袋式除尘器的除尘特性分析

李 贞，曹辰雨，任建兴，杨涌文，李芳芹，吴 江

(上海电力学院能源与机械工程学院，上海 200090)

目前我国的能源结构决定了燃煤电厂在电力行业中的重要地位.据统计，2011年1月至12月，全国发电量达 4.6×1012kWh，同比增长11.98%，其中火力发电量达3.8 ×1012kWh，占总发电量的82.8%.火电厂燃煤产生的烟尘所造成的煤烟型污染已成为我国大气污染的主要来源之一，随着环保意识的不断增强，国家对大气污染物烟尘的排放要求也越来越严格，这就迫使电力企业采用环保措施，减少大气污染.

在除尘技术的发展过程中，袋式除尘设备是被公认的治理大气污染物烟尘排放的高效除尘设备.袋式除尘器的优点是运行稳定，应用范围广泛，除尘效率高，能够满足国家颁布实施的新标准《火电厂大气污染物排放标准》GB 13223—2011的要求.正是由于袋式除尘器的上述优点，已在众多企业中得到了广泛应用.

1 袋式除尘器的结构与工作原理

1.1 袋式除尘器的结构

袋式除尘器也称为过滤式除尘器［1］，是一种干式高效除尘器，是利用有机纤维或无机纤维编织物制作的袋式过滤元件将含尘气体中固体颗粒物滤出的除尘设备，用于捕集非粘结性、非纤维性的工业粉尘.

按其清灰方式的不同，袋式除尘器可分为振动式、气环反吹式、脉冲式、声波式和复合式5种类型［2］.现以振动式袋式除尘器为例来介绍其结构，图1为振动式袋式除尘器的结构简图［2］.

图1 袋式除尘器结构示意

1.2 袋式除尘器的工作原理

袋式除尘器的工作原理是利用纤维编制物制成网袋，当含有颗粒物的介质通过滤袋时，颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等物理作用，使颗粒物被分离除去.当含尘烟气由袋式除尘器进风口进入时，烟尘颗粒被机械地收集在滤袋上，过滤可发生在滤袋的纤维上，也可发生于附着在滤袋表层的灰层上，经滤袋及表层灰层过滤后的清洁烟气通过排风口排入大气.图2为袋式除尘器的工作原理示意［3］.

图2 袋式除尘器的工作原理

由图2可知，袋式除尘器的工作过程分为两个阶段:一是滤尘过程;二是清灰过程.其工作过程为:含尘气流从袋式除尘器下部进入圆筒型滤袋，在通过滤料的微孔时，粉尘因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截，捕集在滤袋上，这时透过滤袋的清洁气体由排气口排出，而沉积在滤袋上的粉尘，通过机械振动力的作用从滤料表面脱落进入灰斗.常用滤袋的网孔为20～50 μm.在过滤过程中，粉尘因截留、碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘层.粉尘层形成后，可成为袋式除尘器的主要过滤层，由此提高了除尘效率.

2 袋式除尘器的除尘特性

2.1 影响除尘器除尘特性的主要因素

根据袋式除尘器的原理与工作过程，影响除尘器的主要因素有以下几个方面.

2.1.1 除尘器滤袋的品质

滤袋的品质是影响袋式除尘器除尘效率的关键，对袋式除尘器滤袋材质的要求，除性能良好的滤布和特定的致密度和透气性外，还应有良好的耐腐蚀性、耐热性及较高的机械强度.发电厂烟气排放温度一般控制在120～160℃，通常采用聚苯硫醚PPS材质的滤袋［4-6］.但在实际使用中，聚苯硫醚PPS受锅炉运行时氧含量的影响较大，烟气含氧量及温度对PPS滤料使用寿命有直接的影响.因此，烟气含氧量是决定除尘器滤袋工作寿命的主要因素之一.

2.1.2 过滤风速的选择

过滤风速［7，8］实际上是指气体通过滤布时的平均速度，代表了袋式除尘器处理气体的能力，是袋式除尘器的一个重要的技术经济指标.如果过滤风速过高，滤袋寿命就会缩短;如果过滤风速过低，投资成本就会提高，因此需要合理地选择过滤风速.根据国内外实际运行经验，过滤风速应控制在1.0 m/min左右，使用聚苯硫醚PPS材质，可以保证滤袋使用寿命达30 000 h，而对于高粉尘浓度的袋式除尘器，其过滤风速一般在 0.8 m/min以下.这对气流均匀分布及延长滤袋寿命较为有利.

过滤风速的控制范围:涤纶滤料一般为0.6～1.0 m/min，玻璃纤维滤料一般为 0.4 ～ 0.5 m/min.

2.1.3 袋式除尘器运行阻力

根据理论计算，袋式除尘器除尘效率可达99%.但在实际运行中，会受到除尘器漏风和阻力的影响.漏风率越低，除尘效果越好;阻力减小，除尘效果提高.袋式除尘器阻力与喷吹压力有关，喷吹压力越大，喷吹到滤袋内和所诱导的空气量越多，产生的反吹风速就越大，清灰效果越好，除尘器的阻力下降越明显［9］.图3为不同喷吹压力下除尘器阻力与过滤风速的关系.

图3 袋式除尘器阻力与滤速的关系

从图3中可以看出，随着喷吹压力的增加，除尘器阻力随过滤风速的增加而增加，但增加的速率越来越缓慢.因此，在一定范围内，增大喷吹压力可以减小除尘器的运行阻力.

