布袋式除尘器及除尘布袋的发展研究

摘要:介绍了目前布袋式除尘器的作用原理及除尘布袋的发展,分析了表面过滤机理在布袋式除尘器布袋中的应用优势展望了布袋式除尘器在燃煤电厂的应用前景。

布袋式除尘器设备图片

 中国工业生产正处于全面发展时期,钢铁、水泥、冶金、化工等行业的产量不断提高,能源、资源的消耗相当大,大气污染口趋严重。特别是在燃煤发电厂,煤炭从进厂到进入锅炉燃烧之前,要经过装卸、输送、堆放、存取、转运、筛分、晒碎等一系列运输和加工过程,这些工序都会产生大量的煤粉尘,严重地污染着电厂内外的环境。中国在控制大气污染方面与其他部分国家和地区比还有较大差距。

 中国GB 13223-1996《火电厂大气污染物排放标准》中,对新扩改建电厂烟尘排放标准值为200—600 mg/m3耐,不仅远高于发达国家的50mg/m3耐的排放标准,也大大高于中国其他行业(如水泥和钢铁)100一 150 mg/m3耐的排放标准·随着对烟尘危害的认识加深以及对环境保护的要求提高,对烟尘排放的标准也口趋严格。

平均直径在2 . 5um以下的微粒尘埃会对健康造成严重的危害。因此,如何控制粉尘排放,尤其是控制直径在2.5-10um范围内的细微粉尘的排放,是中国治理大气污染、洁净空气环境的重要
举措。

此外,在清洁生产、电子、精密仪器加工等行业,对空气中含尘量的要求更高,一般都要求对亚微米级粉尘除尘效率要达99. 97%以上。这对高效除尘及超高效除尘技术的发展提出了要求。

一、除尘技术的发展

一般用于空气烟尘处理的除尘器包括惯性除尘器、旋风除尘器、水膜除尘器、文丘里管除尘器、静电除尘器和袋式除尘器。其中,由于除尘效率及设备投资等因素的影响,惯性除尘器、旋风除尘器等机械式除尘设备在高效除尘场合已经基本不再使用,水膜除尘器和文丘里管式除尘器的应用也比较少。静电除尘器和袋式除尘器由于其除尘效率高而越来越成为主导的除尘技术。

自1906年F G Cottrell第一次将静电除尘器C ESP)应用于工业以来[#],静电除尘器已发展成为一种公认的高效除尘装置,其效率可达99%甚至更高。但是ESP对人体健康危害最大的0.1–2um尘粒的除尘效率较差,而且ESP的除尘性能受粉尘比电阻的支配。一般来说,粉尘的比电阻值在104 ~5 X 1010cm属正常操作范围。如低于此范围则易产生再飞扬,而高于此范围则易发生反电晕现象,并使除尘性能下降。由于粉尘比电阻与粉尘化学成分直接相关,所以ESP在某些场合不能适用。而袋式除尘器由于其除尘机理使得其不仅除尘效率很高,而且不受粉尘化学组成、颗粒分散度等因素的影响。因而世界上高效除尘技术越来越倾向于使用袋式除尘。在中国,目前高效除尘技术大多使用静电除尘,但是随着我国除尘技术的发展,袋式除尘技术将日益受到重视。

1.1袋式除尘器的发展及目前状况

袋式除尘是一种较老的除尘技术,早在18世纪80年代就开始应用。当时只是使用一些挂袋,工作效率较低。1881年德国Betch工厂的机械振动清灰袋除尘器开始商业化生产。1954年HJHerse发明了逆喷型吹气环清灰技术,使得袋式除尘器实现了除尘、清灰连续操作,处理量提高数倍,滤袋压力较稳定。特别是1957年T VReinauer发明的脉喷型(脉冲)袋式除尘器,被认为是袋式除尘技术的一次重大发现,它不但操作和清灰连续,滤袋压力损失更趋于稳定,处理气量进一步增大,而且内部无运动部件,滤布寿命更长且结构简单。20世纪70年代以后,袋除尘器技术向大型化发展。美、日、澳及欧州等国家,结合大规模工业生产,相继开发了大型袋式除尘器应用于燃煤电站、干法水泥口转窑窑尾和电炉除尘。单台过滤面积超过10 000讨的不在少数。

随着人类对环境质量与生存的认识不断加深及技术进步,袋式除尘器的清灰技术及袋滤技术得以迅速发展与提高。目前袋式除尘器对工业废气中微粒粉尘的控制,尤其是对高温冶炼和燃料燃烧生成的高活性微粒粉尘的控制,从技术上己日趋成熟。其对微粒粉尘的除尘效率在99%以上,且规格齐全,适用范围广,不受粉尘比电阻的影响,不存在水污染问题。在采取其他技术措施的条件下,可同时洁化工业废气中的固、液、气三类污染物。

