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解決方案

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袋式除塵器技術在燃煤電廠使用分析及解決方案

袋式除塵器技術在燃煤電廠使用分析及解決方案

  • 除塵效率:99.8%
  • 方案優勢:袋式除塵器耐折、 耐高溫、耐腐蝕,清灰和保護係統、自動化程度的提高。
  • 所需設備:袋式除塵器
全國銷售熱線:0373-5636559 點擊索取報價 疑難解惑

方案介紹

1 袋式除塵器是今後發展的必然趨勢

有以下幾方麵的原因,促使袋式除塵器成為今後發展 的方向;

1.1 超微細粉塵對大氣質量和人體健康的影響

2009 年底,燃煤裝機容量6.52 億kW,發電量29867 億千瓦時,發電用原煤14 億t、煙塵排放量376 萬t 左右, 其中約有300 萬t 左右PM10 及以下的超微細粉塵可長期 在空氣中漂浮,影響大氣質量和能見度。特別是PM2.5 粉 塵可吸入肺部顆粒物,危害人的呼吸係統和心髒等循環器 官帶來和加重疾病,已引起各國的重視,製定可吸入肺部 顆粒物和重金屬的相關環境標準。德國≤20mg/m3,日本≤ 10mg/m3,美國≤30mg/m3。袋式除塵能較好地收集更多的 重金屬和99.8%以上PM10 以下的粉塵。

1.2 煙塵治理環境標準要求越來越高

2010 年全國都會實行小於50mg/m3 的控製標準和準 備出台新的標準,新機組控製在30mg/m3,老機組改造控製 在50mg/m3 以下,還準備增加PM2.5 細顆粒、重金屬等控製 指標。各省市根據本地的狀況也製定出更嚴格的地方標準。使用5、6 電場電除塵器很難達到此標準。老電廠改造 增加電場就更困難,隻有采用袋式除塵器才有能達到新標 準。

1.3 粉塵對脫硫塔安全穩定運行的危害

脫硫塔本身是有除塵作用,將脫硫塔一般考慮有50% 除塵效率,有些甚至設計為80%除塵效率。 一台300MW 機組雙室3 電場電除塵器,按脫硫塔除 塵效率50%設計,就有253kg/h 摻入石灰石漿液係統循環, 影響脫硫效率,也加劇了循環泵和噴淋係統的磨損,運行 不到半年,循環泵及噴淋係統部件都因磨損更換(Al2O3 和 SiO2 非常堅硬表麵粗糙)。使除霧器和GGH 結垢、堵塞、腐 蝕、坍塌等。其結垢、堵塞物質的成分50%是粉煤灰中的 SiO2、Al2O3、Fe2O3;35%是CaSO3·1/2H2O;10%是CaCO3。可看 出粉煤灰占一半以上,是形成可溶性鹽等硬垢的主要原因。 大量粉煤灰也影響石膏結晶、脫水和品質不利於銷售。更 重要的是PM10 以下的粉塵不能去除,隻有采用5 電場或 6 電場的電除塵器才有可能得到改善,但在占用場地和技 術經濟比較方麵電除塵就失去優勢了。

圖1 GGH 結垢堵塞情況圖2 GGH 防腐層脫落腐蝕情況

圖1 GGH 結垢堵塞情況   圖2 GGH 防腐層脫落腐蝕情況

圖3 除霧器堵塞嚴重情況圖4 除霧器堵塞坍塌情況

圖3 除霧器堵塞嚴重情況   圖4 除霧器堵塞坍塌情況

圖5、河南某電廠某機組運行10 個月後的循環泵的損壞情況

圖5、河南某電廠某機組運行10 個月後的循環泵的損壞情況

一點建議:

