袋式除尘器用滤料失效分析

柳静献，毛 宁，常德强，孙 熙，王金波

（东北大学滤料检测中心，沈阳 110004）

袋式除尘器用滤料失效分析

柳静献，毛 宁，常德强，孙 熙，王金波

（东北大学滤料检测中心，沈阳 110004）

随着袋除尘在工业烟尘控制领域的广泛应用，滤料失效越来越引起行业重视。应用故障树分析方法系统研究了滤料失效的模式，并对滤料破损失效、滤料阻力增大失效、滤料透滤排放超标失效进行了致因分解，找出了引起滤料失效的最基本原因事件，对指导现场安全使用滤料有较好的帮助。

袋式除尘；滤料失效；故障树分析

1 概述

理论研究与工程实践证明，袋式除尘是控制工业烟尘尤其是PM2.5细微颗粒物排放的最有效手段，在我国工业烟尘控制中发挥着重要作用，也做出了很大贡献[3]。滤袋是袋式除尘器的核心，对细微颗粒物的过滤起着关键作用。近年来东北大学滤料检测中心对众多客户的滤袋测试与现场调查表明，袋除尘在使用中，由于现场烟气参数、设备条件、运行工况，以及除尘器设计与安装质量、滤袋自身等多种因素的影响，使滤袋出现失效的案例时有发生，不仅造成了一定的经济损失，也对袋除尘的推广使用产生了不利影响[4、5]。

本文引入故障分析方法[6、7]，系统研究袋除尘滤料失效的模式与原因，为袋除尘器的可靠使用提供帮助。

2 滤料失效模式分析

滤袋安装于袋除尘器的花板上，悬吊于尘气室中，含尘气体从除尘器入口进入尘气室，在系统风机的负压抽风作用下，从滤袋外部穿透滤料进入其内部，粉尘被过滤捕集在滤袋的外表面。随着滤袋外表面的粉尘厚度增加，滤袋阻力增大。当阻力达到设定值时，脉冲清灰系统控制压缩空气从滤袋顶部喷入，对滤袋进行瞬间清灰，实现滤袋再生。

滤袋由不同材质的纤维经过针刺或水刺加工而成，具有除尘效率高、清灰容易的优点，且过滤性能不受粉尘性质影响。但滤袋作为柔性织物，机械性能较脆弱，在使用中容易受到损害而发生破损。

故障树分析（Fault Tree Analysis，简称FTA）是可靠性与安全工程领域基于逻辑推理研究导致故障发生原因的分析方法[8、9]。它把最不希望发生的故障状态或失效事件作为目标（顶事件），通过下行法找出导致顶事件发生的下层事件（中间事件）。顶事件与中间事件之间用逻辑门连接，表达两级事件的内部逻辑关系。如果所有的中间事件发生顶事件才会发生的话，用“与”门连接，用符号“”表示；如果任何一个中间事件发生顶事件就会发生的话，用“或”门连接，用符号“”表示。针对每个中间事件，再下行追溯找出导致其发生的下层事件，如此类推，直到下层事件不可分解或没意义分解时为止，最下层的事件称为基本事件。由一个顶事件、若干中间事件、众多的基本事件通过逻辑与门、或门表达其间关系构成的倒置树即为故障树。

袋除尘器滤料失效顶事件T是由滤料破损失效A1、滤料阻力大失效A2和滤料透滤排放超标失效A3引起，三者中任一事件发生，顶事件即发生。所以顶事件与三个中间事件之间用逻辑或门连接，如图1所示。

图1 袋除尘器滤料失效顶事件故障树分析

3 滤料破损失效分析

引起滤料破损A1事件发生的原因有空气动力损伤A11、机械损伤A12、化学损伤A13、热损伤A14四个原因要素，而这四个要素又是由很多基本因素引起。滤袋破损失效的故障树分析如图2所示。空气动力损伤A11、机械损伤A12常表现为除尘器箱体中特定部位的个别或部分滤袋失效，化学损伤A13、热损伤A14则表现为除尘器中所有滤袋全部失效。

