出現(xiàn)爐內(nèi)正壓的工況。
由于原除塵設(shè)備設(shè)計偏小，且場地沒有空間增加除塵器艙室，為了提高產(chǎn)能擴容后除塵設(shè)備處理能力以及降低設(shè)備阻力，經(jīng)過多方面論證，采取了除塵器結(jié)構(gòu)不做變動，將原有常規(guī)圓形濾袋全部更換為具有更高過濾面積的濾筒的除塵器增容改造方式。改造前布袋除塵器參數(shù)見表1，改造后布袋除塵器參數(shù)見表2。
表1河北承德熱力公司除塵器改造前技術(shù)參數(shù)
表2河北承德熱力公司除塵器改造后技術(shù)參數(shù)
改造完成后，分別記錄了在鍋爐滿負荷和低負荷狀態(tài)下的除塵器壓差情況，并與同樣負荷下的使用濾袋時的設(shè)備壓差進行對比，結(jié)果表明：
（1）在鍋爐產(chǎn)氣量為180t/h時，使用濾筒較濾袋的壓差從927Pa下降到759Pa，下降約18%；
（2）在鍋爐產(chǎn)氣量為120t/h時，濾筒較濾袋的壓差從719Pa下降到482Pa，壓差下降約33%。
改造后經(jīng)濟性對比，據(jù)無錫三維絲核算，采用原配套圓袋改造預(yù)計費用90～120萬元，用濾筒改造后實際費用70萬元，經(jīng)濟效益明顯。
3褶皺濾袋除塵器
3.1國內(nèi)外動態(tài)
褶皺式濾袋的技術(shù)出發(fā)點與褶皺濾筒是相同的，與濾筒研發(fā)與應(yīng)用不同，我國在褶皺濾袋的研發(fā)與應(yīng)用方面是和國際上幾乎同步的。因此在褶皺濾袋應(yīng)用上，國內(nèi)不少的企業(yè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利，比如江蘇水碧天藍節(jié)能環(huán)保科技有限公司的皺褶式星形濾袋、袋籠專利；張家港艾爾環(huán)保設(shè)備有限公司的褶皺式布袋除塵器專利等。
國內(nèi)早期自主研發(fā)的褶皺式濾袋，因為濾袋結(jié)構(gòu)、濾料材料、袋籠結(jié)構(gòu)、清灰效果和清灰壓力、煙氣濕度等種種因素，時常存在清灰困難，或者確保清灰后，濾袋壽命又變差的兩難困境。同時因為對粉塵粘性、粉塵濃度適應(yīng)性差的因素，造成褶皺式濾袋存在很大的應(yīng)用局限性。近年來通過細致研究，對濾袋結(jié)構(gòu)、褶皺角度、濾料材料、袋籠結(jié)構(gòu)、清灰參數(shù)等有了更深的認識，褶皺式濾袋技術(shù)有了很大提高與發(fā)展，使褶皺式濾袋除塵器逐步解決了一些關(guān)鍵的應(yīng)用瓶頸，且已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于水泥、鋼鐵等大型化除塵設(shè)備的工業(yè)領(lǐng)域，褶皺式濾袋也已經(jīng)是替代傳統(tǒng)濾袋解決過濾風(fēng)速高、運行成本高的方案選擇之一。2014年張家港艾爾環(huán)保設(shè)備有限公司褶皺式濾袋已經(jīng)成功應(yīng)用于國電赤峰化工有限公司自備電廠布袋除塵器改造項目。另外，國內(nèi)紹興皋埠熱電160t/h循環(huán)流化床鍋爐除塵器提效改造項目也應(yīng)用了褶皺濾袋技術(shù)。
3.2褶皺濾袋性能簡介
