宝钢电厂3号机组电除尘器改布袋除尘器滤料选用探析

　由于原锅炉引风系统的引风机压头余量有限,要求电改袋后除尘器前后压差小于1200Pa。

1. 2　烟气及粉尘性质分析

从表1中不难看出,本电改袋工程存在与常规燃煤机组不同的特点:

(1)烟气量随混烧BFG量的变化波动较大,最大混烧时的烟气量高出全烧煤工况约40%。

(2)烟气的含氧量适中。

(3)喷水前烟温达到近200℃,烟气喷水增湿降温后含湿量较高,烟气中含有酸性气体。这里需要特别说明的是喷水降温不但是提高脱硫效率的需要,也是本脱硫工艺的特点,即使喷水后温度降至110℃,也不会导致酸结露。非采用本脱硫工艺的机组为防引起酸结露应慎用喷水降温。

(4)粉尘中含有CaCO3、CaO等较多的碱性物质。

这就要求所选滤料在160℃高温的前提下,必须有良好的耐水解、抗酸碱、强度高、透气性好等特性。

2　几种基本滤料纤维的特性

目前,在我国适用于燃煤机组烟气特性的常用滤料纤维为聚苯硫醚( PPS)、聚酰亚胺( P84) 、聚四氟乙烯( PTFE)及无碱玻纤等,特性如下。

2. 1　聚苯硫醚的特性

聚苯硫醚主要适用于燃用低硫煤的烟气处理,选用美国、日本等国生产的聚苯硫醚( PPS)纤维,按照耐高温过滤毡的生产工艺制造、加工成过滤材料^{[ 1 ]} 。

在无强氧化剂及没有酸碱性气体成分的条件下, PPS适合的工作温度在180℃以下,短时工作温度可达200℃以上;含氧量在小于10%的场合适用。PPS水解稳定性好,适用于烟气含湿量大的场合; PPS纤维具有强度的完整保持性和内在的耐化学性,可以在恶劣的环境中保持良好的过滤性能,并达到理想的使用寿命,而且PPS 纤维价格适中。

但PPS有抗氧化性差、不能耐超过190℃的温度、热缩性大等致命的弱点。如果烟气中含氧量过高,氧与PPS中的“S”键发生化学反应导致纤维变色变脆, 强度降低。而且温度每升高10℃,化学反应速度就会增加一倍,滤袋使用寿命明显缩短。因此PPS最适用的条件是含氧量小于8%,且温度在160℃以下。

2. 2　聚酰亚胺的特性

聚酰亚胺( P84)具有更卓越的耐温性能,能在6 ℃下工作;对酸性废气及碱性粉尘均具有良好的适应性; P84纤维截面与PPS纤维棒状相比呈多叶状,它的不规则的纤维断面使纤维表面积增大,不但增加了透气性,而且提供很多的微小孔隙致使其表面过滤效果优越,具备极佳的微细粉粒收集效率,具有降阻增效的效果^{[ 1 ]} 。

P84纤维系奥地利LENZ ING公司独家生产^{[ 1 ]} 。价格稍高于PPS, 不过耐水解性能差是P84纤维的显著缺点,不能在高湿状态下使用。

2. 3　聚四氟乙烯的特性

聚四氟乙烯( PTFE)是当今世界上耐腐蚀性能最佳的材料之一,具有“塑料王”之称。它能在260℃下长期工作,具有高度的化学稳定性和卓越的耐化学腐蚀能力,如耐强酸、强碱、强氧化剂等,有突出的耐热、耐寒及耐磨性,具有不沾着、不吸水、不燃烧等特点。适用于大量燃烧高硫煤、烟气具有高湿性等极端恶劣工况^{[ 1 ]}。PTFE纤维目前全球仅有极少数公司可生产,因此缺点是价格数倍于其他纤维。

2. 4　无碱玻纤的特性

玻纤滤料在高温环境下性能突出, 能在260～280℃条件下连续工作。除氟氢酸外它能抵抗大部分酸,但不能承受室温下的强碱及高温下的中等碱性物质的侵蚀。另外玻纤在曲挠磨损上的抗性较差,如果有脉冲或清灰剧烈,寿命不长,玻纤的这种脆性使它只能用在反吹风清灰系统的除尘器上。如要应用在脉冲袋式除尘器上,应采用玻纤与其他纤维复合制成高温合纤毡。

表2^{[ 2 ]}列出了以上四种纤维各自的优缺点,从技术和经济性综合考虑,单纯用某种纤维均不完全适合本工程中各工况的需求。那么考虑将这些纤维组合成复合滤料,不同纤维扬长避短,优势互补,使滤料综合性能得到提升,达到技术和经济性的统一。

