简介：

简介：摘 要:针对火电机组除尘器滤袋在实际应用中存在的差压高、易破损这一现状，结合设备实际情况，研发出新型复合除尘滤料，在除尘器改造中进行应用，取得良好效果。本文主要介绍新型复合滤料的技术创新点和成功应用的实例。 关键词:三维非对称; 氟醚复合;除尘器 1、前言 我国是以煤为主要能源消耗的国家，大气污染物中60%的烟尘来源于煤的燃烧。袋式除尘器作为一种高效除尘技术，已在燃煤锅炉烟气除尘治理中得到广泛应用。在燃煤锅炉除尘行业中，在燃煤锅炉袋式除尘器上成功使用的滤料主要为PPS、P84针刺毡以及PPS和P84复合滤料等。国内滤料选用目前主要以PPS针刺毡为主。电厂锅炉除尘使用的袋式除尘器要求与锅炉设备大修期同步，30000小时成为火电厂要求的基本使用期。其中，PPS针刺毡在燃煤电厂的应用有成功也不乏失败的案例。 2、袋式除尘器滤料应用情况 由于燃煤锅炉排放的烟气条件比较恶劣，滤料寿命面临严峻考验。国内燃煤锅炉的烟气条件比较复杂，特别是在燃烧高硫煤的除尘工况，除尘器经常在酸露点以下运行，易形成酸结露现象，使PPS滤料氧化腐蚀，导致滤料在短期内失效，无法保障除尘器的安全运行。同时，因为实际工况烟气成分复杂及PPS纤维自身极易被氧化等的特性，导致其在高温、高氧、高硫工况应用中发生破袋的案例增多，PPS滤料在实际工况中的应用也受到限制，脱硝系统的投入导致使得除尘器运行过程中滤袋差压进一步升高，严重影响了烟风系统的稳定运行。因此具有耐高温、耐腐蚀性、耐磨损、低阻、高效、长寿命的滤料也成为新型滤料开发的方向，其成功开发和应用，将大大改善工业尾气烟尘控制的成本，从而促进节能减排技术的发展。 3、滤料的研发 3.1三维非对称微孔结构氟醚复合滤料介绍 三维非对称微孔结构氟醚复合滤料是针对高温、高氧、高硫条件而开发的高性能针刺毡滤料。该复合滤料系以聚四氟乙烯（PTFE）和聚苯硫醚（PPS）纤维为主要原料，通过合理的结构设计与配方优化，利用先进的无纺针刺工艺制作成毡，再经高温热定型、化学后处理及烧毛压光等多种技术制作成滤袋。具有过滤精度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特点，具有极高的性价比，可广泛用于火电行业尾气治理及其他高温烟气治理相关领域。 3.2创新点 3.2.1采用量子化学方法分析滤料失效原因（发明专利）。同时，结合模拟现场的工况条件下进行试验，提前发现滤袋隐患，提高除尘器安全可靠性。 首次采用量子化学中的密度泛函方法(DFT)对PPS的氧化失效机理进行了系统的研究，以预防PPS滤料在实际工况中的失效反应；并通过对某燃煤电厂锅炉袋式除尘器用PPS破损滤袋样品进行了性能分析，通过电镜扫描、断裂强力测试、红外光谱分析、差热分析对PPS破袋与新袋进行对比，分析了PPS滤料失效的原因。 从红外、差热、电镜分析结果表明，PPS破损滤料受到严重的化学腐蚀。PPS纤维被氧化、磺化，纤维大范围断裂，强力消失，耐热性能下降而失效。进一步验证，PPS纤维的化学腐蚀主要是因烟气中的SOx形成酸结露造成的。 3.2.2通过优化配方设计，引入新型填充技术及合理的结构设计，充分利用了PPS（聚苯硫醚）纤维与PTFE（聚四氟乙烯）纤维的优势，成功解决了单一组分PPS纤维耐氧化性差、耐温性一般，PTFE纤维针刺毡强力低、热收缩大等问题。并结合新型后处理工艺对复合滤料表面进行了抗氧化涂层处理，明显改善了滤料抗氧化、抗酸结露、耐磨性能。 