脫硫塔不應作除塵器使用,脫硫塔隻應作脫硫用,入 口煙塵濃度應小於50mg/m3,使脫硫係統可用率高於95% 長期穩定運行。

1.4 煙塵物化特性對電除塵器的影響

電除塵器理論上除塵效率可達到99.5%以上,但受煙 氣性質、煙塵的比電阻、濃度、粒徑分布、溫度、濕度和運行 等因素影響,除塵器效率會顯著下降,一年後大多運行在 96%~99.5%之間。最適合比電阻為106~1011Ω·cm,比 電阻低或高都造成電除塵器效率明顯下降。含硫量和其他 元素的影響很明顯,某電廠含硫量分別為2.0%和0.5%,對 應的除塵效率99.75 和90%。飛灰中SiO2 加Al2 O3 的含量 超過85%時,除塵效率顯著降低,這是因為SiO2、Al2O3 是以 極微細的粉體存在難收塵,Al2O3 會在極板麵上附成一層膜,難以清灰,它還是極好的絕緣材料,比電阻也很高,導 致粉塵粘附力相當大,其粒徑微小對其荷電和收集都很 難,還會形成所謂電氣揚塵和造成電暈電流的急劇增加。 微量的K2O 和Na2O 在有水汽的條件下對降低比電阻是很 有效的,但當Al2O3 和SiO2 的含量較高而K2O 和Na2O 的含 量低且灰很輕時,電除塵器難以收塵。改為雙室4 電場效 果不明顯,所以有一些電廠改用了袋式除塵器。

電除塵器對微細粉塵捕捉能力有限,故大量的微細粉 塵排入大氣中。當含塵濃度達到某一極限時通過電場的電 流趨近於零,極易發生電暈閉塞而降低除塵效率。

較低煙溫和較高的濕度或調質可提高除塵效率,但也 應考慮到煙氣中含有SO3 或氨導致除塵器出現糊板、腐蝕、 破壞絕緣、影響電除塵器正常工作。

1.5 綜合效益比較

袋式除塵器與4 電場電除塵器投資大體相當,當前濾 袋價格略有下降,所以投資和運行費用比4 電場電除塵略 低一些。但除塵效率比電除塵器高,袋式除塵器排放濃度 低於30mg/Nm3,而電除塵器則在80~150 mg/Nm3 左右,甚 至更高。

1.6 采用袋式除塵器是發展的必然趨勢

減少大氣汙染越來越嚴環保指標要求,要達到煙塵排 放濃度低於50 mg/Nm3,電除塵要使用5 電場甚至6 電場, 增加投資和場地,在維護工作量及費用和投資上均比袋式 除塵器大得多。而且電除塵器對煤種、燃燒方式和煙塵物 化特性很敏感而影響除塵效率。並且難以滿足脫硫係統安 全穩定運行的要求。袋式除塵器從技術經濟分析也有明顯 優勢,所以,近年來迅速的增加,特別是老電廠改造更為明 顯,成為今後燃煤電廠除塵應用的必然趨勢。 同時也要清醒的看到電除塵正加快濕式和移動電極 電除塵器研究和應用,很快將成為強勁的對手。

2 國內袋式除塵器發展現狀

隨著大型脈衝噴吹長袋式除塵器的出現,新型耐折、 耐高溫、耐腐蝕濾料開發應用,清灰和保護係統、自動化程 度的提高,使得袋式除塵器應用於電廠的技術問題得到了 較好解決。所以,目前袋式除塵器發展很快。目前100MW機組及以上正建和使用約234 多台,己投運的大約128 台,電袋複合除塵器約30 多台。相當50MW 的鍋爐使用袋 除大約已超過150 台,合計約370 台以上。其它35t/h 以上 工業鍋爐約450 台,總計大約超過820 台。

袋式除塵器使用大多數都運行較好,含塵濃度都低於 30 mg/m3。其中也有出現一些問題:鍋爐爆管產生的水霧、 啟動點火用油霧化不好,使粉塵成粘性造成糊袋;當前電 站鍋爐大都采用性價比較高的聚苯硫醚(PPS)濾袋,但它應 用中也有不足之處,主要是在煙氣中O2 和NO2 作用下,隨 著溫度越高,造成PPS 氧化腐蝕越嚴重、阻力大等,運行不 當時濾袋壽命在2~3 年之間,隻要運行得當國內也有相 當一部分電廠使用超過5 年以上。存在的問題,大多已經 改進後得到解決,運行維護和可靠性都有很大提高。

使用的技術有引進的ALSTHOM 高粉塵濃度有內外沉 降室低壓脈衝行噴吹袋式除塵器、魯奇的低壓旋轉噴吹袋 式除塵器,其他大部分是國產自己設計開發的產品,其中 包括反吹風袋式除塵器。

目前有德國4 家、澳大利亞1 家、美國1 家公司都在 我國設廠生產各種濾袋,國內已有多家公司可以提供國產 濾料的濾布和濾袋,或用國外濾料(纖維)生產濾布和濾 袋。提供袋籠(籠架)的廠家也很多,達到國外質量要求的 也有4~5 家。這些公司對水泥、冶金、化工、電力等各行業 提供各種規格的不同要求的濾袋和袋籠。電廠大機組所使 用的脈衝閥以澳大利亞的高原和ALSTHOM 公司產品較 多,國內已有幾個公司的脈衝閥質量也很好,在許多行業 中得到應用。

