电袋复合除尘器设计若干问题的探讨

胡佩英

(福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩364000)

电袋复合除尘器设计若干问题的探讨

胡佩英

(福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩364000)

介绍了电袋复合除尘器设计过程中烟气量的核实方法、电区与袋区分级效率的确定原则、电区与袋区主要技术参数的确定方法、滤料选取、气流分布要求等内容，对电袋复合除尘器的选择与设计具有一定的参考作用。

电袋复合除尘器;气流分布;滤袋

0 引言

电袋复合除尘器是在吸取了电除尘和袋式除尘机理的优点和克服其缺点而开发的一种新型除尘装置。近年来，由于其具有高效减排的突出优点，受到广大用户的青睐。采用电袋复合除尘器可满足新标准的要求，一般能达到烟尘排放浓度＜30mg/m3的性能，在需要低排放地区可做到＜20mg/m3，甚至＜10mg/m3，试验和现场测定表明，其捕集PM2.5的性能优于电除尘器和袋式除尘器［1］，捕集效率可达96%以上，在除尘装置内加入脱汞剂，还可以进行烟气协同脱汞工作［2］，因此，电袋复合除尘器是一种综合性能优良的新型除尘装置。

据不完全统计，截止2014年3月，全国已制造了690多套电袋复合除尘器，其中已有400多套投入使用，火电厂有2台1000MW、41台600MW、120多台300MW的机组投入使用。实践表明，电袋复合除尘器可以长期、稳定的达到烟尘低排放(＜30mg/m3)要求，不受温度、烟气量、煤质等波动的影响。只要滤料选择合理，袋区的滤袋寿命可保持在4年以上，完全满足锅炉大修周期的要求。

1 设计资料的收集

设计资料的准确性将影响到设备的投资费用和使用性能。对于改造项目应尽可能委托有检测资质的单位进行现场测定，取得较为符合现场条件的一些数据作为设计依据。

1.1 设计资料

(1)设备使用地的气象资料(风载、大气压、最低温度)、地震烈度等;

(2)锅炉型式、容量、工艺流程(至少锅炉出口至烟囱出口)，注意脱硫、脱硝系统对除尘器影响;

(3)煤质资料，包括工业分析、元素分析和燃煤量;

(4)煤灰化学成份、比电阻、粒径分布;

(5)用户对除尘器的要求，包括烟气量、烟气温度、入口烟气粉尘浓度、出口烟气粉尘浓度、负压以及设备的一些要求。

设计时一般需对用户提出的烟气量进行校核，如果烟气量不正确，应及时与用户联系。

1.2 实例

下面以某电厂1台新建350MW机组为例，说明除尘器设计所需资料与烟气量校核［3］。

设备使用地平均气压89000Pa，最低气温为14.2℃，最大风速20m/s，地震烈度Ⅵ。锅炉型式:亚临界循环流化床汽包炉;采用石灰石－石膏湿法脱硫，一炉一塔，不设GGH，增压风机与引风机合并。煤质资料:耗煤量232t/h，燃煤为原煤和煤矸石的混合燃料，煤质分析结果见表1，灰成分分析结果见表2。

表1 煤质分析

表2 灰成分分析结果%

该350MW机组工况烟气量为238×104m3/h;温度150℃;入口烟尘浓度35g/m3(标干态，6%烟气含氧);用户要求出口烟尘浓度20mg/m3。

理论燃烧所需空气量:

理论烟气量:

实际烟气量:V=V0+(α－1)V02

式中:α为过剩空气系数，根据用户提供烟气量及资料，大部分都按1.3考虑。

经校核，烟气量为231×104m3/h，正确。

2 气路形式的确定

电袋复合除尘器可采用立式或卧式两种形式。图1是立式的结构形式，烟气从除尘器下部的灰斗引入，先进入电场区由下而上流动，电场区两极设有振打清灰装置，在极板上的积灰经振打落入下部灰斗。经初步净化的烟气向上进入滤袋区，烟气的过滤采用外滤式，烟气从滤袋的外表面进入滤袋内腔，且将粉尘阻留在外表面，净烟气从滤袋内腔排出，进入上部的净气室，然后从出气口排出。这种型式的电袋复合除尘器能充分利用除尘器内部空间，结构紧凑、钢材消耗小。

