郭偉++崔寧++田鉑++韓立軍

摘 要：隨著我國(guó)環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，火力發(fā)電廠在滿足《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）中煙塵排放限值要求的同時(shí)，均以煙塵排放低于5 mg/Nm3作為更高的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，普通靜電除塵器已難以滿足超低排放的要求，絕大多數(shù)火力發(fā)電企業(yè)采用“布袋除塵器+濕式靜電除塵器”作為主要的減排方式。濾袋占布袋除塵器總造價(jià)的40%，檢修費(fèi)用的85%，因此，濾袋的壽命將直接影響電廠的運(yùn)行費(fèi)。以大唐清苑熱電有限公司為例，對(duì)燃用中硫煤電廠除塵器濾袋材質(zhì)的選擇進(jìn)行了分析，以期從濾袋材質(zhì)選擇層面盡量延長(zhǎng)濾袋的使用壽命，達(dá)到在減排的同時(shí)降低運(yùn)行費(fèi)用的目的，并為其他工程濾料選擇提供借鑒。

關(guān)鍵詞：中硫煤；布袋除塵器；濾袋材質(zhì)；火力發(fā)電廠

中圖分類號(hào)：X701.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.104

《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）于2012-01-01執(zhí)行，其中對(duì)新建電廠煙塵排放的限值由原來(lái)的50 mg/Nm3調(diào)整為30 mg/Nm3。此外，隨著近年來(lái)我國(guó)環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，越來(lái)越多的火力發(fā)電廠建設(shè)伊始即以低于5 mg/Nm3作為建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。煙塵排放濃度限值的不斷降低促使絕大多數(shù)火力發(fā)電企業(yè)采用“布袋除塵器+濕式靜電除塵器”作為主要的減排方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在布袋除塵器總造價(jià)中，濾袋成本占40%，而濾袋的更換更達(dá)到了布袋除塵器日常檢修費(fèi)用的85%以上，因此，如何延長(zhǎng)濾袋的使用壽命，從而降低電廠運(yùn)行成本是眾多電廠共同關(guān)心的問(wèn)題。本文以大唐清苑熱電廠為例，對(duì)燃用中硫煤電廠除塵器濾袋材質(zhì)的選擇進(jìn)行分析，以期從濾袋材質(zhì)選擇層面盡量延長(zhǎng)濾袋使用壽命，達(dá)到在減排的同時(shí)有效降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。

袋式除塵器是依據(jù)濾料固有的物理過(guò)濾特性以及附著在濾料表面粉塵層的過(guò)濾性來(lái)截留煙氣中具有一定顆粒度的粉。它依賴于濾料在厚度方向的纖維密度來(lái)決定過(guò)濾能力，成為深層過(guò)濾技術(shù)。濾料是布袋除塵器中最關(guān)鍵、最易損和最昂貴的部件，是影響投資、運(yùn)行成本的主項(xiàng)。濾料的選擇關(guān)系到除塵器能否長(zhǎng)期、可靠、高效地使用。因此，濾料應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況以及布袋除塵器的工作要求選擇。

按照《中國(guó)煤中硫份等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)》劃分，中硫煤系指硫分在1%～2%的燃煤（其中，1%～1.5%稱“低中硫煤”）。當(dāng)鍋爐燃用較高硫份燃煤時(shí)，煙氣中硫氧化物、氮氧化物濃度很高，煙氣中酸性氣體的腐蝕會(huì)造成濾料的損壞，使濾袋壽命縮短。

大唐清苑熱電廠地處保定市清苑縣，裝機(jī)規(guī)模為2×300 MW，選用上海鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界1025 t/h中間再熱自然循環(huán)鍋爐，每臺(tái)鍋爐配2臺(tái)低壓脈沖旋轉(zhuǎn)噴吹布袋除塵器，除塵器保證效率大于等于99.93%，出口煙塵濃度小于30 mg/Nm3。煤源為山西陽(yáng)泉、昔陽(yáng)等地的貧煤，煤質(zhì)如表1所示。

布袋除塵器基本參數(shù)如表2所示。

1 布袋除塵器濾袋材質(zhì)簡(jiǎn)述

用于袋式除塵器的濾料主要有機(jī)織物、非織造材料和復(fù)合材料。機(jī)織濾料作為傳統(tǒng)的加工方式，因其生產(chǎn)成本低廉而在濾料市場(chǎng)上仍然占有一席之地；非織造材料由于其復(fù)雜的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在有限的材料空間內(nèi)含有大量的微孔和彎曲通道，具有良好的過(guò)濾性能，是除塵濾袋的理性材料；復(fù)合材料通過(guò)覆膜、涂層/層合、原料差別化、工藝差別化等技術(shù)手段使材料的過(guò)濾性能更為優(yōu)異，更加符合環(huán)保要求。