目前,生产中应用广、市场占有率高的大型袋式除尘器是反吹风大布袋除尘器、回转反吹扁袋除尘器和脉冲喷吹布袋式除尘器。

1.2袋式除尘器的工作原理

袋式除尘器高的除尘效率是与它的除尘机理分不开的。含尘气体由除尘器下部进气管道,经导流板进入灰斗时,由于导流板的碰撞和气体速度的降低等作用,粗粒粉尘将落入灰斗中,其余细小颗粒粉尘随气体进入滤袋室,由于布袋纤维及织物的惯性、扩散、阻隔、钩挂、静电等作用,粉尘被阻留在滤袋内,净化后的气体逸出袋外,经排气管排出。滤袋上的积灰用气体逆洗法去除,清除下来的粉尘下到灰斗,经双层卸灰阀排到输灰装置。滤袋上的积灰也可以采用喷吹脉冲气流的方法去除,从而达到清灰的目的,清除下来的粉尘由排
灰装置排走。

袋式除尘器的除尘效率高也是与布袋分不开的,布袋性能和质量的好坏,直接关系到袋式除尘器性能的好坏和使用寿命的长短。而过滤材料是制作滤袋的主要材料,它的性能和质量是促进袋式除尘技术进步,影响其应用范围和使用寿命。2袋式除尘器布袋及其发展

随着环境保护的要求日益增强,对布袋的过滤效率、使用寿命,要求也越来越高,这就导致布袋的织物结构与表面处理技术的进步。因而袋式除尘器布袋的发展,主要是围绕材质、织物结构、表面处理技术这三方面来进行。

二、袋式除尘器布袋及其发展

2. 1布袋材质及织物结构

20世纪50年代以前,过滤材料主要是棉、毛等天然纤维,存在使用温度低、吸湿率高、不耐酸等缺陷,除在某些常温条件下,现己很少使用。布袋材质的发展是向使用温度高、吸湿率低、耐腐蚀等方面发展,先后出现了玻璃纤维、芳香族聚酸胺、聚四氟乙烯(PTFE)等为材质的性能优良的布袋。

布袋织物结构由二维结构的织布发展成三维交错随机排列针刺。这种三维结构无直通孔隙,透气性高,容尘量大,过滤效率大大提高。以抚顺产业用布厂的涤纶针刺毡与729滤布相比,可以看出,针刺毡的过滤性能明显优于布袋,在相同的使用条件下,其过滤风速一可以提高一倍,即同等过滤面积,可以处理更多的废气量,布袋的寿命也更长。

2. 2布袋的处理方法

布袋经过处理,可改善布袋的物理化学性能和清灰功能,提高过滤效率。热熔延压表面处理,也称烫毛处理。对于针刺毡,在滤尘面进行热熔延压,表面光滑,表面孔隙变小,有利于清灰剥离,提高收尘率,降低阻力。

预涂层处理,即将配制好的粉剂,用特殊工艺容进已缝制好的滤袋布袋内部,再用勃结剂固定,达到滤袋未使用前就已具有高效收尘的能力。经预涂层处理后的滤袋在使用前形成了稳定的粉尘初层,比自然形成的粉尘初层有两方面的优越性012,13]:一是预涂层在形成粉尘初层方面,可以选择透气性好、不易结块的粉剂,甚至可以选用阻燃、抗静电粉剂,容尘量也可控制,并且比自然形成粉尘初层过程的时间短,克服了新布袋前期除尘效率不高的弊病;二是在粉尘初层稳定性方面,预涂层的粉剂经勃结剂固定,稳定性好,这样可以降低压力波动对稳定生产的不利影响。但顶涂层技术的缺点在于:随着反冲洗的次数增加,预涂层有可能会从布袋表面被冲脱,从而影响布袋的使用寿命。

表面覆膜处理,即在布袋表面喷涂事先制成薄膜,覆盖于布袋表面。美国戈尔公司在20世纪70年代就已制成膨体聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜,称之为Core一Text薄膜,可以覆盖在不同的布袋上(布或毡均可),制成覆膜布袋。由于PTFE化学稳定性好,摩擦系数小,表面光滑,可用于250~300℃高温,膜表面微孔化,接近于真正的表面过滤,粉尘不能进入布袋的内部,不需要建立常规布袋需要的过滤粉尘层。薄膜就完全代替了该粉尘层。其过滤效率可以从高效过滤材料的99. 99%提高到99 . 999。当前欧美许多行业排放标准定为10一20 mg/m3耐,采用薄膜布袋是完全可以做到的。薄膜布袋是采用膜分离技术,使布袋产生一个质的飞跃,实现了真正的表面过滤,阻力大大降低,节约了能源,在环保要求越来越高的地区,日益受到广泛的应用。

