某4×200MW循环流化床锅炉布袋除尘器布袋材质选型研究

 摘要:针对某电厂4×200 MW循环流化床锅炉布袋除尘器布袋存在板结、通透性差、强度下降、烟气粉尘排放异常等问题,查找了布袋性能下降的原因,结合电厂布袋除尘器运行工况,对不同材质布袋的使用寿命、克重、化学成分、强度、抗氧化性、耐热特性、过滤性能、耐酸碱腐蚀性等方面進行了比较,选择满足电厂运行环境使用要求的布袋,可以使烟气排放达到标准要求。
  关键词:循环流化床锅炉;布袋除尘器;抗氧化性;耐热特性
  0 引言
  某4×200 MW循环流化床锅炉的除尘设备采用布袋除尘器,除尘器的过滤方式为下进外滤式,即含尘气体在滤袋外,过滤后的洁净气体在滤袋内,并通过净烟室排放。根据近几年电厂布袋除尘器的实际运行工况,布袋除尘器布袋存在通透性差、板结、机械损伤、烟尘排放异常等问题,机组运行存在安全隐患,严重影响着电厂污染物的达标排放。
  1 目前电厂滤袋技术要求
  目前电厂滤袋材质采用PPS+P84的混纺纤维(85%PPS+15%P84),主要技术参数如表1所示。
  2 电厂除尘器滤袋使用情况及存在的问题
  某电厂锅炉布袋除尘器运行时间超过30 000 h,主要存在以下问题:
  (1)布袋通透性差:布袋板结,过滤性能下降。
  (2)机械损伤与磨损:布袋袋身中下段沿袋身纵向磨损、破口,布袋袋笼变形,局部布袋随烟气扰动而磨损漏灰。
  (3)布袋强度下降:喷吹时袋口下部500 mm左右发生撕裂,布袋损坏漏灰。
  3 除尘器滤袋失效原因分析
  该电厂布袋除尘器滤袋运行时间已超过30 000 h,随着锅炉运行时间的增加,除尘器滤袋使用寿命缩短,断裂强度减小;同时,电厂脱硫系统采用炉内喷钙脱硫,烟气中含有部分CaO,CaO与烟气中的H2O生成Ca(OH)2,所以烟气整体显碱性,经过长期运行,除尘器滤袋受到碱性腐蚀使得经向断裂强度、纬向断裂强度下降。另外,随着机组运行时间的逐渐增加,滤袋织物密度自然降低,导致部分灰尘微粒进入布袋PPS分子之间,导致阻力超标。
  4 除尘器滤袋材质选型调研情况
  根据近年来滤袋破损情况,该电厂委托东北大学滤袋检测中心进行检测,结果表明,锅炉除尘器滤袋存在厚度小、透气率差、经向断裂强度小、纬向断裂强度小、残余阻力超标严重等问题。为此,该电厂咨询了国内多家实力较强、产品质量过硬的滤袋生产厂家,对不同形式布袋的使用寿命、克重、布袋化学成分、强度、抗氧化性、耐热特性、过滤性、耐酸碱腐蚀性等方面进行了调研,初步形成以下4种比选方案。
  (1)方案一:PPS基布+PPS纤维。该方案特点为布袋过滤性能较高,可以满足粉尘出口浓度达30 mg/Nm3以下的排放标准,但在抗氧化性、耐酸碱性、强度特性等方面表现较差,使用寿命较短。
  (2)方案二:PPS基布+(50%PTFE+50%PPS)纤维,在滤料面层中加入30%超细纤维。该方案特点为布袋抗氧化性、耐酸碱性、强度特性较方案一有所提高,但过滤性能较差。
  (3)方案三:PTFE基布+(50%PTFE+50%PPS)纤维,在滤料面层中加入30%超细纤维。该方案特点为PTFE基布可以起到很好的支撑作用,从而延长布袋使用寿命。采用PTFE基布能提高滤料整体的抗氧化能力;滤袋强度特性较好,但过滤性能相对较差。
  (4)方案四:PTFE基布+PPS纤维,在滤料面层中加入20%超细纤维。该方案特点为PTFE做基布具有极强的耐腐蚀性能,能提高滤料整体的抗氧化能力,可以起到很好的支撑作用,从而延长布袋的使用寿命。采用PPS纤维后,布袋过滤性增强,但耐酸碱性、抗氧化性较方案三略有降低。
  5 除尘器滤袋材质选型建议
  根据该电厂除尘器布袋现场使用工况,结合除尘器滤袋失效原因,通过对上述4种方案进行对比,推荐采用方案四,推荐理由:
  (1)基布选取依据。强度方面:实验表明,PTFE纤维在王水中浸泡72 h,强力基本上不衰减,采用100%的PTFE做基布完全可以保证在4年甚至更长时间内保持滤袋的强度,从而有效保证滤袋的使用寿命。耐酸腐蚀:PTFE做基布后可提供强力支持,具有极强的耐腐蚀性能。耐氧化:PPS滤料抗氧化能力较弱,采用PTFE基布后能提高滤料整体的抗氧化能力。图1是日本东洋纺公司所做的几种纤维材料在酸性条件下的强度保持率,从图中可以看出,PTFE材料强力不衰减,非常稳定。
  (2)纤维选择及结构设计。
  1)纤维选择:PPS纤维整体过滤效果较PTFE纤维优势更为明显,结合工况综合考虑,纤维全部采用PPS效果最佳。
  2)结构设计:在滤料面层中加入超细PPS纤维,比表面积大,能够提高滤料的过滤精度,降低粉尘的排放浓度,尤其是细颗粒物的排放,在同样布袋克重的情况下,纤维越细,纤维数量越多,阻隔粉尘的效果越好,排放浓度越低;纤维越细,内部结构越致密,粉尘越不容易深入滤料内部,设备阻力变化平稳。
  6 结语
  布袋的滤料材质以及与烟气工况条件的适用性是保证正确选型的关键,正确选择滤袋可以避免滤袋在使用过程中受烟气化学成分的氧化腐蚀,保证其正常的使用寿命。根据电厂烟气工况条件和出口排放要求,综合其他电厂除尘器的滤袋使用经验,选用PTFE为基布加PPS纤维,在滤料面层中加入20%超细纤维的滤袋,可满足抗高温、抗氧化、抗酸碱、过滤精度高的技术要求。
  [参考文献]
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