1.1 PPS聚苯硫醚

PPS具有極佳的耐堿性和較好的耐酸性，但PPS的抗氧化性能比較弱，在含氧量高或煤質(zhì)含硫量較高的工況中均不適用。其耐溫為160～180 ℃，可在160 ℃的溫度下連續(xù)工作運(yùn)行，瞬間可以承受190 ℃的高溫。當(dāng)運(yùn)行溫度超過(guò)190 ℃時(shí)，PPS的強(qiáng)力會(huì)急劇衰減；當(dāng)被處理的煙氣中氧（O2）含量超過(guò)8%時(shí)，PPS會(huì)被氧化，即PPS大分子結(jié)構(gòu)中的S和O結(jié)合，產(chǎn)生SOX，使原本PPS分子結(jié)構(gòu)變化，不具有原本的耐酸、耐堿性能，從而失去強(qiáng)力，直接表現(xiàn)就是“破袋”。當(dāng)煙塵含氧量超過(guò)15 %時(shí)，就不能使用該種濾料。

1.2 芳香族聚酰胺合成纖維

此類纖維應(yīng)用較多的主要是美塔斯耐高溫纖維，其耐溫204 ℃，瞬間可達(dá)240 ℃。但其耐酸性、抗水解性稍差，其主要應(yīng)用于經(jīng)徹底脫硫的循環(huán)流化床鍋爐或含硫極低的煙氣過(guò)濾場(chǎng)合。

1.3 聚四氟乙烯

PTFE，即聚四氟乙烯，具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性能，不受煙氣腐蝕，可為濾料提供強(qiáng)有力的支架，延長(zhǎng)濾料的使用壽命。PTFE可以在240 ℃的連續(xù)運(yùn)行溫度，在瞬間260 ℃的溫度條件下，能耐全部pH值范圍內(nèi)的酸堿侵蝕。PTFE基布自潤(rùn)性極佳，不吸潮，能承受紫外線輻射。用非織造針刺法制作的聚四氟乙烯纖維濾袋可以使袋式除塵器達(dá)到非常好的除塵效果，無(wú)論除塵器進(jìn)口煙氣中粉塵的濃度有多高，除塵器出口煙氣中的粉塵濃度均可降低到20～30 mg/m3，它是抗水解、抗腐蝕性最強(qiáng)的化學(xué)纖維。

1.4 P84纖維（聚酰亞胺）濾料

P84纖維濾料可在260 ℃以下連續(xù)使用，瞬時(shí)溫度可達(dá)280 ℃。除此之外，P84纖維三葉形橫截面形成了非常高的纖維表面積系數(shù)，與圓形或豆形截面纖維相比，具有較大的比表面積，增大了捕集塵粒的機(jī)會(huì)，而且P84纖維特殊的截面形態(tài)使得粉塵大部分被集中到濾料的表面，很難滲透到濾料的內(nèi)部堵塞孔隙，降低運(yùn)行阻力。

1.5 玻璃纖維

玻璃纖維可以在260 ℃（中堿）/280 ℃（無(wú)堿）的溫度條件下長(zhǎng)期工作。瞬間溫度可達(dá)350 ℃。它具有突出的尺寸穩(wěn)定性，拉伸斷裂強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，表面光滑，憎水透氣，容易清灰，化學(xué)穩(wěn)定性好，是環(huán)境保護(hù)行業(yè)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。但是它的缺點(diǎn)是耐折性差。

2 大唐清苑電廠布袋除塵器濾料方案

大唐清苑電廠燃用煤質(zhì)含硫量在1.67%～1.82%之間，屬中硫煤，煙氣中較高的SOX含量提升了酸露點(diǎn)溫度，增加了煙氣酸結(jié)露的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，該工程屬于供熱機(jī)組，機(jī)組負(fù)荷變化較為較大，可能出現(xiàn)頻繁起停爐的現(xiàn)象，造成濾袋多次穿越酸露點(diǎn)，使濾袋酸腐蝕破壞，濾袋過(guò)早失效。如果機(jī)組在正常運(yùn)行中發(fā)生大量破袋現(xiàn)象，更換濾袋不僅將增加檢修維護(hù)費(fèi)用，還為滿足環(huán)保要求將迫使機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，影響發(fā)電量和供熱量。因此，濾袋材質(zhì)的選擇正確與否將直接影響機(jī)組運(yùn)行的可靠性。根據(jù)本工程煤質(zhì)及煙氣情況，初步擬定了濾料的兩個(gè)方案，即PPS纖維+PPS基布（表面PTFE浸漬）和PPS纖維+PTFE基布。以下就兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