3　几种复合纤维滤料的选用分析

结合本电改袋工程的烟气特性和滤料的纤维特性,考虑四种复合滤料可供选择,均考虑采用PTFE加强型基布。①PPS纤维+ P84面层并覆膜处理; ②PPS纤维并覆膜处理; ③PPS纤维+超细PPS面层并PTFE浸渍处理; ④PTFE +适量玻纤。

虽然以上四种均是可考虑选用的滤料, 为慎重起见对国内一些电改袋机组的运行情况作了调研,以选择最安全可靠且经济的滤料。

3. 1　滤料基布

基布是由短纤维纱线或长纤维丝状体经织布机织成的经纬交织的网状布品。它是针刺毡体的支柱或骨架,它提供针刺毡的抗爆破和撕断力,是针刺毡滤料的“钢筋铁骨”,是其长寿命运行的关键所在。鉴于其重要性,采用性能卓越的PTFE基布。

3. 2　复合滤料的性能分析

PPS纤维是近年来在电力行业应用最广的材料,其良好的耐酸碱、抗水解性能很适合本工程的工况。如果表面掺混P84则有助于提高滤料的耐温及抗氧化性能,特别是增加滤料的透气性降低阻力和提高表面过滤性能, 可是遗憾的是本工程的烟气中含湿量较高,为防止水解,还是放弃选用。

PTFE滤料从技术上讲当然是无可挑剔,但是其价格昂贵,另外本工程的烟气工况还没恶劣到要全部用此滤料的地步。如果在PTFE中掺混部分玻纤以降低成本也是一种可选择方案,但考虑到玻纤自身较差的抗折性能及使用脉冲喷吹清灰的状况,而且掺混玻纤的比例目前尚无法掌握,最终还是决定放弃。

3. 3　滤料是否覆膜

PTFE薄膜表面光滑,憎水耐老化, 有极佳的化学稳定性。将其覆合到其他过滤材料的表层,起到了一次性粉尘层的作用,将粉尘全部截留在膜的表面,实现由普通滤料的“深层过滤”向“表面过滤”的转变[ 3 ]。鉴于此,曾考虑对选择的滤料进行覆膜处理,但在调研过程中发现几家电厂在除尘器投运不久即发生膜与纤维布间产生大面积剥离现象,使粉尘进入膜与纤维布之间,黏附在滤袋纤维布表面无法清除,导致清灰失败,阻力上升,最后不得不更换全部滤料。经过对这些覆膜滤料失效原因的分析, 推测可能是覆膜工艺采用胶黏,胶黏剂在150℃左右的高温下熔化而使胶黏剂从PTFE薄膜微孔中渗出而黏住粉尘导致滤袋堵死。因此高温覆膜滤料必须采用热压技术, 但通过调研发现,国内真正掌握此技术并拥有生产能力的厂家屈指可数,考虑滤料的成本高及难以采购等其他因素后放弃覆膜滤料。

3. 4　滤料选定

综上所述,根据本工程烟气温度及氧含量适中、含湿量较大等主要特征, PPS纤维是首选;采用加强型PTFE基布为骨架;再考虑过滤精度及后处理工艺等因素,滤料面层采用超细纤维以提高过滤效率,后处理以PTFE浸渍。最终确定的滤料方案为“PPS 纤维+超细PPS面层并PTFE浸渍处理”。

4　所选滤料的性能及应用效果

4. 1　所选滤料的结构形式

所选滤料由超细PPS纤维面层、PPS细纤维层、加强型PTFE 基布、PPS粗纤维层4 层构成。后处理方式采用PTFE浸渍处理(渗膜) ,使PTFE包覆在纤维表面形成一层完整的膜,以降低气体的通透阻力、加强滤料表面的清灰性能及防水防油能力。滤袋缝线材质采用PTFE,确保不因缝线断裂导致滤袋开裂,如图1所示。

4. 2　所选滤料的性能

通过采用超细面层,使针刺毡表面更致密,阻挡微细尘粒能力提高;通道前窄后宽、滤料内层不易集尘,保持滤料长期稳定运行而阻力上升变化速度减缓, 同时表面易清灰。虽然后处理采用PTFE浸渍处理,其本质还是“深层过滤”而并非如覆膜滤料实现“表面过滤”,但是通过超细面层的使用实现了滤料的过滤机能由“深层过滤”进化为“表面过滤”。

所选滤料在耐温性(图2) 、耐水解性(图3) 、耐酸性(图4)等方面完全满足本工程的工况条件,且具有更高的安全性、经济性和通用性。

4. 3　所选滤料的应用效果

锅炉运行启动前,对滤料进行了预涂灰处理,以防止锅炉启动时未燃尽油雾黏附在滤袋表面。所选滤料在投运后一直表现出阻力低、易清灰,设备运行十分稳定, 出口排放浓度也基本稳定在10～20 mg/m³。图5显示了运行2个月后在一个清灰周期内除尘器出、入口之间的压差变化趋势,阻力远小于设计值1200 Pa,因此考虑将清灰周期拉长以延长布袋的寿命。