總體來說,我國已具備了自行設計袋式除塵器的能 力,配套的各種部件和加工在國內都很齊全,為燃煤電廠 袋式除塵大發展創造了條件。

2.1 燃煤電廠袋式除塵器的幾種工藝技術

(1)旋轉式低壓脈衝噴吹袋式除塵器;

(2)固定式脈衝行噴吹袋式除塵器;

(3)電———袋(串連式)複合型除塵器。

(4)反吹袋式除塵器(目前很少采用)。

2.2 旋轉式低壓脈噴吹袋式除塵器

(1)采用6”~14”大型脈衝閥,用閥少,噴吹壓力低0.080~0.12MPa;

(2)Ф130×8000mm 橢園形袋籠,間距小,不利於氣 流分布,對自平衡能力不利;

(3)一般使用PPS 麵層摻15%葉狀不規則截麵P84 濾袋,有降阻利於收細粉塵效果;

(4)有邊轉邊吹旋轉驅動部件和帶上千條濾袋的大 型脈衝閥,發生故障影響較大;

(5)要購買專利,不易隨便推廣。

2.3 固定式脈衝行噴吹袋式除塵器

(1)脈衝閥多,噴吹壓力稍高0.2~0.3MPa,但脈衝閥 故障隻影響十多條濾袋運行;

(2)多采用PPS 濾袋,也有采用PPS+P84 濾袋;

(3)分室頂蓋可打開的結構,便於在線檢修;

(4)便於推廣應用,國內大多采用這種工藝技術。

2.4 兩種工藝技術簡要分析

兩種工藝技術在200MW 以上火電廠都有3 萬小時以 上(5 年)的成功運行的案例,也有出現過這樣或那樣的問 題,設計、應用得當都是可行的方案;

同是使用旋轉噴吹袋式除塵器,一個廠應用較好,正 常運行煙溫大約在140℃左右,煙氣含氧量低於9%已運 行77 個月。另一個廠則稍差,這個廠用旋轉空氣預熱器漏 風率大(15%), 易卡澀容易超溫[4],含氧量較高達12%,甚 至達到250℃20 多分鍾(發生過2 次) 保護不當使布袋老 化,由於煤種多變,含硫量有時較高,易產生的酸結露,使 布袋酸腐蝕更換部分濾袋。

同一個電廠兩台爐都使用行噴吹袋式除塵器,一台氣 流分布較差、水冷壁爆管較多而點火油槍露化也不好,所 以運行效果不理想。一台運行較好已運行了72 個月。也是 這個廠用NID 半幹法脫硫,行噴吹袋除器入口濃度高於 1000g/m3,現已運行3 年7 個月。

關鍵是;設計時注意到熱力係統狀況、煙氣參數、粉塵 物化特性,運行中要規範,應急保護到位,兩種工藝都會得 到很好效果。但從充分發揮袋式除塵器自平行能力(行噴吹 袋間距較大)和節省空間來看,行噴吹係統較為有利。下圖 是新安裝的旋轉噴吹濾袋排列情況,右邊是花板開孔狀 況,都可看出袋間距太小,造成部分袋間速過高、部分過低。

圖6 濾袋底部仰視圖圖7 花板開孔袋間距圖

圖6 濾袋底部仰視圖    圖7 花板開孔袋間距圖

2.5 反吹風袋式除塵器

在2008 年5 月份以前都因反吹風量、風壓和大量玻 纖濾袋破損等原因進行改造,目前反吹風加了增壓風機和 噴吹係統、濾袋、袋籠等一係列改造,基本能運行,由於運 行時間較短,尚待考驗。

2.6 電—袋複合式除塵器

在後麵有專門分析。

3 袋式除塵器設計、製造、調試及運行的要點

(1)設計時基本參數要準確可靠 考慮到煤種多變的影響,要適當加大餘量;要考慮氣 流分布均勻性,它直接影響濾袋的使用壽命、除塵器的效 率及設備磨損等情況,因此,每項工程要對氣流分布分別 做計算機模擬和10∶1 的物理模擬試驗,驗證進氣方式、 分室方式、排列方式等方麵的合理性[5-8]。盡量利用袋式除 塵器自平衡能力的特點,充分發揮煙氣在箱體內均勻分 布,對提高濾袋延長壽命起關鏈作用。 投運前要做冷態及熱態氣流分布檢測和調試,避免中 間兩列煙氣大,兩外側少,造成中間兩列易破袋;噴吹係統 要有除水、除油和幹燥措施,運行時要維護這些設備,防止 返煙造成酸腐蝕;