2.1 兩種濾料方案性能對(duì)比及分析

PPS纖維+PPS基布（表面PTFE浸漬）是PPS針刺氈后處理的一種工藝，是針刺好的PPS濾布在含有PTFE的乳液里浸漬后，再通過(guò)高溫烘焙，使濾料表面形成一種含有PTFE材料的保護(hù)層，達(dá)到濾料具有拒水防油的效果，并且能提高PPS濾料的抗氧化性能，使濾料表面更加光滑，更容易清灰，從而延長(zhǎng)濾料的使用壽命。

PPS纖維+PTFE基布由上下兩層PPS針刺氈和中間一層PTFE基布組成，針刺氈強(qiáng)力60%靠基布提供，強(qiáng)力是壽命的最重要體現(xiàn)，采用PTFE基布，濾袋整體強(qiáng)力衰減更慢（PPS基布強(qiáng)力衰減50%的情況下，PTFE基布強(qiáng)力衰減只有10%），抗化學(xué)腐蝕能力和耐瞬間高溫的能力大幅提升，延長(zhǎng)使用壽命。

兩種濾料方案的性能對(duì)比如表3所示。

由表3可以看出，無(wú)論是PPS纖維+PPS基布方案，還是PPS纖維+PTFE基布，均具有良好的應(yīng)用效果。方案二相對(duì)于方案一有以下優(yōu)點(diǎn)：①PTFE具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性能，在運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，能承受所有的化學(xué)腐蝕。PPS的抗氧化性能比較弱，在含氧量高或煤質(zhì)含硫量較高的工況中均不適用。PTFE基布不受煙氣腐蝕，可為濾料提供強(qiáng)有力的支架，延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)煤種變化的適應(yīng)性更強(qiáng)。②針刺氈強(qiáng)力60%靠基布提供，強(qiáng)力是壽命的最重要體現(xiàn)，采用PTFE基布，濾袋整體強(qiáng)力衰減更慢。

結(jié)合上述分析，考慮清苑電廠燃用中硫煤，煙氣腐蝕性較強(qiáng)，且供熱電廠的性質(zhì)決定了機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)較大，因此本項(xiàng)目濾袋采用方案二：PPS纖維+PTFE基布可以有效提高除塵器濾袋的壽命，規(guī)避因機(jī)組簡(jiǎn)短時(shí)期運(yùn)行工況變化大帶來(lái)的不利因素，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

2.2 國(guó)內(nèi)電廠采用兩種濾料方案的統(tǒng)計(jì)

PPS纖維+PPS基布（表面PTFE浸漬）和PPS纖維+PTFE基布兩種濾料方案在國(guó)內(nèi)新建電廠中均有應(yīng)用，兩方案應(yīng)用于電廠的情況統(tǒng)計(jì)如表4所示。

從表4的不完全統(tǒng)計(jì)可以看出：①國(guó)內(nèi)機(jī)組，含硫量小于1%的機(jī)組基本采用PPS纖維+PPS基布，含硫量大于2%的機(jī)組基本采用PPS纖維+PTFE基布，含硫量1%～2%的機(jī)組兩種都有應(yīng)用；②隨著含硫量的上升，PPS纖維+PPS基布的使用越來(lái)越少；③目前，國(guó)內(nèi)采用PPS纖維+PTFE基布是提高濾袋抗高硫煤主要措施，可以提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性，特別是含硫量為2%左右的機(jī)組。

2.3 兩方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)國(guó)內(nèi)電廠布袋除塵器運(yùn)行情況及與各除塵器廠家溝通，結(jié)合本工程煤質(zhì)及煙氣特性，采用PPS纖維+PPS基布（表面PTFE浸漬）方案濾袋壽命為2.5年，采用PPS纖維+PTFE基布方案濾袋壽命可達(dá)4年。但兩方案初投資相差較大，具體數(shù)據(jù)如表5所示。

說(shuō)明：為簡(jiǎn)化起見，按照濾袋到達(dá)使用年限后全部更換計(jì)算檢修費(fèi)用。

從上表可以看出，采用方案二PPS纖維+PTFE基布比方案一PPS纖維+PPS基布（表面PTFE浸漬）年檢修費(fèi)用低73.69萬(wàn)元，但對(duì)于初投資，方案二比方案一多230萬(wàn)元。假定Y年后兩者費(fèi)用持平，則解方程874.84+349Y=1 104.84+276.21Y，得Y=6.71年，即6.71年時(shí)，兩方案總費(fèi)用（初投資+檢修）相當(dāng)。此后，方案二具有明顯效益。以電廠30年設(shè)計(jì)壽命計(jì)算，采用方案二比方案一可節(jié)省1 980.44萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。