如果清灰系统或尘气室有缺陷，且滤袋本身抗冲刷能力弱，则滤袋在气流冲刷作用下，容易产生空气动力损伤。滤袋受到的冲刷作用可能来自于滤袋顶部的脉冲清灰高压空气，也可能来自于滤袋外部的含尘气流冲刷。当滤袋顶部的喷吹管安装不正，且袋口无金属保护筒的情况下，滤袋会受到顶部喷吹气流冲刷，进而产生损坏。滤袋外部气流冲刷来自于除尘器箱体入口风流过分集中、或各仓室间分风不均、再或者灰斗灰位过高气流扬起高浓度灰尘，导致含尘气流局部风速过大，对滤袋外部快速磨蚀，产生破损。

如果滤料机械性能弱，且系统存在机械损伤因素，则滤袋易产生机械损伤失效。系统存在的机械损伤因素包括花板不平、袋笼不正或安装问题导致滤袋底部彼此间摩擦、滤袋与骨架摩擦、滤袋与箱体摩擦产生破损；或滤袋与滤袋之间、滤袋与箱壁之间、滤袋与骨架之间产生刮碰导致破损；或滤袋在安装过程由于施工不细心导致滤袋刮漏；再或者滤袋在装车、储存、运输过程中有野蛮操作，滤袋尤其是覆膜滤袋遭到冲击、磨压、褶皱导致破损。

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图2 滤料破损失效事件故障树分析

如果滤袋在带有化学气氛的烟气中使用时，在酸碱气氛或氧化、水解气氛中容易产生化学损伤。如果滤袋在酸碱烟气中使用，且由于滤料选择不当，或滤料存在质量问题，纤维含有非耐腐材质纤维时，容易出现酸碱腐蚀破损。现场经验表明，当烟气温度过低或除尘器箱体保温性差时，烟气可能低于其酸露点，烟气中的水分会以液态形式存在，水分与烟气中的酸、碱组分结合生成液态酸或液态碱，随灰分被过滤附着在滤袋表面，滤袋与液态酸或液态碱长期的接触腐蚀，会导致滤袋破损。与此相似，当窑炉系统空气过剩系数大、或对烟气超量掺风喷水、或烟道漏风时，会导致烟气中氧气或水分超量，如果滤袋本身的抗氧化能力差（如在燃煤电厂烟气中使用的PPS滤袋即如此）或抗水解能力差（如涤纶滤袋），滤袋会产生破损。

滤袋在高温烟气中使用时，如果烟气温度超限或滤料由于选择不当，或滤袋存在质量问题，纤维含有常温材质纤维时，容易出现滤袋烧坏。烟气超温主要是由于锅炉故障或烟气降温措施失效导致烟气温度超限。

4 滤料阻力大失效分析

阻力是滤袋主要参数之一，阻力越大、系统能耗越高，当滤袋阻力达到1500～1800Pa时，滤袋由于阻力过大而失效，应采取措施进行处理。滤袋阻力过大失效的故障树分析见图3。

图3 滤料阻力增大失效事件故障树分析

滤袋阻力过大失效包括非正常堵塞高阻力A21和到达寿命时粉尘浸入滤料内部造成堵塞的高阻力X23两种情况。滤袋随着使用时间的延长，其阻力逐渐增高，当滤袋使用时间到达其寿命时，滤袋内部积满灰分属于“正常”事件，需要马上更换滤袋。如果滤袋是由于非正常阻塞导致的高阻力，原因或许是滤料表面黏尘导致的阻塞或滤料内部塞满粉尘导致的阻塞。滤料表面黏尘是由于滤料发生结露糊袋现象，或由于黏性粉尘糊袋所致。结露糊袋是由于烟气含湿量大且烟气温度低于露点所致。导致烟气温度低于露点的因素包括烟气预热器吸热过量、除尘器箱体保温性差或烟气含硫量大。

通过对现场系统喷油点火起炉操作失败而导致的黏性粉尘糊袋真实案例的分析，可得出该类事故是由于起炉时滤袋未预涂灰且滤料本身拒水防油性差或滤料表面后处理不好（例如表面烧毛、轧光有问题），再加上烟气中的粉尘黏性大而导致的。烟气中的黏性粉尘包括粉尘本身的黏性大或粉尘中含有油性污染物或粉尘为水解性粉尘遇水发黏。

滤料内部塞满粉尘是由于滤袋剥离粉尘性能弱（例如滤料表面处理不好，清灰能力差）或除尘系统清灰强度低所致。系统清灰强度低是由于清灰方法不当或清灰制度不当或清灰动力不足引起的。清灰制度不当则包括清灰周期过长或清灰用脉冲喷吹压力的波形不理想。