(2)濾袋的選擇[5-7]

電廠煙氣溫度一般在120~160℃,適合在這種溫度段 使用的隻有Nomex、PPS、P84(聚酸亞銨)、PTFE。Nomex 化 學性能較後三種差,都不選用,P84、PTFE 適宜高過200℃ 使用,而價格貴得很多,電廠一般選擇性能價格比較好的 PPS(聚苯硫醚),但其抗氧化性能較差,運行中要防止高 含氧量運行。值得注意的是:其理化特性標明連續使用溫度190℃,瞬時溫度220℃,這種指標是在試驗室做出的數 據,與實際條件有一定差距。所以,目前製造廠家大都改為 連續使用溫度為180℃以下,瞬時高溫200℃,甚至建議的 使用溫度已戲劇性地下降到160℃。因此,在運行使用時一 定要留一定餘量。實際運行中要求在160℃運行PPS 的濾 袋含氧量低於8%(Vol)、NO2 小於15mg/Nm3 左右長期使 用,若含氧量達到12%建議溫度降在140℃運行。總之,含 氧量越高,使用的溫度就要越低,因每增加10℃,化學反應 成雙倍的增加[5]。根據國內、外的使用經驗,PPS 濾料在以上 的煙氣條件下使用壽命可達30000h 以上。 PPS 浸漬PTFE 或V V 處理可延長濾袋使用壽命,另 一種觀點認為浸漬和表麵塗層不會起太大的作用,隻對含 濕量較高的粉塵防粘灰和利於清灰有一定作用,浸漬後使 PPS 表麵光滑更易進入細粉塵,而在反複清灰過程也易將 浸漬層脫落失效。如果選用表麵具有混合P84 纖維結構的 的PPS 等複合濾布,使用壽命會得到稍微延長,這在我國 已有2 個電廠得到證實。考慮到濾袋物理特性、抗折和透 氣性及較長的使用壽命,濾布應選單位克重為600g/㎡為 宜。

根據國外和我國運行經驗[4-6],使用PPS 濾袋保證使用 壽命30000h,過濾風速一般選擇1.0m/min 左右,電+ 布可 以選用1.2~1.3m/min,高粉塵濃度的袋式除塵器選用 0.8m/min 以下,對氣流均勻分布及延長濾袋壽命較為合 理。

(3)清灰方式

電站鍋爐應用袋式除塵器清灰大體有低壓脈衝行噴 吹、低壓脈衝旋轉噴吹以及在低粉塵濃度中使用的反吹風 等方式。

清灰方式對袋式除塵器使用壽命非常重要,清灰不足 阻力增大;清灰過度(頻繁噴吹)縮短濾袋使用壽命,而且 導致較高的排放濃度[6],設計時要加以重視。

清灰過程,從實驗室噴吹過程的錄波圖和觀察看到, 脈衝氣團衝向濾袋,使濾袋快速從上而下產生振動波型, 將濾袋表麵灰層振動下來,噴吹壓力過大,產生振幅也大, 形成粉塵飛揚,造成二次吸附,恰當的噴吹壓力的振幅形 成塊狀脫落為最佳。調整脈衝寬度,可調整振幅大小,達到最佳清灰效果。同時,振幅過大,濾袋疲勞壽命縮短;振幅 過小不利清灰。其次是選用無油無水容量足夠的壓縮空氣 機,氣包大小要保證有足夠的儲氣量能噴吹後壓力很快回 升,噴吹管要校正到正好吹到袋口中心後牢靠固定,固定 不好而吹偏造成大量破袋。所用的控製設備靈活可靠,能 夠調整脈衝寬度小於100ms 和必要的噴吹間隔。

不要過份追求低阻力運行,最合適運行1200~1500Pa 在之間,有利收集超微細粉塵和重金屬。

(4)煙氣係統防止漏入空氣

除塵器本體、煙道以及鍋爐本體、空氣預熱器等要進 行檢漏,熱交換係統要提高效率,是降低煙溫防止氧腐蝕 的重要措施;

(5)煙風係統要做好保溫措施避免低於酸露點溫度 PPS 濾袋,長期運行中除了煙氣溫度要低於170℃、含 氧量低於9%外,還要特別注意到N02 小於15mg/m3 和高於 煙氣酸露點溫度20℃運行,才是濾袋長壽命運行的關鍵;

