滤筒及褶皱滤袋在电站锅炉袋除尘器应用趋势与展望
摘要：文章通过滤筒、褶皱滤袋与常规应用的圆袋、扁袋进行对比，结合近年来煤电领域布袋除尘器改造应用滤筒、褶皱滤袋的案例，讨论未来电站锅炉大型布袋除尘器向滤筒、褶皱滤袋发展的趋势与展望。
1引言
2001年12月28日，内蒙古丰泰发电有限公司2×200MW机组1#袋式除尘器投产运行以后，标志着我国火力发电领域长期被电除尘器100%垄断的局面彻底结束，同时借助这个局面的突破，国产滤袋技术也从使用寿命短、阻力大、工况适应性差、破袋率高及检修维护环境恶劣等无法胜任火力发电机组运行的困境中实现突破，促成至今滤袋除尘器，包括电袋除尘器，广泛的应用于我国火力发电厂的各类型锅炉机组烟气除尘的设备配套中。
与上述历史类似，在2014年以前，我国电站锅炉布袋除尘器配套滤袋型式，100%的被圆袋和扁袋垄断，而滤筒式滤袋和褶皱滤袋同样由于寿命短、清灰效果差、温度适应性差、破袋率高及检修维护环境恶劣、过滤风速偏低等原因，造成滤筒和褶皱滤袋只适用于小容量除尘器，无法应用于电站锅炉烟气处理。然而滤筒式滤袋和褶皱滤袋在水泥、建材、冶金、食品、化工等领域的发展始终没有停止。2015年以来，伴随长度2米以上大型滤筒技术的发展以及褶皱滤袋自主研发技术的日益成熟，滤筒式滤袋和褶皱滤袋逐步满足了火电厂锅炉机组大风量烟气除尘的应用条件，并且已经开始在电站锅炉除尘中得到应用。
2滤筒式滤袋除尘器
2.1国内外动态
滤筒式除尘器早在20世纪70年代就已经在欧美和日本一些国家出现，其具有体积小，效率高，投资省，易维护等优点。在滤筒式除尘器出现的很长一段时间内，由于滤筒及设备容量小，难组合成大风量设备，过滤风速偏低，应用范围窄，仅在小型化的仓储设备除尘中得到应用。最近十年来，伴随新技术、新材料、新工艺的发展，以美国GE-BHA毕威、丹麦诺蒂克NORDIC等公司为代表，经过对滤筒结构和滤料进行优化和改进，使滤筒除尘器解决了难以大型化的瓶颈，逐步广泛地应用到了水泥、钢铁、电力等大型化的工业领域。目前，滤筒式除尘器已经是解决传统滤袋除尘器对超细粉尘收集难、过滤风速高、清灰效果差、滤袋易磨损破漏、运行成本高的有效替代方案之一。
国内在引进消化吸收国外先进技术的同时，在水泥、钢铁等大型化烟气除尘领域，已经完成滤筒技术国产化的发展与完善。2016年以无锡三维丝、无锡特瑞环承担的承德热力公司的热电机组布袋除尘器改造、长沙热电厂电袋除尘器改造均取得良好效果，这两个改造项目，同时起到了滤筒技术在电站锅炉除尘器应用的良好示范作用。
2.2滤筒性能简介
滤筒式滤袋相对于普通滤袋最大的优势是在更小空间内，具有更大的过滤面积和更高的过滤精度。以Φ160×2000mm的滤筒和普通滤袋进行比较结果见图1：
图1滤筒和普通滤袋进行比较结果
滤筒式滤袋采用耐高温粘合技术及PTFE表面覆膜处理，运行温度可以达到232℃。与传统滤袋相比滤筒的优点如下：
Ø褶式滤筒在同样的安装空间内可增加过滤面积3-5倍，空间占用少，除尘器体积、重量以及配套基础均大幅减小，具有更好的市场竞争力。
Ø可减小过滤风速，提高处理烟气量，对锅炉因煤质变化带来的烟气量异常变化具有更好的适用性。由于可有效的控制烟气阻力波动，降低机组满负荷时烟气阻力或减少喷吹压缩空气动力消耗，这就相应起到更好的节能降耗的效果。
Ø滤筒整体作为一个部件，没有滤袋、袋笼的现场组合安装工作量，安装、检修、维护方便，安装进度、质量容易控制。
Ø由于过滤风速小，压差低（通常可控制在1000Pa以内），同时因滤筒长度短，滤筒下具有较大的粉尘沉降空间，除尘器内气流分布要明显优于常规滤袋除尘器，滤筒使用寿命也就具有更好的保障条件。
2.3应用情况
2016年无锡三维丝过滤技术有限公司对河北承德热力公司一台50MW循环流化床锅炉机组配套布袋除尘器完成改造，至今运行良好。河北承德热力公司机组产能扩容需求，循环流化床锅炉主蒸汽流量从最初的150t/h增加至190t/h。但原有滤袋除尘器在整个供暖期间超负荷运行，并最终导致除尘器压差过高，锅炉内出现炉内正压的工况。
由于原除尘设备设计偏小，且场地没有空间增加除尘器舱室，为了提高产能扩容后除尘设备处理能力以及降低设备阻力，经过多方面论证，采取了除尘器结构不做变动，将原有常规圆形滤袋全部更换为具有更高过滤面积的滤筒的除尘器增容改造方式。改造前布袋除尘器参数见表1，改造后布袋除尘器参数见表2。
表1河北承德热力公司除尘器改造前技术参数
表2河北承德热力公司除尘器改造后技术参数
改造完成后，分别记录了在锅炉满负荷和低负荷状态下的除尘器压差情况，并与同样负荷下的使用滤袋时的设备压差进行对比，结果表明：
