濾筒及褶皺濾袋在電站鍋爐袋除塵器應用趨勢與展望
摘要：文章通過濾筒、褶皺濾袋與常規應用的圓袋、扁袋進行對比，結合近年來煤電領域布袋除塵器改造應用濾筒、褶皺濾袋的案例，討論未來電站鍋爐大型布袋除塵器向濾筒、褶皺濾袋發展的趨勢與展望。
1引言
2001年12月28日，內蒙古豐泰發電有限公司2×200MW機組1#袋式除塵器投產運行以后，標志著我國火力發電領域長期被電除塵器100%壟斷的局面徹底結束，同時借助這個局面的突破，國產濾袋技術也從使用壽命短、阻力大、工況適應性差、破袋率高及檢修維護環境惡劣等無法勝任火力發電機組運行的困境中實現突破，促成至今濾袋除塵器，包括電袋除塵器，廣泛的應用于我國火力發電廠的各類型鍋爐機組煙氣除塵的設備配套中。
與上述歷史類似，在2014年以前，我國電站鍋爐布袋除塵器配套濾袋型式，100%的被圓袋和扁袋壟斷，而濾筒式濾袋和褶皺濾袋同樣由于壽命短、清灰效果差、溫度適應性差、破袋率高及檢修維護環境惡劣、過濾風速偏低等原因，造成濾筒和褶皺濾袋只適用于小容量除塵器，無法應用于電站鍋爐煙氣處理。然而濾筒式濾袋和褶皺濾袋在水泥、建材、冶金、食品、化工等領域的發展始終沒有停止。2015年以來，伴隨長度2米以上大型濾筒技術的發展以及褶皺濾袋自主研發技術的日益成熟，濾筒式濾袋和褶皺濾袋逐步滿足了火電廠鍋爐機組大風量煙氣除塵的應用條件，并且已經開始在電站鍋爐除塵中得到應用。
2濾筒式濾袋除塵器
2.1國內外動態
濾筒式除塵器早在20世紀70年代就已經在歐美和日本一些國家出現，其具有體積小，效率高，投資省，易維護等優點。在濾筒式除塵器出現的很長一段時間內，由于濾筒及設備容量小，難組合成大風量設備，過濾風速偏低，應用范圍窄，僅在小型化的倉儲設備除塵中得到應用。最近十年來，伴隨新技術、新材料、新工藝的發展，以美國GE-BHA畢威、丹麥諾蒂克NORDIC等公司為代表，經過對濾筒結構和濾料進行優化和改進，使濾筒除塵器解決了難以大型化的瓶頸，逐步廣泛地應用到了水泥、鋼鐵、電力等大型化的工業領域。目前，濾筒式除塵器已經是解決傳統濾袋除塵器對超細粉塵收集難、過濾風速高、清灰效果差、濾袋易磨損破漏、運行成本高的有效替代方案之一。
國內在引進消化吸收國外先進技術的同時，在水泥、鋼鐵等大型化煙氣除塵領域，已經完成濾筒技術國產化的發展與完善。2016年以無錫三維絲、無錫特瑞環承擔的承德熱力公司的熱電機組布袋除塵器改造、長沙熱電廠電袋除塵器改造均取得良好效果，這兩個改造項目，同時起到了濾筒技術在電站鍋爐除塵器應用的良好示范作用。
2.2濾筒性能簡介
濾筒式濾袋相對于普通濾袋最大的優勢是在更小空間內，具有更大的過濾面積和更高的過濾精度。以Φ160×2000mm的濾筒和普通濾袋進行比較結果見圖1：
圖1濾筒和普通濾袋進行比較結果
濾筒式濾袋采用耐高溫粘合技術及PTFE表面覆膜處理，運行溫度可以達到232℃。與傳統濾袋相比濾筒的優點如下：
Ø褶式濾筒在同樣的安裝空間內可增加過濾面積3-5倍，空間占用少，除塵器體積、重量以及配套基礎均大幅減小，具有更好的市場競爭力。
Ø可減小過濾風速，提高處理煙氣量，對鍋爐因煤質變化帶來的煙氣量異常變化具有更好的適用性。由于可有效的控制煙氣阻力波動，降低機組滿負荷時煙氣阻力或減少噴吹壓縮空氣動力消耗，這就相應起到更好的節能降耗的效果。
Ø濾筒整體作為一個部件，沒有濾袋、袋籠的現場組合安裝工作量，安裝、檢修、維護方便，安裝進度、質量容易控制。
Ø由于過濾風速小，壓差低（通常可控制在1000Pa以內），同時因濾筒長度短，濾筒下具有較大的粉塵沉降空間，除塵器內氣流分布要明顯優于常規濾袋除塵器，濾筒使用壽命也就具有更好的保障條件。
2.3應用情況
2016年無錫三維絲過濾技術有限公司對河北承德熱力公司一臺50MW循環流化床鍋爐機組配套布袋除塵器完成改造，至今運行良好。河北承德熱力公司機組產能擴容需求，循環流化床鍋爐主蒸汽流量從最初的150t/h增加至190t/h。但原有濾袋除塵器在整個供暖期間超負荷運行，并最終導致除塵器壓差過高，鍋爐內出現爐內正壓的工況。