(6)啟動前做好濾袋預噴塗

濾袋預噴塗直到布袋表麵積存2~3mm 厚的粉塵層 (大約需3h 以上),並檢查預噴塗效果鍋爐方可投油點火。 點火油槍要很好霧化、燃燒完全,防止大量油滴未燃盡而 帶到尾部,造成糊袋。新除塵器建成後第一次預噴塗時,最 好使用細度45μm 以下的CaCO3 或90μm 以下的Ca(OH) 2,表麵形成防護層又可防酸性物質作用。

4 電—袋複合式除塵器運行存在問題和解決的辦法

針對有些袋式除塵器濾袋壽命較短的情況,出現了電 - 袋複合式除塵器,其構思也很簡單,就是在原有的電除塵 器保留一電場,二、三電場拆除加裝袋式除塵器,這樣大部 分的粉塵由電除塵除去,下遊隻有較少的細粉塵,減輕濾 袋的負擔。可選取較高的過濾風速,節省投資,由於荷電的 粉塵相互排斥、迅速擴散,使得後級濾袋粉塵易濃度均勻, 粉塵排列疏鬆,阻力低、清灰容易,清灰周期長,使濾袋壽 命得到延長,充分發揮兩種除塵器的長處,是除塵器的“最 佳組合”。但實際應用中發現,其中隱含著更為難以解決的 問題。

歐洲未見有應用的報導,在日本據一位專家稱隻有一台相當25t/h 的小鍋爐在應用。美國試驗過各種形式的電 袋除塵器,工業實際應用也未見報道。

4.1 電- 袋複合式除塵器存在的問題

由於電- 袋複合式除塵器有諸多的特點,在50MW 及 以下機組也有運行幾年的業績,但這些機組容量小,每年 運行時間短,而且運行負荷低,特別是這些機組都運行 10~20 年以上,電除塵效率都很低,保留一電場相當於沉 降室有些除塵作用。所以,不能簡單放大使用。下麵就對 100MW 及以上機組的電- 袋複合式除塵器存在問題提出 分析討論。

4.1.1 氣流分布很難滿足要求

靜電除塵器和袋式除塵器不是簡單的結合,煙氣均布 很重要,氣流均布影響電除塵效率,也會影響濾袋的使用 壽命,大型電除塵最佳是煙氣流動平進平出的方式,而袋 式除塵器最佳是下進風方式。為了滿足兩者之間的要求, 在兩者之間加上兩層或一層有均流孔的均布板,這種方式 對於兩者都達不到最佳,隻能是一種折中方案;另外帶電 荷的粉塵流過接地的陽極均布板孔經過碰撞,將失去電 荷,也失去電袋均勻擴散附著到濾袋鬆散易清灰的特性。 在某電廠看到大量的粉塵堵塞均布板孔,均布板成為收塵 極。見圖8

圖8 均布板孔堵塞情況

圖8 均布板孔堵塞情況

不設均布板,煙氣直衝布袋而沒有下進風的作用,可 能還會損傷前排濾袋。設均布板可能使電除塵效率和布袋 收塵效果、清灰效果都受到影響。所以,電- 袋複合除塵器 氣流分布還待深入的分析研究。

4.1.2 不易收超微細粉塵和重金屬

濾袋式除塵器的工作原理,就是利用濾袋上的粉塵層過濾粉塵,粉塵層越厚效果越好,利用這個特點來過濾超 微細粉塵、重金屬和控製低排放濃度。由於電- 袋除塵器 的濾袋上掛粉鬆散稀薄,超微細粉塵或重金屬易穿越濾 袋,一部分留在濾布中,一部分排到大氣造成汙染。 從一台運行5 個月使用電- 袋複合式除塵器的 300MW 機組,取袋樣檢查發現濾袋下部已有粉塵進入。目 前正進一步收集有關案例。

圖9 底部濾料截麵可以看到有深層的粉塵穿透

圖9 底部濾料截麵可以看到有深層的粉塵穿透

4.1.3 臭氧(O3)對PPS(聚苯硫醚)濾袋的腐蝕

4.1.3.1 臭氧的產生

電除塵是利用強電場使氣體電離,即產生電暈放電, 使粉塵荷電,將荷電粉塵驅進到收塵極收塵。電暈放電必 定會產生臭氧,特別是火花放電時更為嚴重。設計時會用 最佳火花放電頻率和最佳電壓控製,但每分鍾火花放電 30~70 次,產生較多的臭氧。臭氧很不穩定,在高溫和一定 濕度下易與煙氣中其它成分迅速反應,特別與NO、SO2 反 應生成NO2、S03 是侵蝕性強氧化劑對PPS 濾袋有很強的腐 蝕性,SO3 還提高酸露點溫度,煙溫低於它時結露造成酸腐 蝕。