褶皺式濾袋在現(xiàn)有布袋除塵器改造應(yīng)用方面，采取合理的濾袋設(shè)計措施，可以直接替代除塵器現(xiàn)有圓（橢圓）濾袋和袋籠而無需對主體設(shè)備做結(jié)構(gòu)性改造，一般在同等體積下，可選擇增加過濾面積50-80%。在新建項目中，同等體積下與圓（橢圓）濾袋對比，可增加過濾面積150%左右。如果按照需要可在增加過濾面積的同時,縮短布袋長度，并對系統(tǒng)運行優(yōu)化，可降低壓縮空氣用量和空壓機、脈沖閥的負荷。褶皺濾袋和袋籠結(jié)構(gòu)與安裝方式如圖2所示。
圖2褶皺濾袋和袋籠結(jié)構(gòu)與安裝方式
褶皺濾袋相對于普通濾袋的優(yōu)點如下：
Ø在改造項目中，通過合理設(shè)計褶皺濾袋幾何尺寸，可以直接替代傳統(tǒng)袋式除塵器的現(xiàn)有濾袋，無需對除塵設(shè)備主體結(jié)構(gòu)做改造，更換后過濾面積可增加50-80%，進而降低清灰頻率或延長消灰間隔，降低系統(tǒng)壓力差，提高系統(tǒng)整體性能和濾袋使用壽命。
Ø由于除塵器過濾面積的增加，除塵器濾袋間氣流上升速度下降，再加上不同于傳統(tǒng)濾袋的袋間特殊結(jié)構(gòu)，促進脈沖清灰的效果，除塵器再線清灰的效率得到進一步提高。
Ø濾袋和袋籠采用特殊設(shè)計，袋籠沒有橫向支撐環(huán)，消除了袋籠對濾袋的橫向沖擊力，降低因脈沖噴吹引起的疲勞損傷和間歇性排放。
Ø對于改造項目可根據(jù)實際需要，在增加過濾面積的同時，縮短濾袋長度，并對系統(tǒng)運行優(yōu)化，降低壓縮空氣用量和空壓機、脈沖閥的負荷。
Ø褶皺式濾袋除塵器與傳統(tǒng)袋式除塵器對比，可以降低鍋爐引風(fēng)機負荷，對鍋爐系統(tǒng)節(jié)能降耗效果顯著。
Ø在新建項目中，同等體積下與圓（橢圓）濾袋對比，可增加過濾面積150%左右。
3.3工程應(yīng)用情況
2014年南京沃禾環(huán)？萍加邢薰緦B興皋埠熱電有限公司160t/h循環(huán)流化床鍋爐除塵器進行了更換褶皺式濾袋的提效改造。紹興皋埠熱電160t/h循環(huán)流化床鍋爐原配套脈沖行噴吹布袋除塵器，該除塵器2004年建成投產(chǎn)，至改造時壽命已達10年，由于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)能指標(biāo)的變化，要想將原設(shè)計的50mg/Nm3排放，降低到20mg/Nm3以下，同時不給系統(tǒng)能耗和阻力帶來影響，如果采用對除塵器本體進行加寬、加長或加高等改造方式，在增大除塵器過濾面積的同時，還要將濾袋整體更換為過濾精度更高的濾料，并采用表面摻混超細纖維或表面涂層等方式，這樣改造工作量就很大，工期也長，且投資費用大，現(xiàn)有煙氣系統(tǒng)也較難適應(yīng)。為解決這一困擾，南京沃禾環(huán)保科技有限公司采用褶皺式濾袋對原有的袋式除塵器進行擴容改造，將原有圓形濾袋全部更換成長度4000mm，材質(zhì)PPS+超細纖維的褶皺式濾袋，除塵器過濾面積由原來的4550m2增加至6080m2，增加了30%，袋籠使用褶皺式濾袋專用的八爪型袋籠。褶皺式濾袋根據(jù)原有花板孔設(shè)計，褶皺式濾袋縮短后，原有脈沖閥控制清灰面積為56m2，滿足褶皺式濾袋的清灰要求。改造后除塵器參數(shù)見表3。
表3除塵器改造后技術(shù)參數(shù)