由于原除塵設備設計偏小，且場地沒有空間增加除塵器艙室，為了提高產能擴容后除塵設備處理能力以及降低設備阻力，經過多方面論證，采取了除塵器結構不做變動，將原有常規圓形濾袋全部更換為具有更高過濾面積的濾筒的除塵器增容改造方式。改造前布袋除塵器參數見表1，改造后布袋除塵器參數見表2。
表1河北承德熱力公司除塵器改造前技術參數
表2河北承德熱力公司除塵器改造后技術參數
改造完成后，分別記錄了在鍋爐滿負荷和低負荷狀態下的除塵器壓差情況，并與同樣負荷下的使用濾袋時的設備壓差進行對比，結果表明：
（1）在鍋爐產氣量為180t/h時，使用濾筒較濾袋的壓差從927Pa下降到759Pa，下降約18%；
（2）在鍋爐產氣量為120t/h時，濾筒較濾袋的壓差從719Pa下降到482Pa，壓差下降約33%。
改造后經濟性對比，據無錫三維絲核算，采用原配套圓袋改造預計費用90～120萬元，用濾筒改造后實際費用70萬元，經濟效益明顯。
3褶皺濾袋除塵器
3.1國內外動態
褶皺式濾袋的技術出發點與褶皺濾筒是相同的，與濾筒研發與應用不同，我國在褶皺濾袋的研發與應用方面是和國際上幾乎同步的。因此在褶皺濾袋應用上，國內不少的企業具有自主知識產權的專利，比如江蘇水碧天藍節能環保科技有限公司的皺褶式星形濾袋、袋籠專利；張家港艾爾環保設備有限公司的褶皺式布袋除塵器專利等。
國內早期自主研發的褶皺式濾袋，因為濾袋結構、濾料材料、袋籠結構、清灰效果和清灰壓力、煙氣濕度等種種因素，時常存在清灰困難，或者確保清灰后，濾袋壽命又變差的兩難困境。同時因為對粉塵粘性、粉塵濃度適應性差的因素，造成褶皺式濾袋存在很大的應用局限性。近年來通過細致研究，對濾袋結構、褶皺角度、濾料材料、袋籠結構、清灰參數等有了更深的認識，褶皺式濾袋技術有了很大提高與發展，使褶皺式濾袋除塵器逐步解決了一些關鍵的應用瓶頸，且已經廣泛地應用于水泥、鋼鐵等大型化除塵設備的工業領域，褶皺式濾袋也已經是替代傳統濾袋解決過濾風速高、運行成本高的方案選擇之一。2014年張家港艾爾環保設備有限公司褶皺式濾袋已經成功應用于國電赤峰化工有限公司自備電廠布袋除塵器改造項目。另外，國內紹興皋埠熱電160t/h循環流化床鍋爐除塵器提效改造項目也應用了褶皺濾袋技術。
3.2褶皺濾袋性能簡介
褶皺式濾袋在現有布袋除塵器改造應用方面，采取合理的濾袋設計措施，可以直接替代除塵器現有圓（橢圓）濾袋和袋籠而無需對主體設備做結構性改造，一般在同等體積下，可選擇增加過濾面積50-80%。在新建項目中，同等體積下與圓（橢圓）濾袋對比，可增加過濾面積150%左右。如果按照需要可在增加過濾面積的同時,縮短布袋長度，并對系統運行優化，可降低壓縮空氣用量和空壓機、脈沖閥的負荷。褶皺濾袋和袋籠結構與安裝方式如圖2所示。
圖2褶皺濾袋和袋籠結構與安裝方式
褶皺濾袋相對于普通濾袋的優點如下：
Ø在改造項目中，通過合理設計褶皺濾袋幾何尺寸，可以直接替代傳統袋式除塵器的現有濾袋，無需對除塵設備主體結構做改造，更換后過濾面積可增加50-80%，進而降低清灰頻率或延長消灰間隔，降低系統壓力差，提高系統整體性能和濾袋使用壽命。
Ø由于除塵器過濾面積的增加，除塵器濾袋間氣流上升速度下降，再加上不同于傳統濾袋的袋間特殊結構，促進脈沖清灰的效果，除塵器再線清灰的效率得到進一步提高。
Ø濾袋和袋籠采用特殊設計，袋籠沒有橫向支撐環，消除了袋籠對濾袋的橫向沖擊力，降低因脈沖噴吹引起的疲勞損傷和間歇性排放。
Ø對于改造項目可根據實際需要，在增加過濾面積的同時，縮短濾袋長度，并對系統運行優化，降低壓縮空氣用量和空壓機、脈沖閥的負荷。
Ø褶皺式濾袋除塵器與傳統袋式除塵器對比，可以降低鍋爐引風機負荷，對鍋爐系統節能降耗效果顯著。
Ø在新建項目中，同等體積下與圓（橢圓）濾袋對比，可增加過濾面積150%左右。
3.3工程應用情況