2.1.4 介质温度

当介质温度升高超出滤袋工作范围时，滤袋的除尘性能将逐渐发生改变，如脆化、表面收缩、变形、透气等，严重时会出现“烧袋”，使滤袋受到损坏，除尘性能急剧下降.

2.1.5 滤袋结露

结露是袋式除尘器运行中最常见的问题.介质中的水分是影响滤袋结露的最主要的因素，尤其是在处理高温介质时，当滤袋发生结露，滤袋表面的初始粉尘层将含有水分，水分使滤袋表面粘结、板结，从而加速滤袋的腐蚀和损坏，导致滤袋失去弹性，不能正常工作.

除尘器滤袋的品质、过滤风速的选择，以及袋式除尘器的运行阻力、介质温度、滤袋结露等不仅会影响除尘效率，还会影响除尘性能，妨碍布袋除尘器的正常工作.

2.2 袋式除尘器的除尘性能

袋式除尘器与静电除尘器相比，其除尘效率基本不受粉尘的比电阻、浓度、粒度等因素的影响，锅炉负荷的变化和烟气量波动对布袋除尘器除尘效率的影响不大，袋式除尘器对微细烟尘的捕集率一般可达99.9% 以上，并同时具有除尘效率高、占地面积小、投资费用少、耗电量小等优点.

袋式除尘器不仅可实现对燃煤排放颗粒物的控制，而且还可捕集一定量的SO2等有害气体，除去烟气中的颗粒态重金属Hg.

袋式除尘器虽然具有上述优点，但也存在着明显的不足［10］:

(1)运行阻力较大 一般压力损失为1 000～1 500 Pa，这对除尘器后的引风机功率要求较高;

(2)运行成本较高 主要是指滤袋费用高，低温时要防结露防腐蚀;

(3)受进口粉尘浓度影响较大 除尘器进口粉尘浓度将影响滤袋的使用寿命及除尘器的运行阻力，当除尘器进口粉尘浓度过高时，滤袋阻力上升速度加快，清灰频率升高，压缩空气消耗增大，除尘效率降低.

3 采取的技术措施

燃煤电厂烟气除尘是整个燃煤发电过程中的一个重要环节，在袋式除尘器用于燃煤电厂烟气除尘时，必须要了解袋式除尘器的除尘性能，并采取相应的措施，以确保其具有高可靠性，即运行稳定、可靠、滤袋使用寿命长，提高除尘效率.因此，保证经济高效运行是袋式除尘器技术进步的发展方向.

3.1 提高滤料产品质量

滤袋材料和滤袋织造技术直接影响滤布和滤袋的质量，影响使用寿命和运行费用，并进而影响布袋除尘器的除尘效率，影响粉尘的排放浓度.因此，精选原料，提高滤袋材料和滤袋织造工艺水平，是提高布袋除尘器除尘效率的关键［11，12］.

3.2 设置旁路保护

旁路保护是在布袋除尘器的进出口烟道处设旁路阀门.当烟温超过滤袋所能承受的温度范围时，或滤袋压差大于设定值又不能控制时，自动打开旁路阀门，关闭布袋除尘器的进出口阀门，这时烟气直接经过引风机排出.设置旁路阀门的目的是在特定情况下起到对布袋除尘器的有效保护作用，使布袋除尘器能够维持较高的除尘效率.

3.3 选择进风方式

目前含尘气流的进风方式主要有两种，即下进风和侧进风［13，14］.下进风方式是指含尘气流从布袋除尘器下方灰斗进入，通过滤袋净化后从除尘器顶部排出.这种进风方式的含尘气流运动方向和颗粒物的沉降方向相反，主要特点如下:

(1)含尘气流进入下方灰斗后，粗颗粒烟尘直接沉降，通常只有小于0.3 μm的细小颗粒物接触滤袋，减少了颗粒物对滤袋的磨损，延长了滤袋的使用寿命，同时也延长了滤袋清灰的时间间隔;

(2)含尘气流与颗粒物沉降方向相反不但阻碍了烟尘颗粒物的沉降，而且在反吹时容易使滤袋内部清除下来的烟尘还未全部沉降到灰斗之前又被吹回到滤袋上方，影响了布袋除尘器的除尘效率.

侧进风方式是指含尘气流进入烟道进口后，再经过烟气分配装置侧向进气.选择这种方式时，烟气分配器对大粒径的烟尘进行粗分离，避免了含尘气体对滤袋的直接冲刷，能够进一步提高整个除尘器的除尘效率.由于是侧向进气，所产生的气流上升速度较慢.当粉尘从除尘器顶部坠落到底部时，再次被带走的可能性，以及压力损失等明显减小，从而使运行能耗降低，除尘效率提高.

4 结语

袋式除尘器运行阻力大，滤袋维护费用高，运行成本较大，但其除尘效率基本不受粉尘的比电阻、浓度、粒度等因素的影响，锅炉负荷的变化、烟气量的波动对布袋除尘器出口排放浓度的影响较小，且除尘效率高，能满足国家最新颁布的环保标准，运行稳定，因而在电厂除尘设备中占有主导地位.相信在“节能减排”的总目标下，只要改善布袋除尘器的除尘性能，布袋除尘器在电厂的应用将会更加广泛.

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