锅炉烟气净化用滤料选取及确定

                                                                              ——博格过滤材料专题介绍系列之一

• 应用领域

1. 供热、电站锅炉烟气净化袋式除尘器；
2. 燃煤、燃气锅炉烟气净化袋式除尘器；
3. 秸秆直烧发电锅炉烟气净化袋式除尘器；
4. 燃料混烧锅炉烟气净化袋式除尘器；
5. 垃圾焚烧及垃圾加煤混烧锅炉烟气净化袋式除尘器；
6. 生活、医疗垃圾焚烧锅炉烟气净化袋式除尘器。

 

• 博格推荐

1. PPS材质过滤材料；
2. PPS、P84、PTFE二种或三种纤维的复合材质过滤材料；
3. PTFE、玻璃纤维复合过滤材料。

 

• 工况分析及滤料的选取与确定

锅炉烟气净化使用的袋式除尘器一般要求与锅炉设备大修期同步，30000小时的滤料（滤袋）使用寿命现已成为火电厂要求的基本使用期。除如供热锅炉、秸秆发电锅炉等有特殊要求之外，一般要求滤料的使用寿命秸秆发电锅炉为16000小时，供热锅炉为3个供热期。但是，同为燃煤电站锅炉烟气除尘，国内的应用条件与国外存在差异，所以在选取滤料时要着重分析烟气性能特点，并应注意以下几点：

（1）燃用煤种：国外锅炉通常燃用精煤，而我国则以燃用原煤为主，在热值、灰份、含S量等方面都存在差异；

（2）设备技术：国外发达国家使用的锅炉等相关设备自动化程度较高，而国内设备普遍存在着手动与自动相结合的状况，这对烟气各项特性的稳定性具有很大的影响；

（3）锅炉设备：国外发达国家的锅炉设备相对都比较先进，国内还存在大量的中小设备（尤其是早期锅炉），此外还有锅炉新旧程度的不同；

（4）能源综合利用：燃用高炉煤气，造成烟气量和含尘浓度较大幅度的波动、气体成分变化、烟气温度升高等。

 

（5）燃烧方式、排烟方式等方面也存在一定的差异。

因此，造成滤料应用环境表现为四高一大一低（排放烟气温度高，烟气中SO₂、NO_X含量高；烟气中含氧量高；含尘浓度大；要求滤袋阻力低）。由于燃煤锅炉排放的烟气条件相对比较恶劣，将影响滤料（滤袋）使用寿命。因此在袋式除尘器使用滤料时，借鉴但不盲目照搬国外同行技术及经验，应考虑国内锅炉实际情况，针对性地选用滤料。

 

（一）一般工况

目前的电厂机组锅炉袋式除尘器滤袋材质大多选用PPS针刺毡滤料。也有选用PPS+P84复合纤维针刺毡滤料，P84纤维含量在20%左右。主要针对锅炉烟气排放温度或除尘器进口温度在170℃以下，燃用低硫煤的锅炉。

PPS学名聚苯硫醚，英文名Poly Phenylene Snlfide（简称PPS），PPS纤维全球范围内只有少数几家大型化学公司生产，日本公司的产品占据着主导市场。日本东洋纺（TOYOBO）公司的注册商标为PROCON／普抗、日本东丽（TORAY）公司产品的注册商标为TORCON／特利通、美国飞利浦（PHILIP）公司的注册商标为RYTON／莱顿。

P84学名聚酰亚胺，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，增加针刺毡透气性，具有降阻增效的效果。P84纤维系奥地利LENZING公司独家生产。

PPS纤维由于其较好的耐酸碱腐蚀性在很多工况条件下得到应用，用其制成的针刺过滤毡在电厂锅炉烟气净化等领域发挥了重要作用。PPS纤维因其具有强度的完整保持性和内在的耐化学性，可以在一定的环境中保持良好的过滤性能，并达到理想的使用寿命。在燃煤锅炉、垃圾焚烧炉、电厂粉煤灰的集尘处理等领域的脉冲袋式除尘器中得到广泛的应用。PPS过滤毡在一般工况条件下表现出卓越的过滤性能，其应用条件主要取决于PPS纤维性能，燃煤烟气除尘比较适宜使用的条件为：

