燃煤电厂对过滤材料的要求及其解决方案

费传军，郭晓蓓，白耀宗，徐 涛

(中材科技膜材料公司，江苏 南京 210012)

0 引言

目前，国家对环保要求日益严格，工业烟尘治理变得尤为重要。在2011年国家颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2011)要求燃煤电厂烟尘排放浓度实行小于30 mg/m3的控制标准，长江、珠江三角洲以及京津冀地区等重点地区烟尘排放浓度控制在20 mg/m3以下，另外还增加了汞的控制和PM2.5微细颗粒指标。

为了满足标准要求，减少大气污染，提高人民健康水平，势必要发展高效的除尘器。电除尘器和袋式除尘器均属高效除尘，各有优缺点，但要达到烟尘排放浓度低于30 mg/m3，电除尘需要大规模地增加投资和场地，在维护工作量及费用上均比袋式除尘器大得多。而且电除尘器对煤种、锅炉的燃烧方式和烟尘物化特性很敏感而影响除尘效率，袋式除尘器从技术经济分析也有明显优势，所以，近两年来逐渐增多，特别是老电厂改造更为明显，因此，袋式除尘器成为今后燃煤电厂除尘的必然趋势［1］。

1 燃煤电厂对过滤材料的要求

袋式除尘器的除尘效率高、捕集粒径范围大，是目前国内外治理工业粉尘和烟尘最有效的技术设备之一，因此，近年来袋式除尘技术在工业领域中应用越来越广泛。而袋式除尘器的发展和推广应用的关键之一就是滤料的发展。

由于我国电力构成以煤电为主(约占总发电量的80%)，而我国煤炭资源分布的区域广泛，煤炭的种类、成分、质量相差较大，即使同台锅炉燃用同种煤炭，由于受多种因素的影响也可能发生变化。电厂燃煤锅炉烟气的主要特征是含SOx，偏酸性。另外，燃煤锅炉烟气中含有氧和氮氧化物。

燃煤锅炉中烟尘灰份为碱性物质，易潮解，当烟气中水蒸汽含量过高时，碱性物质易在滤料表面潮解而腐蚀滤料。

当烟气温度过高时，除了滤料本身材质的强度会降低，烟气中的腐蚀性气体，如强氧化型气体也更容易与滤料发生化学反应［2］，因此必须根据烟气的特点选择滤料。

2 燃煤电厂袋式除尘器滤料解决方案

在燃煤电厂袋式除尘器中，聚苯硫醚纤维是被公认使用的滤料。但袋式除尘应用在我国电厂中的时间还比较短，由于对工况条件的分析不足，导致我国电厂袋式除尘出现不少问题。主要表现为PPS滤袋被严重氧化及硝化酸腐蚀。原因是受到高浓度的烟气氧化成份如NO2和H2SO4气溶胶造成酸损伤等的共同作用而失效破损以及结露，有板结，滤袋受酸、碱及氧化腐蚀失效等。

造成这些情况产生的原因主要是由于我国燃煤锅炉烟气成分和工况条件比较特殊。国内燃煤品种繁多，燃烧不完全，以及工况温度不稳定等因素导致燃煤锅炉烟气高温、高浓度、烟气成分复杂等特征，这些给除尘滤料带来很大难题。因此探求适合我国现状的滤料技术是解决当前袋式除尘在电厂中应用难题的有效途径之一［3］。

电厂烟气温度一般在120～160 ℃之间，适合在这种温度段使用的只有PTFE 纤维、聚酰亚胺(PI)纤维、KEMEL 纤维、芳香族聚酰胺纤维(PMIA)、聚苯硫醚(PPS)纤维等合成纤维及以玻璃纤维为代表的无机纤维。玻璃纤维目前是滤料中应用最广的无机纤维。玻璃纤维滤料最大的特点就是耐高温，使用温度在230～280℃之间，另外还具有吸湿性、延伸率小、抗拉强度大、过滤性好、阻力低、价格比其他无机纤维低等优点。缺点是玻璃纤维较脆、抗弯性差、不耐磨、不能处理含HF 气体的烟尘。

各合成纤维耐温及耐化学性能、耐水解性能如图1及图2所示。从图1、图2可以看出，PPS 纤维及PTFE 纤维的耐化学性能、耐水解最好，电厂一般选择性能价格比较好的PPS 纤维，但其抗氧化性能较差。PTFE 纤维耐温及耐化学性能优异，但由其做成的滤料由于纤维之间的抱和力弱，经常会发生透滤现象。聚酰亚胺纤维耐温高，其耐酸性能较其他化学纤维较好，在电厂滤料中也经常使用。KEMEL纤维、芳香族聚酰胺纤维(PMIA)由于其耐酸性相对较差，在实际工况中较少使用。

图1 合成纤维耐温及耐化学性能

图2 各种纤维的耐水解性能

根据电厂燃煤锅炉的特点，目前设计的过滤材料解决方案由以下几种:

(1)采用PPS 纤维为主体材料、面层加入P84纤维，基布采用PTFE 的复合滤料

考虑到烟气设计运行温度在120～160 ℃之间，这是PPS 所能承受的温度，并且在这个温度区间内PPS 有良好的耐腐蚀性能，并能把氧化作用降低。因此可以采用PPS 作为主体材料，其主要作用是为材料提供长久的强度支持。在目前纤维当中，同等重量条件下，过滤效率最高的纤维是P84 纤维，这主要是由于P84 纤维具有三叶形不规则界面，提高了纤维的表面积，使其能够更有效的拦截细小的粉尘颗粒。而且P84 纤维的耐温性能，耐氧化性能等方面都高于PPS 纤维，因此在使用过程中也不需要担心它因为腐蚀等原因使滤料失效。但由于该纤维价格昂贵，如果采用该纤维作为主体使用寿命不会延长太多，但成本上升较大，因此在滤袋的迎尘面采用PPS 加入P84 的方法以提高滤料的过滤性能。之所以只在迎尘面采用P84 是因为，过滤作用主要发生在滤袋的迎尘面，而迎尘面对粉尘的拦截起到至关重要的作用，当迎尘面拦截大量细小粉尘形成滤饼层后，可以对微米级的细小颗粒进行有效的拦截以达到提高过滤效率的目的。由于滤料的强度主要来源于基布，基布采用PTFE，可以增强整个滤料的抗腐蚀性能，特别是耐氧化性能。

另外，滤料在后处理工序中采用PTFE 浸渍处理，可以一定程度上提高产品的耐腐蚀性能，从而达到延长寿命的目的;另一方面，经过浸渍处理后的滤料表面更加光滑，使粉尘更容易从滤料表面脱落，以达到近于表面过滤的目的，而且浸渍处理在充分保证了滤料空隙率的同时又大大减小了空隙直径，为过滤更加精细的粉尘颗粒提供了可能。

(2)设计特殊的玻璃纤维覆膜滤料

目前市场上使用的玻璃纤维分为中碱玻璃纤维及无碱玻璃纤维，中碱玻璃纤维含碱量较高，耐水解性能差，耐化学性能稍差，一般不适合在燃煤电厂中使用，一般的无碱玻璃纤维耐水解性一般，耐化学性能较好，耐氧化性好，再加上特殊的织物结构及处理手段，可以改善其弯性差、不耐磨的缺点，再加上其覆膜滤料表面过滤的特点，可以满足一般的电厂燃煤锅炉使用，目前在国内外电厂燃煤锅炉中已有许多成功的市场应用。

中材科技股份有限公司研发出一种耐酸玻璃纤维，经纺纱、膨化和织造制备出耐酸玻璃纤维素布，经高温预处理后，采用特殊的柔顺精细化配方进行处理后，与膨体微孔PTFE 膜高温高压覆合，制得耐酸玻璃纤维覆膜滤料，覆膜滤料性能测试见表1。

表1 耐酸玻璃纤维覆膜滤料性能测试结果

为了有效评价该新型覆膜滤料的性能，进行了耐酸及耐折性能测试，耐酸性能反映了适用工况的环境，耐折性反映了滤料的使用寿命。通过与现有常用玻璃纤维布产品进行相关性能对比测试分析，用滤料的强力保持率和耐折保留率两个实用指标来表征其性能的优劣程度。

耐酸检测为2.5%的硫酸浸泡样品24 h，后取出，用清水冲洗并晾晒干净，测试断裂强度及耐折性能，结果见表2、表3。

表2 玻璃纤维布断裂强力保留率性能

表3 玻璃纤维布耐折性能

从表2、表3可以看出，耐酸玻纤滤料的素布远远比普通玻纤滤料素布的耐酸保留率要高，大约是2～3 倍的关系。耐酸玻纤滤料的处理布比普通玻纤滤料的处理布耐酸保留率高一倍左右。耐折试验中，普通样和耐酸样也呈现类似的关系。

耐酸玻纤滤料样的断裂强力保留率达到了90%以上，而普通无碱玻纤布其保留率一般在40%左右，因此耐酸玻纤滤料的耐酸性能明显优于普通无碱玻纤滤料的耐酸性能。经测试表明上述滤料其耐酸性比现有玻璃纤维高一倍以上，再覆合上已经开发出的小孔径、高孔隙率、高强度的PTFE 薄膜，可以用于工况更加苛刻的场合。

3 结语

由于我国燃煤锅炉烟气成分和工况条件比较特殊，采用国外的滤料设计已不能满足除尘器的要求，因此必须设计新的滤料来满足其要求，根据国内燃煤锅炉电厂的工况，采用用PPS 纤维为主体材料、面层加入P84 纤维，基布采用PTFE 的滤料及改进的玻璃纤维覆膜滤料可以满足国内燃煤电厂除尘器所需滤料的要求。随着相关滤料的应用，将进一步解决国内燃煤锅炉电厂用滤料的问题，使天空更蓝，人们的生活更加美好。

［1］江得厚，郝 党，王 勤.燃煤电厂袋式除尘器发展趋势及其运行寿命的影响因素［J］.中国电力，2008，(5):86－91.

［2］孟庆珍，胡鼎文，程全寿，等.无机化学上册［M］.北京:北京师范大学出版社，1999.

［3］费 楷，王 桦，覃 俊，等.袋除尘纤维滤料在燃煤锅炉中的应用及使用建议［J］.纺织科技进展，2011，(2):1－7.