由于国内目前的袋式除尘器相当大的一部分采用针刺毡材料等传统布袋,属于深层过滤,即依靠截留在过滤材料上的微尘颗粒层进行分离,一般存在着过滤阻力大、反冲洗频率高等问题,使得袋式除尘器的寿命比较短,操作相对困难。兼之袋式除尘器的价格比较高,操作过程中与反冲洗后的压力波动比较大等,这些因素都极大地限制着袋式除尘器在工业生产中的应用。国外现在是通过表面过滤技术来克服上述问题的,在美国燃煤电厂袋式除尘器使用覆膜布袋(表面过滤技术)的比例已达85% 。表面过滤技术是指粉尘不透入布袋内,而全部沉积在布袋表面的过滤技术。

2 . 3  ePTFE覆膜布袋特点

从上述PTFE材质物化性质及表面过滤特点分析可知,ePTFE覆膜布袋具有如下特点:(1)表面过滤,过滤阻力小,粉尘层易剥落,解决了深层过滤不能解决的问题;

制膜工艺能使孔径控制在0. 2一3 um之间,能够迅速有效地截留以微米计算的超细粉尘;

清灰后不改变孔隙率,除尘效率一直很高,几乎可达到零排放;

由于ePTFE微孔膜表面光滑,不结露,易清灰,清灰后不改变空隙率,因此在覆膜布袋投入运行后,压力损失低且不随使用时间的延长而增大;

滤袋使用寿命长。某水泥厂采用针刺毡布袋与ePTFE覆膜布袋运行前后情况对比情况见表3仁l‘」。可以明显看出,选用ePTFE覆膜布袋在过滤风速、处理风量、压力损失、滤袋寿命及产量、节约能源等方面都优于其他针刺毡布袋。

三、袋式除尘器在中国燃煤电厂的应用

3. 1中国燃煤电厂除尘技术现状

中国燃煤电厂从20世纪70年代末到80年代初开始引进静电除尘器,并逐步在全国范围推广。截U到1995年底,电除尘器使用率巳达55. 13%且每年以4%–5%的幅度增长。但其除尘效率受多种因素的影响,如供电电源及其控制系统。要控制的烟气温度、烟气流速、烟气成分及灰的特性、化学成分、含硫量等各项指标与日益严格的环保要求相比,仍然存在着较大的差距。中国幅员辽阔,煤种复杂,各燃煤电厂的锅炉运行条件差别也很大,采用电除尘器无法适应各种工况的烟气除尘,保证不了烟尘达标排放,这就给袋式除尘器提供了一个新的应用领域。

20世纪90年代初,中国曾在凡个小型的燃煤机组中采用了袋式除尘器,由于当时客观条件的限制,没有坚持下来。原因主要是袋式除尘器整体水平还比较落后,性能可靠的大型脉冲反吹袋式除尘器还没有开发出来,也没有适合燃煤电厂的强度好、耐高温、耐腐蚀、寿命长的布袋;国产的脉冲阀也不过关,寿命短;其他部件的加工和安装也不甚精良:加上对袋式除尘器的认识和使用经验不够,所以才出现“烧袋”、“糊袋”、“漏袋”、“卡死”和“清灰不灵”等现象。

近十年来,袋式除尘器发展很快,尤其是大型袋式除尘器的出现,新的布袋和新的脉冲阀的开发,使袋式除尘器更加安全可靠,不仅比电除尘器的除尘效率高,而且受粉尘特性和烟气成分的影响也很小。相信不久的将来,性能可靠的大型脉冲袋式除尘器一定能够在燃煤电厂得到推广和应用。

3. 2市场潜力巨大

国外燃煤电厂早已普及推广袋式除尘技术,日本1996年袋式除尘器产值己达353.44亿日元。国内尚未推广,关键在于袋式除尘滤材使用寿命达不到要求。按国外1992年的水平,燃煤电厂袋式除尘滤材使用寿命高达5–6年。有关权威人士认为:如果国内燃煤电厂使用的袋式除尘器配套的滤材寿命为3年,则就有推广价值:我国火力发电有2X10kW装机容量,按1kW装机容量使用滤材0. 8澎计算,如有50%机组使用袋式除尘器,则其配套的滤材需用量将达8*107m2,仅此项用量就相当可观。1997年我国袋式除尘器产值己达12.92亿元,合纤过滤材料6X10耐左右。这说明我国袋式除尘器产值发展较快且市场潜力非常。

四、结语

由以上分析可知,袋式除尘器及其使用和发展上具有广阔的应用前景。

袋式除尘器不受烟气的含尘浓度、颗粒分散度、比电阻等性质的影响;负荷的变化、烟气量的波动对袋式除尘器的影响也很小;除尘效率可高达99 .99%·

袋式除尘器技术正向大型化发展,特别是欧美等发达国家的袋式除尘器单台过滤面积能超过10000讨,而中国在袋式除尘器大型化上还需努力。

覆膜布袋技术已经开始研究并应用,其利用表面过滤技术,性能更优,国外己经开始使用,中国这方面技术发展较慢,应迅速提高。

中国燃煤电厂使用袋式除尘器率虽还不高,但市场潜力巨大。