1. 工作温度。长时工作烟气温度120—160℃；
2. 含氧量。烟气含氧量在8%或以下的场合均可适用；
3. 含硫及氮氧化物量。烟气中SO₂含量<800mg/m³；NO_x含量<700mg/m³，NO₂含量<15mg/m³；
4. 灰分。燃煤灰分<30%；
5. 烟气湿度。烟气中含水量<12%；
6. 锅炉运行启动前，需进行预涂灰；
7. 喷油点炉、锅炉爆管、烟气超温时不宜直接进入袋式除尘器，需设旁路烟道；
8. 袋式除尘器设计过滤风速1.0m/min左右，除尘器设计阻力1500Pa。

正常运转的袋式除尘器滤袋保障使用寿命30000h。为了降低滤料阻力，增加耐温能力，采用PPS+P84复合纤维针刺毡。

 

（二）特殊工况

PPS纤维在传统的高温粉尘收集领域中，主要是以单一规格的PPS纤维针刺成毡的形式出现。由其制成的滤袋表现出PPS的良好特性，主要是抗酸碱腐蚀、抗水解性能好。但是由于中国燃煤锅炉的先天特点特殊，如含硫量高、粉尘大、含氧量高、含水分高等，常规的PPS针刺毡在中国电厂等工矿中使用时效果不是很好。为了解决这些问题，世界各国滤料生产厂家相继开发出了各种改进型的PPS针刺毡产品，如PPS覆膜滤料和博格公司的HBT/PPS梯度特种滤料。主要针对除尘器进口烟气特性为高温、高湿、高硫，或脱硫装置与除尘器同时运行状态，排烟温度在170℃以上。

为了降低滤料阻力，对采用单一细度PPS纤维制作的滤料针刺毡（简称常规滤料）进一步改进为采用不同细度的PPS纤维制作的具有纤维梯度结构的滤料针刺毡（简称梯度滤料），参见图1。命名为HBT/PPS针刺毡滤料，华博特简称HBT。

主要技术特点为：

⑴ 针刺毡截面结构上采用纤维细度逐层加大的梯度层次结构，它由表层超细纤维层、细纤维层、基布、粗纤维层4层构成。纤维越细，透气通道越致密。梯度滤料特点：纤维在滤料中采取从迎尘面到净气面细度逐渐增加的趋势，形成前密后疏的流体通道，由传统针刺毡的等宽绕流通道改变为前窄后宽的梯形绕流通道，使得滤料中过滤孔径就象一弯曲的喇叭形，迎尘面孔径很小，接近于覆膜滤料，过滤精度很高，越靠近净气面，孔径越大，这样在过滤当中粉尘不易堵塞滤料的微小细孔，透气性好，从而降低滤料的压降，减少清灰次数，节约能源，同时还能延长滤料的使用寿命。

 

  

图1  梯度滤料结构示意图

⑵ 借鉴了覆膜滤料表面过滤技术。把传统的单一细度纤维或混合纤维制作的针刺毡转变为梯度纤维针刺毡，过滤方式由“表层+深层”转变为“表层过滤”，超细纤维形成的滤料面层阻挡微细尘粒能力提高。

前窄后宽的梯形通道使滤料内层不易集尘，保持滤料长期运行而滤料固有阻力上升变化速度减缓。

表层采用超细纤维层，超细面层使针刺毡表面更致密，阻挡微细尘粒能力提高，而且表面易清灰。不同过滤方式示意图见图2。

 

⑶ 对针刺毡纤维采用PTFE（聚四氟乙烯）浸渍处理，使纤维表面涂有PTFE膜，参见图4。提高纤维的耐腐蚀耐氧化耐温能力，增强滤料憎水性。

 

 

 

 

 

 

 

（4）对针刺毡纤维采用有机硅浸渍处理，增强纤维的耐磨能力、滤料憎水性和耐温能力。

采用通过各项技术改进后，滤料性能得到显著改善，可以延长滤料使用寿命。改进后滤料的主要使用技术指标为：烟气温度120—180℃，烟气中SO₂含量<2000mg/m³、NO_x含量<1200mg/m³，含氧量<10%，除尘器阻力1200Pa。

 

（三）复杂工况

为了进一步扩大燃煤电厂等锅炉烟气净化用滤料的适用范围：锅炉燃烧煤质变化较大，高硫煤；温度、湿度、含尘量、含硫量等都大幅度的波动锅炉频繁启停（出现低温60—120℃，酸结露腐蚀）；燃煤与燃气混烧（排烟温度达到180—220℃）；锅炉过量鼓风、空气预热器漏风，造成含氧量升高等问题，如果完全使用PPS，势必影响使用寿命。因此需要选取HBT/PTFE复合针刺毡滤料，采用PTFE纤维替换PPS、P84纤维，以适应上述复杂工况的滤料应用要求。