5 滤料透滤排放超标失效分析

效率是袋除尘的核心指标。随着我国烟气排放标准的趋严，滤袋透滤所致的排放超标失效逐渐增多。通过对现场收集的案例进行系统分析，绘制相应的故障树如图4所示，失效主要有四方面原因：1）滤料出现破损A1；2）滤料本身透滤A32；3）滤袋缝制质量不好A33；4）滤速过高A34。滤料破损失效A1前述已经讨论；滤料本身透滤相对复杂，是由于滤料质量不好且粉尘粒径过细所导致。目前，常用的滤料包括未覆膜滤料和覆膜滤料，由于未覆膜滤料质量不好导致排放超标的原因主要有滤料标重过低未达到要求或滤料透气度过大或滤料后处理不好所致。覆膜滤料质量不好导致排放超标的原因包括滤料表面的覆膜脱落或膜破损或膜本身的孔过大。滤袋缝制质量不好的原因有滤袋缝制针孔过大且未对针孔做涂胶或密封处理，引发针孔透滤。袋除尘器过滤风速过高可能的原因包括设计过滤风速过高（尤其是排放要求≤5mg/Nm3的项目）或系统烟气量增大导致滤速增加或工程在安装时偷工减料导致滤袋面积减少滤速增大。

（2）滤料破损失效主要有空气动力损伤所致滤袋破损失效、机械外因损伤所致滤袋碰磨刮漏失效、化学因素损伤所致失效，以及烟气超温所致热伤失效四种。

（3）滤料阻力增高失效是由于滤袋表面黏灰或滤料内部粉尘阻塞所致。

（4）滤袋透滤排放超标失效主要是由于滤料破损、滤料本身质量、滤袋缝制质量，以及滤速过高因素所致。

（5）在袋除尘器的现场应用中，可根据FTA分析的结果，采取针对性措施，防止滤料失效故障的发生。

图4 滤料透滤排放超标失效事件故障树分析

6 结语

通过理论和实践证明，故障树分析可用于对滤袋失效的分析。通过逻辑推理，找出滤袋可能的失效原因。通过对袋除尘滤料失效的系统分析，可以得出如下结论：

（1）袋除尘滤料失效包括滤料破损失效、阻力增大失效和滤料透滤排放超标失效三种常见的失效模式。

[1]陈隆枢.袋式除尘技术对PM2.5控制的探讨[J].中国环保产业，2013（7）：21-23.

[2]江得厚，王贺岑，董雪峰，等.燃煤电厂PM2.5及汞控制技术探讨[J].中国环保产业，2013（10）：38-45.

[3]姚群，赵永平，钱磊，等.钢铁窑炉烟尘PM2.5控制技术与装备[J].工业安全与环保，2016（1）：21-24.

[4]柳静献，常德强，毛宁，等.典型滤料对PM1.0/PM2.5/PM10细颗粒物捕集性能的研究[J].中国环保产业，2013（6）：22-25.

[5]柳静献，张海燕，常德强，等.NO2对烟气除尘用聚苯硫醚滤料机械性能的影响[J].东北大学学报：自然科学版，2010（7）：1030-1034.

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[8]梁芬，姜宏伟，郭亚男，等.基于FTA的焊接机器人故障诊断技术研究[J].机电工程， 2014，31（8）：1067-1070.

[9]胡玉娟，钱伟.基于FTA法的电动车火灾事故的分析[J].防灾科技学院学报, 2011，13（1）：23-26.

Failure Analysis of Filter Media for Bag House Precipitator

LIU Jing-xian, MAO Ning, CHANG De-qiang, SUN Xi, WANG Jin-bo
(Filter Test Center of Northeastern University, Shenyang 110004, China)

Fault Tree Analysis(FTA) is applied to study failure mode of bag house filter in the paper. Failure of filter breakage, failure of excessive resistance, and failure of excessive dust emission due to high penetration of filter are decomposed to find out the low level cause events and base cause events. The results are valuable for guiding the safely use of filter media.

Baghouse; filter media; failure; fault tree analysis

X701

A

1006-5377（2017）06-0036-04

国家“十三五”重大专项（2016YFC0801704，2016YFC0203701，2016YFC0801605）；国家“十二五”科技支撑项目（2015BAK40B00）。