O3 因與其它成份反應迅速,很難單獨測到O3 的存在。 PPS 不會水解,但會因氧化而降解,以致變色發脆,嚴重時 氈體的纖網會破碎而脫離基布。溫度一旦超過100℃,PPS 能夠承受的氧含量就要隨著溫度的上升而減小[9]。 除氧外,另一個危害PPS 的因素是煙氣中的NO2。因為 燃燒時空氣中的氮和燃料中的氮化物在高溫下會氧化成 NOX,其中既有NO,也有NO2,主要為NO,大約占總NOX 的 95%。通常NO 通過下式反應轉化為NO2;

NO+O3→N02+O2

NO 對PPS 是無害的,有害的是侵蝕性氧化劑NO2, NO2 對PPS 的氧化作用見下式;

溫度越高,煙氣中允許的NO2 含量越低;NO2 含量越 高,溫度就必須越低。見圖10 [9]。

PPS 能承受的NO2 濃度與溫度的關係

圖10 PPS 能承受的NO2 濃度與溫度的關係

注意:雖然PPS 耐化學腐蝕好,但不耐氧化性酸、氧化劑、濃硫酸、王水等。 ,在應用中、在樣袋檢測中要注 意這些物質是否存在。

4.1.3.2 臭氧對PPS 的影響試驗室檢測結果

製成的PPS 針刺氈濾料,由於其優越的性能被認為是 電廠鍋爐煙塵捕集的首選濾料。同時指出現場應用表明其 抗氧化性欠佳,需要在低氧環境下使用。電廠應用時,通常 建議煙氣中氧量要在9%以下。

實驗主要研究不同臭氧濃度、時間和溫度條件對PPS 濾料強力的影響,其結論如下:

(1)隨著臭氧濃度增高、溫度上升、作用時間的延長, PPS 濾料的斷裂強度呈現明顯的下降趨勢。

(2)掃描電鏡顯示,經過臭氧化後的PPS 纖維表麵變 得粗糙,部分纖維出現斷裂,從而導致了PPS 濾料整體斷 裂強度的降低,見圖11。

(3)臭氧與PPS 的反應主要發生在帶負電性原子(S 原子)上,分子鏈上氧的加入導致纖維強力下降、顏色的加 深和脆性增加。

(4)在工業實際應用中,要盡可能的降低氧含量,避 免和減少PPS 濾料與臭氧等氧化介質接觸,才能延長濾料 的使用壽命。

(5)PPS 的經、緯強力隨NOX 和SO2 濃度增加而有一定影響,NOX 作用稍強。

2.4mg/LO3 190℃ 72h O3 氧化後圖像

圖11 2.4mg/LO3 190℃ 72h O3 氧化後圖像

在工業實際應用中更為複雜,在煙氣中同時有O3、 NO、NO2、SO2、SO3、Cl、水等物質存在,綜合對PPS 作用,強 力下降的結果可能更為嚴重。特別是SO2 在O3 作用下生成 SO3,在水份較大時,對PPS 影響會更大。 下麵三種不同容量電廠檢測報告分別提到酸腐蝕、硫 酸氣溶膠、硫酸磺化、硝化等酸腐蝕,是值得注意的重要信 息。

4.1.4 燃煤電廠應用中濾袋失效的分析

(1)6×135MW 機組電- 袋複合式除塵器運行情況 三個電廠共6 台135MW 等級機組雙室三、四電場電 除塵器作預除塵,下遊為NID 脫硫除塵一體化設備,使用 純PPS 加浸漬處理濾袋的袋式除塵器,5 台使用不到8 個 月,1 台運行21 個月強力嚴重下降破袋更換。經分析為氧 化腐蝕。濾袋失效的原因應與臭氧有關聯的氧化腐蝕。

另一個電廠一台200MW 機組,燃用無煙煤同樣使用 半幹法NID 袋式除塵脫硫一體化工藝,沒有電除塵器作預 除塵,而且袋式除塵器入口濃度高達1000g/m3 以上,已經 運行三年多,沒有發生上述強力嚴重下降的情況。

(2)國內某3×200MW 機組電- 袋複合式除塵器運 行情況

該廠分別在2007 年9 月和10 月、11 月分別改造投運 的3 台電- 袋複合式除塵器,分別在4 個月後開始出現濾 袋破損更換,二年內已全部更換第三次。破袋原因分析;經 現場檢查、電鏡(SEM) 、紅外光譜分析等測試結果,其結論:

1)濾袋表麵覆膜完好,透氣指標保持良好,濾袋強力 基本喪失;

2)電鏡分析表明(見圖12、13),濾料纖維受腐蝕嚴重, 纖維表麵出現裂痕,甚至開裂;

3)紅外光譜分析表明,濾料材質PPS 分子結構發生變 化,主要是氧化與硫酸磺化所至(要有濃硫酸、S03 存在),由 此推斷工況煙氣含硫氣體、氧氣濃度較高,且有結露。

在東北又有3×200MW 機組電袋複合式除塵器也同 樣不到3 年第三次更換濾袋,另一台同容量機組運行不到 一年強力已明顯下降。

電鏡顯示裂痕或開裂

圖12 電鏡顯示裂痕或開裂

新樣品照片

圖13 新樣品照片

(3)國內某電廠300MW 機組電- 袋複合式除塵器濾 袋失效分析

在最近停機大修中,發現將近有2000 多條濾袋破損, 經檢查大部分破損裂口沿框架豎筋線上,初步分析認為與 濾料強力下降有關,濾袋破損經差示掃描量熱法(DSC)和傅 立葉變換紅外光譜分析法(FTIR)等方法進一步檢測得出如 下結果:

被測濾袋的PPS 纖維因為受到高的煙氣氧化成份如 NO2 以及H2SO4 氣溶膠造成酸損傷的共同作用影響而發 生了強烈的化學損傷。樣本濾袋上未發現酸結露的斑點, 但是從濾袋頭部至底部有完全一致的受損表現。

另有一台300MW 機組運行不到一年強力也明顯下 降。

(4)600MW 機組電- 袋複合式除塵器運行狀況 這是一台2008 年6 月由四電場電除塵器改造為電- 袋複合式除塵器。8 個月後發現強力嚴重下降大麵積破袋。 沿經向、橫斷麵強力大大低於300N 的臨界值,緯向均值為 153N。電鏡看到纖維受損照片如圖14、15 可看到纖維的裂 痕和斷裂,說明嚴重氧化。

SEM - 受損纖維照片(放大3000 倍)

圖14 SEM - 受損纖維照片(放大3000 倍)

SEM - 受損纖維照片(放大700 倍)

圖15 SEM - 受損纖維照片(放大700 倍)

化學分析顯示纖維網和基布裏纖維為PPS。光譜分析 表明PPS 聚合物嚴重氧化損壞。濾料水溶液PH 值2.3,說 明工況環境為酸性。

經電子能譜儀檢測表麵全譜分析,碳、硫分譜分析。

表1 各元素的表麵原子百分含量
Element Aarea Qfactor A/Q At%
Cls 13482.1 0.493 27347.1 77.4
Ols 4961.2 0.914 5428.0 15.4
Nls 338.6 0.813 416.5 1.2
S2p 735.5 1.62 454.0 1.3
Fls 1709.3 1 1709.3 4.8
35354.9 100.0

從以上所得數據分析得出如下結論:

1)從檢測中材料中氧原子的比例是15.4%,所以其現 有材料中一定含有O2,可以得出聚苯硫醚已被氧化。

2)聚苯硫醚中的S 原子比例是14.3%,但現有材料S 原子的比例是1.3%,說明S 大多已不存在於分子中,可能 已被脫掉,說明煙氣中有很強的脫硫物質NO2、O2,使PPS 中的S 被氧化。

3)現有材料中含有N 元素,說明PPS 被硝化了,而硝化 反應的發生必須具備有濃H2SO4 的存在的條件下才能與 NO2 發生硝化反應,說明煙氣中不僅有NO2 還有濃H2SO4 。

4)現有材料中含較高的F 元素,可能是聚苯硫醚被氧化後與HF 的反應產物也再次證明聚苯硫醚已被氧化。

5) 紅外光譜分析表明PPS 聚合物嚴重氧化和酸腐蝕 損壞,濾料水溶液PH 值2.3,說明工況環境為酸性。

6)從受損纖維電鏡照片看到PPS 斷裂嚴重,及以上分 析,認為嚴重的氧化損壞及酸腐蝕的結果。

4.1.5 電- 袋複合式除塵器濾袋破損綜合原因分析 及措施

4.1.5.1 濾袋破損綜合原因分析

(1)使用NID 半幹法脫硫除塵一體化工藝中,由於脫 除大量的SO2 和SO3,濾袋上覆蓋了CaSO3 和CaO 有一定 保護作用,相比之下可以延長濾袋破損時間;