PTFE是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，具有“塑料王”之称，学名聚四氟乙烯。它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，具有不粘着、不吸水、不燃烧等特点。

鉴于PTFE纤维价格比较高，一般采用以PTFE纤维为主，适量混合如玻璃纤维等其它材质。该滤料价格受PTFE混合量、掺用的其它纤维及混合量等因素影响。

玻璃纤维具有耐高温、耐腐蚀、尺寸稳定、伸长收缩率极小，强度高和化学稳定等方面的优良性能，正常使用温度在260℃以上。由其制成的过滤材料具有三维微孔结构，孔隙率高，对气体过滤阻力小，是一种高效的高温过滤材料。与其它耐高温化纤毡相比，具有价格低、耐温更高等特殊优点。

HBT/PTFE复合针刺毡滤料通常采用如下结构：

前面层：PTFE100超细纤维

基  层：（PTFE/ GLASS）细纤维

基  布：（PTFE/ GLASS）基布

后面层：（PTFE/ GLASS）粗纤维

其中：

（1）采用PTFE纤维为主的滤料结构，滤料克重不低于750g；PTFE纤维与高强玻纤纤维比根据用户实际要求定。不采用PPS纤维以适应220℃左右高温的经常使用。

（2）适量采用高强玻纤纤维完全是从保证工况使用条件下不降低滤料性能，同时兼顾满足用户滤料价格需求。

（3）与PTFE覆膜玻纤滤料相比，结构上迎尘面以PTFE超细纤维过滤层替换PTFE膜，增加了PTFE使用的可靠性。过滤机理上继续保持表层过滤，保证滤料过滤性能的稳定性和长期耐用性。

另：覆膜滤料在某电厂使用的经验表明，实际运行阻力达到1600—2000Pa以上，难以满足客户技术要求的气布比过滤风速下的低阻要求。覆膜滤料在除尘器含尘气流冲刷等复杂运行工况下出现膜损坏（参见图5）。

 

 

 

• 部分过滤材料技术参数

1、PPS PTFE覆膜滤料与梯度特种滤料参数对比

 

	PPS PTFE覆膜滤料	PPS梯度特种滤料
滤料结构	单一PPS纤维表面PTFE覆膜	梯度滤料PTFE乳液渗透式覆膜
克重g/m2	500
厚度mm	≈1.8
透气度(m3/m2min)	2～3	13
断裂强度	基本相同
断裂伸长	基本相同
连续使用温度℃	160	160
短时使用温度℃	190	190
耐酸性	优	更优
耐碱性	优	更优
耐磨性	差	优
清灰性能	优	良
抗水解	优	更优
后处理	热定型、PTFE覆膜	热定型、PTFE乳液渗透式覆膜

 

滤 料 名 称		HBT－Ⅰ 中温型	HBT －Ⅱ 高 温 型	HBT －Ⅲ 耐强特种型
原 料 构 成		PPS超细纤维、玻纤/ 玻纤基布/PPS短纤	P84、PPS超细纤维、玻纤/玻纤基布	PTFE超细纤维、PTFE纤维、玻纤/玻纤基布
克  重(g/m2)		>800	>800	>800
厚  度(mm)		2.5—3.5	2.5—3.5	2.5—3.5
透  气(m3/m2/min)		10—20	10—20	10—20
断 裂 强度 N/5×20cm）	经 向	＞2000	＞2000	＞2000
	纬 向	＞2000	＞2000	＞2000
断 裂 伸长 (％)	经 向	＜10
	纬 向	＜10
连续工作温度(℃)		160～190	190～220	220～350
过滤速度（m/min）		1～1.5	1～1.5	1～1.5
耐 酸 性		优	优	优
耐 碱 性		优	优	优
耐 磨 性		优
水解稳定性		优
后处理方式		高温热压定型及烧毛或特氟隆涂层处理

 

 

• 应用业绩

 

设备名称及规格型号	用户名称、地址	投运日期	设备数量	备注
220T/H 锅炉 电改袋除尘	国电天津第一热电厂13＃炉	2004年10月投运	1台	PPS梯度
670T/H锅炉 袋式除尘器	内蒙丰泰电厂	2005年、2006年	2台	HBT
300t/d生活垃圾焚烧发电	杭州锦江绿色能源	2006年	2台	HBT
100MW机组燃煤锅炉	包头市第二发电厂	2006年	1台	HBT
2×135MW	郑州泰祥热电股份有限公司	2006年	2台	PPS梯度