图1立式电袋复合除尘器

图2 是卧式电袋复合除尘器的结构形式。烟气从左端引入，经喇叭口和气流分布板进入电场区，在电场区初步除尘净化，除尘效率约80%～90%，未被去除的粉尘流入后端的滤袋区，粉尘被阻留在滤袋外表面，净烟气从滤袋内腔进入上部的净气室，然后经提升阀进入排气管排出。

图2 卧式电袋复合除尘器

由于卧式较易保证电区和袋区的气流分布均匀，所以卧式是目前广泛使用的一种形式。

在卧式电袋复合除尘器中，按其结构形式中又可分为中间进气、出气(分室结构)(图3a)，中间进气、出气(直通式结构)(图3b)，中间进气、侧出气(图3c)等三种。

究竟选取那一种，要根据用户要求、投资高低和占地面积进行比较后确定，本设计考虑投资少，占地面积小，响应国家印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014年－2020年)》的规定:新建燃煤发电机组不得设置烟气旁路通道，通常采用中间进气、出气(直通式结构)的结构形式。

图3 卧式电袋复合除尘器三种结构形式示意

3 电区和袋区分级效率的确定［4］

除尘器的设计目标是在一定工作条件下(包括烟气量、烟气温度、烟气成分、粉尘的化学组成、电气性能、含尘浓度、工作负压等)，能长期、稳定地满足规定的烟尘排放浓度和较小阻力要求。此外，还应有较低的一次设备投资、占地面积小和维护工作少、维修费用低等性能。

电区、袋区的分级效率确定主要考虑设备的一次投资，设备的总效率:

式中:η电、η袋分别为电区和袋区的除尘效率。

通过试验研究，对大多数粉尘，当袋区的粉尘浓度＜5g/m3时，其过滤风速与阻力的关系成直线且斜率很低，如图4。

图4 过滤风速与压差的关系

因此，电区所需的极板比表面积:

该电场区可采用双列、双室，每室27个通道，同极距400mm，极板有效高15m，电场长选用12块BE板(即电场长度5.448m)。则极板收尘面积为17652m2，则:f电=26.7m2/m3/s＞26.08m2/m3/s。

袋区所需的过滤面积:

式中:Q烟气量，m3/h;V过滤风速，取1.2m/min; A袋=33055m2。

袋区可采用4个通道，两侧喷吹，每侧57个3″阀，每上阀喷吹18条滤袋，滤袋规格为Φ160× 8000。计算得A袋=33006m2≈33055m2。

4 电区和袋区的主要技术参数

4.1 电区的主要技术参数

电区的技术参数包括:电场风速、电场比表面积的确定、高压电源型式和容量的计算。在电除尘器设计时，为了降低末电场粉尘的二次飞扬，除尘器设计时正常都选取0.7～1.0m/s的电场风速，但电袋除尘器后端是袋区，所以可选取1.0～1.3m/s的电场风速。电场的同极间距宜选取400mm，极板宜用C型极板，为使电区的粉尘有较好的荷电功能，电晕极宜用放电性能较强的长芒刺电晕电极。

4.2 袋区的主要技术参数

袋区的主要技术参数包括滤袋的直径和长度，脉冲阀的规格和喷吹能力、喷吹压力和周期的选择等。滤袋多采用行列矩形布置，滤袋常用圆形滤袋，考虑到清灰效果，长度一般取＜8m，个别需要时可取至9.5m。清灰方式宜选用行定位喷吹，清灰采用淹没式脉冲阀。喷吹需采用纯净压缩空气，喷吹压力为0.25～0.4MPa，喷吹周期可在15～30min范围选取。