2014年南京沃禾環保科技有限公司對紹興皋埠熱電有限公司160t/h循環流化床鍋爐除塵器進行了更換褶皺式濾袋的提效改造。紹興皋埠熱電160t/h循環流化床鍋爐原配套脈沖行噴吹布袋除塵器，該除塵器2004年建成投產，至改造時壽命已達10年，由于環保標準、節能指標的變化，要想將原設計的50mg/Nm3排放，降低到20mg/Nm3以下，同時不給系統能耗和阻力帶來影響，如果采用對除塵器本體進行加寬、加長或加高等改造方式，在增大除塵器過濾面積的同時，還要將濾袋整體更換為過濾精度更高的濾料，并采用表面摻混超細纖維或表面涂層等方式，這樣改造工作量就很大，工期也長，且投資費用大，現有煙氣系統也較難適應。為解決這一困擾，南京沃禾環保科技有限公司采用褶皺式濾袋對原有的袋式除塵器進行擴容改造，將原有圓形濾袋全部更換成長度4000mm，材質PPS+超細纖維的褶皺式濾袋，除塵器過濾面積由原來的4550m2增加至6080m2，增加了30%，袋籠使用褶皺式濾袋專用的八爪型袋籠。褶皺式濾袋根據原有花板孔設計，褶皺式濾袋縮短后，原有脈沖閥控制清灰面積為56m2，滿足褶皺式濾袋的清灰要求。改造后除塵器參數見表3。
表3除塵器改造后技術參數
經濟性對比方面，據南京沃禾環保核算，采用箱體加高方案投資費用為183.8萬元；而采用褶皺式濾袋方案投資費用為141.5萬元，相比箱體加高方案可節省投資42.3萬元，此還未計引風機、脈沖閥運行的節能費用。
4前景展望及需要注意的技術問題
目前，濾筒和褶皺濾袋在國內煙氣除塵領域應用，還主要是水泥、鋼鐵等行業，電站鍋爐布袋除塵器上應用還非常少，少數開展應用的也以300MW以下的小型機組改造為主，新建項目以及大型機組方面的應用，還處于應用研究階段。在《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）的帶動下，“十二五”期間，我國電站鍋爐配套了一定數量的布袋除塵器和電袋除塵器。進入“十三五”以來，在《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》（環發[2015]164號）以及《火電廠污染防治可行技術指南》（HJ2301-2017）的驅動下，更高除塵效率的高精過濾濾袋研發與應用，發展速度也非常迅速，但高精過濾濾袋除塵器的特性，首要的是要求低過濾風速，假如仍然應用傳統形狀與結構的濾袋，那么在電站鍋爐配套布袋除塵器，在與傳統布袋除塵器應用同類條件下，將會設計出比其空間結構更大的布袋除塵器，清灰控制也增加更多的環節，這些顯然會是新技術發展中的新問題。另外，“十二五”期間裝備的布袋與電袋除塵器的提效升級改造，也會同樣面臨類似的增大除塵器本體結構的難題，而濾筒和褶皺濾袋在解決這些難題方面具有巨大的優勢，因此，濾筒和褶皺濾袋在新的環保形勢下，具有非常好的應用前景。
從美國、德國、日本等國家的濾袋除塵器發展情況看，濾筒式布袋除塵器不僅廣泛用于水泥、鋼鐵等行業，而且在電站鍋爐機組上也已經應用。
已有的應用經驗表明，濾筒和褶皺濾袋的應用需要注意煙氣粉塵特性與濾筒或褶皺濾袋夾角的關系，對于一些煙氣濕度大、粉塵吸附性強、粘性大的工況，濾筒和褶皺濾袋應慎重使用。在屬于濾筒和褶皺濾袋可應用的范圍內，不同的煙氣濕度、粉塵吸附性、粘性等對應的褶皺夾角，是應用中需要注意的一個重要問題，特別是電站鍋爐普遍采用在線清灰方式下，褶皺夾角應趨向選擇較大的夾角，切勿盲目追求過大的過濾面積。
此外，濾筒和褶皺濾袋應用中濾袋的合理長度以及濾袋間的合理間距，也是與普通濾袋有所不同的，這在新建項目中應予以重視。對于改造項目，由于上述眾多因素的影響，并不是簡單的濾筒和褶皺濾袋替代傳統濾袋的關系，最佳的選擇應該是根據原有除塵器結構與參數，合理選擇濾筒和褶皺濾袋，特殊情況下應考慮針對實際情況，定制滿足實際要求的濾筒和褶皺濾袋。
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