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    燃煤鍋爐用PPS復合濾袋

     

       簡介燃煤電廠鍋爐袋式除塵器使用情況和國內外使用差異,重點介紹了PPSPPS+P84纖維針刺氈濾料及其使用條件、新近研發的低阻高效PPSPPS+P84復合針刺氈濾料、高溫高硫系統使用的PTFE纖維復合梯度針刺氈濾料。

    1 前言

    近年來采用袋式除塵器控制微細煙塵倍受關注,綜觀國內外電廠鍋爐袋式除塵器的應用情況,袋式除塵器出口煙塵排放濃度均低于50mg/mN3,甚至達到10mg/mN3以下。對于燃用低硫煤的電廠鍋爐,采用電除塵器要達到該濃度有相當難度。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、鍋爐運行負荷的變化、煙氣量波動等情況下,對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行管理簡便,袋式除塵器日漸成為火電廠用戶歡迎的除塵設備。

    采用袋式除塵器實施燃煤鍋爐煙塵控制,國外已有30余年的應用歷史。上一世紀,美國在70年代率先在燃煤鍋爐行業采用袋式除塵器;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目中使用;70年代中后期開始,歐盟國家以每1010%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達國家控制大氣環境顆粒污染物必不可少的技術裝備。

    上世紀

    80年代我國電力部門在多個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2×130t/h,玻璃纖維濾袋,過濾風速0.49—0.53m/min,濾袋108010m×Φ300mm/臺,10袋室,凈化后煙氣反吹,清灰阻力1200Pa,煙塵排放濃度47—63 mg/mN3),后期已達到1080 t/h,由于采用的濾袋不能滿足電廠鍋爐長期穩定運行的使用壽命要求等問題,造成90年代初又回落到260t/h,之后10余年無發展。由于袋式除塵器濾袋技術不成熟,電除塵器成為我國燃煤鍋爐煙塵控制配套使用的除塵設備。

    2001年底,在內蒙古呼和浩特豐泰發電有限公司采用德國Lurgi公司低壓回轉脈沖袋式除塵器技術(進口PPS+P84復合濾料,過濾風速1.13m/min,扁圓濾袋長8m,過濾面積25600m2,羅茨風機,回轉反吹,清灰阻力900Pa,煙塵排放濃度低于30mg/mN3)****使用在我國20MW機組配套鍋爐上。

    電廠鍋爐除塵使用的袋式除塵器要求與鍋爐設備大修期同步,30000小時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,國內的應用條件與國外存在差異,主要表現在:

    1)煤種:國外使用精煤與國內使用原煤,在熱值、灰份、含S量等存在差異;

    2)技術水平:國外發達國家設備自動化程度較高,國內設備手工與自動化結合;

    3)鍋爐設備:國外發達國家的鍋爐設備相對要比較先進,國內還存在大量的中小設備(尤其是早期鍋爐);等。

    濾料應用環境表現為四高一大一低(排放煙氣溫度高,煙氣中SO2NOxO2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)壽命面臨嚴峻考驗。因此在袋式除塵器使用濾料時,借鑒但不盲目照搬國外經驗,應考慮國內鍋爐實際情況,針對性地選用濾料。加快研發適合國情的新型濾料已成為袋式除塵器推廣使用的技術關鍵。

     

    2  PPSPPS+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學名聚苯硫醚,化學分子式為:

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

    PPS纖維,全球范圍內只有少數幾家大型化學公司生產,日本公司的產品占據著主要市場。日本東洋紡(TOYOBO)公司的注冊商標為PROCON/普抗,日本東麗(TORAY)公司的注冊商標為TORCON/特利通,美國飛利浦(PHILIP)公司的注冊商標為RYTON/萊頓或稱萊通、賴登。我國目前PPS纖維已生產出樣品,但還處于研發、試生產階段。

    PPS針刺氈的應用條件主要取決于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/m3NOx含量<700mg/m3,含氧量<8%,燃煤灰分<30%;鍋爐運行啟動前,需進行預涂灰;噴油點爐、鍋爐爆管、煙氣超溫時不宜直接進入袋式除塵器,需設旁路煙道;袋式除塵器設計過濾風速1.0m/min左右,除塵器阻力1300—1500Pa。在這些條件下,正常運轉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算)。

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

    P84學名聚酰亞胺,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,同時耐溫性可以適當提高。P84纖維系奧地利英太(Inspec Fibres GmbH)公司****生產。P84纖維在高濕狀態下要謹慎使用,防止水解。

    PPSPPS+P84針刺氈使用之初主要靠國外進口,現在國內已有多家公司可以大批量生產和提供產品。產品質量上國內外已差異不大,產品價格上國外略高于國內。目前國內新建機組配套的燃煤(低硫煤)電廠鍋爐袋式除塵器大多選用這些濾料。

     

    3  PPSPPS+P84梯度針刺氈濾料

    在大量生產和推廣使用PPS針刺氈的經驗基礎上,東華博格技術研究中心對目前使用的PPSPPS+P84 針刺氈做了進一步改進,研發出新型結構的梯度針刺氈濾料,并在200MW等燃煤(低硫煤)電廠鍋爐袋式除塵器中使用。主要技術特點為:

    對傳統針刺氈引入覆膜表面過濾技術,引入表面超細纖維層,產生表層過濾效果。把傳統針刺氈表層+深層過濾方式轉變為梯度針刺氈表層過濾。不同過濾方式示意圖見圖1。通過采用超細面層使針刺氈表面更致密,阻擋微細塵粒能力提高,同時表面易清灰。采用掃描電鏡觀察常規濾料與梯度濾料表面纖維分布圖見圖2

          (a)薄膜濾料表面過濾 (b)傳統濾料深層過濾 (c)含超細表層濾料過濾

      1濾料不同過濾方式對比示意圖

    針刺氈截面結構上采用纖維細度逐層加大的梯度層次結構,流體通道由傳統針刺氈的相當等寬繞形通道改變為相當前窄后寬的繞形通道。新型PPS梯度針刺氈濾料結構示意圖見圖3,它由表層超細纖維層、細纖維層、基布、粗纖維層4層構成。梯度復合濾料結構電鏡觀測圖見圖4

    采用超細面層后阻擋微細塵粒能力提高,通道前窄后寬濾料內層不易集塵,保持濾料長期穩定運行而阻力上升變化速度減緩。

    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部纖維PTFE膜圖見圖5

    通過各項技術改進后,PPSPPS+P84針刺氈濾料性能得到顯著改善,改進后濾料的主要使用技術指標為:

        煙氣溫度120—180℃,煙氣中SO2含量<1000mg/m3NOx含量<1000mg/m3,含氧量<10%,除塵器阻力1100—1300Pa

    4 PTFE梯度復合針刺氈濾料

    袋式除塵器進一步擴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(出現低溫60—120℃,酸結露腐蝕);鍋爐排煙溫度達到190—200℃(夏季);鍋爐過量鼓風、空氣預熱器漏風,造成含氧量升高等問題。如果繼續使用PPSPPS+P84針刺氈,勢必濾料使用壽命不能得到保證。因此需要采用PTFE纖維替換PPSP84纖維制作針刺氈濾料。

    PTFE是當今世界上耐腐蝕性能****材料之一,具有塑料王之稱,學名聚四氟乙烯。它具有高度的化學穩定性和****的耐化學腐蝕能力,如耐強酸、強堿、強氧化劑等,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。PTFE纖維目前全球僅有極少數公司生產。國內上海博格工業用布有限公司業已生產出PTFE梯度針刺氈復合濾料,并在50MW燃煤(高硫煤)電廠鍋爐使用。PTFE梯度復合濾料具有滿足不同煤種和各種運轉條件的特點,由于受PTFE纖維生產量和價格的限制,濾料應用總量還比較有限。在前述復雜運行條件時,PPS針刺氈難以滿足使用條件,可以考慮選用PTFE梯度復合針刺氈濾料。需注意以下幾點:

    PTFE纖維進行細度分級,生成不同細度的PTFE纖維,用于生產梯度復合針刺氈濾料。

    針對180—200℃高溫煙氣時PPS纖維抗化學腐蝕能力下降,限量使用PPS纖維。對于60—120℃低溫煙氣,煙氣中有害物易結露,不宜使用P84纖維,限量使用PPS纖維。

    針對180—200℃高溫煙氣,作為降低成本的措施可以適量采用不同細度的玻璃纖維,但不得用于濾料表層。

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

    5.2清潔濾料阻力和過濾效率

    7列出了(干球溫度22.3℃,相對濕度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系列復合濾料低15%左右,說明HBT梯度濾料具有良好的透氣性能。

    8為幾種濾料在實驗室環境條件下(干球溫度13.8℃,相對濕度40.7%,大氣壓力105Pa)對環境氣溶膠PM10PM2.5PM1.0顆粒物的過濾效率ηHBT梯度濾料由于表面使用超細纖維層,其對微細顆粒物的過濾效率接近覆膜濾料。

    6 典型應用工程示例

    陜西寶雞熱電有限公司50MW液態排渣燃煤粉鍋爐(2×200t/h1×115t/h)復合多管旋風除塵器改造工程項目。

    特點:高溫煙氣150—190℃,系統要求低阻1000Pa;采用“PPS+P84+適量玻纖纖維復合,梯度結構,濾料整體PTFE浸滲。已投運1年。

    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目。

    特點:高硫煤;采用“PPS+PTFE”纖維復合,梯度結構,濾料整體PTFE浸滲。已投運半年。

    內蒙古豐泰發電有限公司200MW袋式除塵器濾袋整體更換項目

    特點:國內首臺200MW以上火電機組袋式除塵器;采用“PPS+P84”纖維復合,梯度結構,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)復合多管旋風除塵器改造工程項目。

    特點:高硫煤;采用“PTFE+PPS+適量玻纖纖維復合,梯度結構,濾料整體PTFE浸滲。正在施工。

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