袋区应能实现在线和离线清灰，有定压清灰、定时清灰两种方式，通常采用定时清灰。

5 滤料选取

滤料的品质应根据烟气性质进行选取。当烟气温度低于160℃时应选用PPS，烟气温度高于160℃时应选用含P84或PTFE纤维的滤料，当烟气中SOx和NOx较高时应选用含PPS和PTFE的混纺纤维，在一般情况下，推荐选用PTFE基布。

6 合理的气流分布［5－6］

电区的气流分布(包括进口气流分布板)可以采用电除尘器的设计方法进行，技术上已经很成熟了，袋区的气流分布技术难度大，一般均应进行CFD计算，为确保CFD计算时选取的边界条件正确，有时还应进行1∶14的物模对比试验。

从电区进入袋区的气流一般分三路，即水平进入袋区下部，然后向上进入袋区;第二路是从袋区的每一个小分区间的间隙(有时2～2.5m)侧向进入袋区;第三部分是从正面进入袋区。必须使各个室的气流均匀，即室与室的流量偏差＜5%，任一个室内滤袋的流量均方根差＜0.25。

以某电厂为例，进行CFD数值模拟计算:CFD数值模拟计算的湍流模型采用标准k－ε模型，湍流流场的计算采用有限容积法离散控制方程，算法采用SIMPLE算法，对流项采用二阶迎风格式，内部采用网格划分技术，近壁面采用壁面函数法处理。假定流体是不可压缩的，作定常流动，整个模拟过程为等温过程。

按烟气温度150℃，烟气密度0.80kg/m3，烟气动力粘度系数2.29×10－5Pa·s，运动粘性系数为2.66×10－5m2/s。除尘器烟气流量2386384m3/h，电场风速为1.00m/s。

入口边界条件设置为速度入口，滤袋表面设置为多孔跳跃边界条件，滤袋底面设置为壁面边界条件，滤袋出口设置成内部面，出口边界条件设为自由出流，壁面采用无滑移边界条件。

在FLUENT中，分别取各个袋室滤袋出口的流量总和，计算滤袋平均相对流量偏差，结果见表3。

表3 各袋式流量偏差

从表3可以看出，该项目的相对流量偏差最大值的绝对值在5%的范围内，气流分布较均匀，满足要求。

7 结语

电袋复合除尘器已在工程上被广泛应用，正确的设计既能使除尘器满足对烟尘净化的要求，又能使阻力低于1000Pa，而且滤袋寿命长，维护工作量少，维护费用低，一次性投资低，占地面积小。随着电袋复合除尘技术的不断发展，其优越性会越来越明显，可以认为，电袋复合除尘技术是对电除尘技术的优化且是袋除尘技术的技术进步。

［1］修海明.电袋复合除尘器脱除PM2.5效率的探讨［J］.中国环保产业，2013，(10):46－49.

［2］黄炜，林宏，郑奎照，等.除尘脱汞一体化的电袋复合除尘器［P］.ZL201110437866.5，2013－07－03.

［3］王秉铨.工业炉设计手册(第三版)［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［4］黄炜.电袋复合除尘技术研究［J］.电力科技与环保，2013，29 (5):45－47.

［5］刘练波，许世森，郜时旺，等.燃煤电厂新型静电布袋复合除尘器的开发与气流分布试验研究［J］.中国电力，2005(12):51－54.

［6］黄炜，龙正伟，林宏，等.电袋复合除尘器内部提升阀参数对流量分配的影响［J］.科技创新导报，2013，(22):95－96，98.

A discussion on some problems of electrostatic－fabric integrated precipitator design

It introduces some issues in the design process of electrostatic－fabric integrated precipitator，including verification methods of flue gas volume，determination principles of electric filed area and fabric area classification efficiency，the method for determining main technical parameters of electric field area and fabric area，filter selection，air distribution requirements and other contents，which will have a great reference role for the selection and design of electrostatic－fabric integrated precipitator.

electrostatic－fabric integrated precipitator;air distribution;filter bags

X701.2

B

1674－8069(2015)01－028－04

2014-11-29;

:2014-12-21

胡佩英(1974-)，女，助理工程师，主要从事电袋、布袋除尘技术设计与研究。E－mail:13950812589@139.com