(2)電- 袋複合式除塵器的使用,關鍵是延長濾袋使 用壽命。從目前收集的材料來看,恰恰相反,臭氧的存在, 轉化為NO2、SO3 而對濾袋造成氧化及酸腐蝕損傷。硫酸、 SO3 都是磺化劑、NO2 是硝化劑,可以取代苯環中碳原子上 的氫直接磺化、硝化加速了濾袋破損,這種新的特征要深 入研究。

另外SO3 的增加提高酸露點溫度,產生酸腐蝕機率。

4.1.5.2 延長PPS 濾袋運行壽命還可以用其他方法:

(1)降低過濾風速,由1.0m/min 降為0.9 或者0.8,都 可延長清灰間隔,達到降低阻力的結果,一次性投資大體 與電- 袋差不多,簡化了係統,更好維護管理;

(2)還可以采用有重力和撞擊(又稱慣性)沉降室的低 壓脈衝行噴吹袋式除塵器結構設計,可做到粉塵到達濾袋 時不到40%。同樣可以延長清灰間隔和降低阻力的作用,達到延長壽命目的,還非常容易實現在線檢修。河南豫中 3OOMW 機組已采用此方法。

(3)同時將上述兩種方法結合更為理想。除此之外還 有很多的其它方法,不一定非用電- 袋結合的一種除塵方 式。

(4)已經建成的電袋除塵器,最好降低電壓、電流、電 場強度和減少電火花次數,使電場除塵效率由80%~90% 降低到40%以下運行,目的是盡量延長濾袋運行壽命。有條件時最好還是將一電場也改為袋式除塵。

(5)研究高效低價適合燃煤電廠使用、抗氧化的複合 濾料。目前有用PTFE 做基布的PPS 的濾袋和PPS 摻PTFE 加PTFE 作基布的濾袋、采用600g/m2 等增加付加代價的措 施。

(6)鍋爐經常低負荷運行煙溫低時結露帶來的危害 也應引起注意,對濾袋及袋籠和噴吹閥帶來酸腐蝕和NO2 氧化損傷綜合性危害。

4.2 電- 袋複合式除塵應用分析總結

(1)目前運行36 台電袋除塵器中:巳有16 台強力嚴 重下降大麵積破損, 占44.44%;投運後降低電除塵電壓、電流相當沉降室運行 約有30%; 其餘大多運行不到1 年或己停 運,尚未爆露出問題。

(2)純袋與電- 袋破損情況兩者有很大不同,電- 袋 強力呈全麵性下降,大麵積破損,其餘可用手都可撕裂。純 袋破損大都局部性的,可在綫更換。

(3)由於煤種多變,電除塵效率下降,逐漸成為沉降 室,電- 袋也成純袋了,所以,設計時有意取較低的過濾風 速目的也在於此。(據調查7 台機組設計過濾風速都小於 1.1m/min 失去降低成本目的)。

(4)電- 袋複合式除塵器其運行壽命遠低於純袋式 除塵器,濾袋破損原因,比預料複雜得多。所以,使用PPS 濾袋的電-- 袋複合袋式除塵器在目前條件下不是最佳組 合。

(5)和純袋式除塵器相比,電- 袋除塵器還有不利於 收集超微細粉塵和重金屬的弱點,對執行新控製標準時要 重新審視。

綜合以上16 台不同類型機組分析,電- 袋複合式除 塵器其運行壽命遠低於純袋式除塵器,濾袋破損原因,比 預料複雜得多。所以,使用PPS 濾袋的電- 袋複合式除塵 器在目前條件下不是最佳組合。同時也不利於適應新標準 的要求。

5 結語

(1)為減少大氣汙染,提高人民健康水平,達到減排 指標日趨嚴格的要求,發展袋式除塵器是大勢所趨。

(2)袋式除塵器投資和運行費用大致與4 電場電除 塵器相當,但排放濃度遠遠低於5 電場甚至6 電場除塵器 的指標。

(3)設計、運行嚴格按上述要求進行,濾袋使用壽命 可達到和超過30000h,國內已有多個電廠超過5 年以上的 運行業績。平均年破袋率低於1%,維護工作量少。

(4)為保證脫硫裝置安全可靠運行,可考慮采用袋式 除塵加脫硫係統的方式。

(5)新的工藝技術要經過試驗和時間考驗,才可大麵 積推廣;出現問題要及時總結,以便吸取經驗教訓。

(6)采用電- 袋複合除塵器時要慎重!為延長濾袋使 用壽命,可選用其它更安全可靠的工藝技術。

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