經(jīng)濟性對比方面，據(jù)南京沃禾環(huán)保核算，采用箱體加高方案投資費用為183.8萬元；而采用褶皺式濾袋方案投資費用為141.5萬元，相比箱體加高方案可節(jié)省投資42.3萬元，此還未計引風(fēng)機、脈沖閥運行的節(jié)能費用。
4前景展望及需要注意的技術(shù)問題
目前，濾筒和褶皺濾袋在國內(nèi)煙氣除塵領(lǐng)域應(yīng)用，還主要是水泥、鋼鐵等行業(yè)，電站鍋爐布袋除塵器上應(yīng)用還非常少，少數(shù)開展應(yīng)用的也以300MW以下的小型機組改造為主，新建項目以及大型機組方面的應(yīng)用，還處于應(yīng)用研究階段。在《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）的帶動下，“十二五”期間，我國電站鍋爐配套了一定數(shù)量的布袋除塵器和電袋除塵器。進入“十三五”以來，在《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》（環(huán)發(fā)[2015]164號）以及《火電廠污染防治可行技術(shù)指南》（HJ2301-2017）的驅(qū)動下，更高除塵效率的高精過濾濾袋研發(fā)與應(yīng)用，發(fā)展速度也非常迅速，但高精過濾濾袋除塵器的特性，首要的是要求低過濾風(fēng)速，假如仍然應(yīng)用傳統(tǒng)形狀與結(jié)構(gòu)的濾袋，那么在電站鍋爐配套布袋除塵器，在與傳統(tǒng)布袋除塵器應(yīng)用同類條件下，將會設(shè)計出比其空間結(jié)構(gòu)更大的布袋除塵器，清灰控制也增加更多的環(huán)節(jié)，這些顯然會是新技術(shù)發(fā)展中的新問題。另外，“十二五”期間裝備的布袋與電袋除塵器的提效升級改造，也會同樣面臨類似的增大除塵器本體結(jié)構(gòu)的難題，而濾筒和褶皺濾袋在解決這些難題方面具有巨大的優(yōu)勢，因此，濾筒和褶皺濾袋在新的環(huán)保形勢下，具有非常好的應(yīng)用前景。
從美國、德國、日本等國家的濾袋除塵器發(fā)展情況看，濾筒式布袋除塵器不僅廣泛用于水泥、鋼鐵等行業(yè)，而且在電站鍋爐機組上也已經(jīng)應(yīng)用。
已有的應(yīng)用經(jīng)驗表明，濾筒和褶皺濾袋的應(yīng)用需要注意煙氣粉塵特性與濾筒或褶皺濾袋夾角的關(guān)系，對于一些煙氣濕度大、粉塵吸附性強、粘性大的工況，濾筒和褶皺濾袋應(yīng)慎重使用。在屬于濾筒和褶皺濾袋可應(yīng)用的范圍內(nèi)，不同的煙氣濕度、粉塵吸附性、粘性等對應(yīng)的褶皺夾角，是應(yīng)用中需要注意的一個重要問題，特別是電站鍋爐普遍采用在線清灰方式下，褶皺夾角應(yīng)趨向選擇較大的夾角，切勿盲目追求過大的過濾面積。
此外，濾筒和褶皺濾袋應(yīng)用中濾袋的合理長度以及濾袋間的合理間距，也是與普通濾袋有所不同的，這在新建項目中應(yīng)予以重視。對于改造項目，由于上述眾多因素的影響，并不是簡單的濾筒和褶皺濾袋替代傳統(tǒng)濾袋的關(guān)系，最佳的選擇應(yīng)該是根據(jù)原有除塵器結(jié)構(gòu)與參數(shù)，合理選擇濾筒和褶皺濾袋，特殊情況下應(yīng)考慮針對實際情況，定制滿足實際要求的濾筒和褶皺濾袋。
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