聚苯硫醚(PPS)纤维是一种新型高性能纤维，具有良好的机械性能、优良的电绝缘性能，但在高温下很容易发生交联或氧化反应，使得聚苯硫醚纤维颜色发黄、强度降低等，当工况中烟气含硫气体、氧气浓度较高，且湿度大时，易发生结露现象。聚四氟乙烯（PTFE）纤维具有优异的耐高温、耐腐蚀、易清灰等性能，但其加工较为困难，却价格较高，难以普遍推广应用。本项目采用独有的配方技术及结果设计，将两种纤维以10～50%的PPS纤维与50～90%PTFE纤维复合针刺，采用PTFE长丝基布，充分发挥了两种纤维的优势，降低了成本。采用发泡涂层技术，在滤料表面形成微孔结构，改善该复合滤料耐磨损、耐腐蚀性能，解决了聚苯硫醚抗氧化性较差的问题，且大大提高了聚苯硫醚的耐温性，从而提高滤料的寿命。 3.2.3创新性使用三维非对称结构，有效解决了过滤效率与阻力的矛盾，最大限度防止粉尘穿透，过滤效率达到99.99%，确保除尘器阻力降低。 传统的均质滤料结构，表现为深层过滤(如图1所示），难以实现过滤效率与阻力的矛盾，虽可以满足过滤要求，但难以控制对微细粉尘的过滤效果。 图 1 滤料的结构设计——单一纤维结构 多层纤维复合的滤料结构，表现为类表面过滤（如图2所示），表面异型或超细提高了过滤精度，实现了不同材料的互补，但存在层间明显的“界面效应”不利于过滤的顺利进行。 图 2 滤料的结构设计——多层纤维复合结构 采用“三维非对称结构设计”，同细度的聚苯硫醚纤维与聚四氟乙烯纤维在工作截面呈梯度分布（如图3所示），实现了滤料剖面方向上孔径连续分布和不同纤维的“Z方向梯度渐进”变化，有效解决了过滤效率与阻力的矛盾，具有“表面过滤”高效低阻的特性，最大限度防止粉尘穿透，过滤效率达到99.92%，确保稳定的运行阻力。 图 3 滤料结构设计图——三维非对称结构 经对比不同滤料结构设计对滤料阻力的影响（如图4所示），三维非对称结构有效平衡的阻力与过滤效率的关系。 通过对比可以看出，单一纤维结构差压最高，多层纤维复合结构居中，三维非对称结构差压最低。 图4 不同滤料结构设计对滤料压差的影响 4、应用效果 张家口发电厂4号机组电-袋复合型除尘器改造中，首次采用了三维非对称氟醚复合滤料，在历经除尘改造和超低排放改造后一直保持着稳定的除尘效率，除尘器出口烟尘浓度＜20mg/m3，性能稳定。达到了超低排放脱硫系统入口烟尘浓度要求。 图5两台除尘器实际运行差压曲线对比 三维非对称氟醚复合滤料相对常规滤料在节能效果非常显著，对比张家口发电厂3号机组电-袋复合型除尘器应用的常规滤料，应用三维非对称氟醚复合滤料的4号机组平均差压降低了300Pa（如图5所示），单台吸风机电流下降了55A,年节电量达53.73万度,按0.4元/Kwh计算，年节省费用21.492万元。项目实际取得成功，推广应用于多个电力企业，效果良好。 5、结语 本项目的成功开发，为大气污染防治领域提供一种新型的高性能滤料，有利于降低袋式除尘器的运行能耗、延长滤袋使用寿命、提高了排放精度，值得在火电行业广泛推广.对于电力系统的超低排放和近零排放工程起到技术支撑的作用,对其他工业尾气除尘环保科技领域技术的发展具有积极的促进作用，社会效益显著。改造后除尘器整体差压进一步降低，滤袋寿命有所延长，风烟系统阻力与能耗也随之降低，提升了除尘器设备的整体可靠性和安全性，既有良好的设备安全效益又有较大的经济社会效益。 参考文献： [1] 蔡伟龙等. 我国袋式除尘高温滤料的应用现状及发展趋势[J] 中国环保产业，2011。

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