（1）在锅炉产气量为180t/h时，使用滤筒较滤袋的压差从927Pa下降到759Pa，下降约18%；
（2）在锅炉产气量为120t/h时，滤筒较滤袋的压差从719Pa下降到482Pa，压差下降约33%。
改造后经济性对比，据无锡三维丝核算，采用原配套圆袋改造预计费用90～120万元，用滤筒改造后实际费用70万元，经济效益明显。
3褶皱滤袋除尘器
3.1国内外动态
褶皱式滤袋的技术出发点与褶皱滤筒是相同的，与滤筒研发与应用不同，我国在褶皱滤袋的研发与应用方面是和国际上几乎同步的。因此在褶皱滤袋应用上，国内不少的企业具有自主知识产权的专利，比如江苏水碧天蓝节能环保科技有限公司的皱褶式星形滤袋、袋笼专利；张家港艾尔环保设备有限公司的褶皱式布袋除尘器专利等。
国内早期自主研发的褶皱式滤袋，因为滤袋结构、滤料材料、袋笼结构、清灰效果和清灰压力、烟气湿度等种种因素，时常存在清灰困难，或者确保清灰后，滤袋寿命又变差的两难困境。同时因为对粉尘粘性、粉尘浓度适应性差的因素，造成褶皱式滤袋存在很大的应用局限性。近年来通过细致研究，对滤袋结构、褶皱角度、滤料材料、袋笼结构、清灰参数等有了更深的认识，褶皱式滤袋技术有了很大提高与发展，使褶皱式滤袋除尘器逐步解决了一些关键的应用瓶颈，且已经广泛地应用于水泥、钢铁等大型化除尘设备的工业领域，褶皱式滤袋也已经是替代传统滤袋解决过滤风速高、运行成本高的方案选择之一。2014年张家港艾尔环保设备有限公司褶皱式滤袋已经成功应用于国电赤峰化工有限公司自备电厂布袋除尘器改造项目。另外，国内绍兴皋埠热电160t/h循环流化床锅炉除尘器提效改造项目也应用了褶皱滤袋技术。
3.2褶皱滤袋性能简介
褶皱式滤袋在现有布袋除尘器改造应用方面，采取合理的滤袋设计措施，可以直接替代除尘器现有圆（椭圆）滤袋和袋笼而无需对主体设备做结构性改造，一般在同等体积下，可选择增加过滤面积50-80%。在新建项目中，同等体积下与圆（椭圆）滤袋对比，可增加过滤面积150%左右。如果按照需要可在增加过滤面积的同时,缩短布袋长度，并对系统运行优化，可降低压缩空气用量和空压机、脉冲阀的负荷。褶皱滤袋和袋笼结构与安装方式如图2所示。
图2褶皱滤袋和袋笼结构与安装方式
褶皱滤袋相对于普通滤袋的优点如下：
Ø在改造项目中，通过合理设计褶皱滤袋几何尺寸，可以直接替代传统袋式除尘器的现有滤袋，无需对除尘设备主体结构做改造，更换后过滤面积可增加50-80%，进而降低清灰频率或延长消灰间隔，降低系统压力差，提高系统整体性能和滤袋使用寿命。
Ø由于除尘器过滤面积的增加，除尘器滤袋间气流上升速度下降，再加上不同于传统滤袋的袋间特殊结构，促进脉冲清灰的效果，除尘器再线清灰的效率得到进一步提高。
Ø滤袋和袋笼采用特殊设计，袋笼没有横向支撑环，消除了袋笼对滤袋的横向冲击力，降低因脉冲喷吹引起的疲劳损伤和间歇性排放。
Ø对于改造项目可根据实际需要，在增加过滤面积的同时，缩短滤袋长度，并对系统运行优化，降低压缩空气用量和空压机、脉冲阀的负荷。
Ø褶皱式滤袋除尘器与传统袋式除尘器对比，可以降低锅炉引风机负荷，对锅炉系统节能降耗效果显著。
Ø在新建项目中，同等体积下与圆（椭圆）滤袋对比，可增加过滤面积150%左右。
3.3工程应用情况
2014年南京沃禾环保科技有限公司对绍兴皋埠热电有限公司160t/h循环流化床锅炉除尘器进行了更换褶皱式滤袋的提效改造。绍兴皋埠热电160t/h循环流化床锅炉原配套脉冲行喷吹布袋除尘器，该除尘器2004年建成投产，至改造时寿命已达10年，由于环保标准、节能指标的变化，要想将原设计的50mg/Nm3排放，降低到20mg/Nm3以下，同时不给系统能耗和阻力带来影响，如果采用对除尘器本体进行加宽、加长或加高等改造方式，在增大除尘器过滤面积的同时，还要将滤袋整体更换为过滤精度更高的滤料，并采用表面掺混超细纤维或表面涂层等方式，这样改造工作量就很大，工期也长，且投资费用大，现有烟气系统也较难适应。为解决这一困扰，南京沃禾环保科技有限公司采用褶皱式滤袋对原有的袋式除尘器进行扩容改造，将原有圆形滤袋全部更换成长度4000mm，材质PPS+超细纤维的褶皱式滤袋，除尘器过滤面积由原来的4550m2增加至6080m2，增加了30%，袋笼使用褶皱式滤袋专用的八爪型袋笼。褶皱式滤袋根据原有花板孔设计，褶皱式滤袋缩短后，原有脉冲阀控制清灰面积为56m2，满足褶皱式滤袋的清灰要求。改造后除尘器参数见表3。
表3除尘器改造后技术参数
经济性对比方面，据南京沃禾环保核算，采用箱体加高方案投资费用为183.8万元；而采用褶皱式滤袋方案投资费用为141.5万元，相比箱体加高方案可节省投资42.3万元，此还未计引风机、脉冲阀运行的节能费用。
4前景展望及需要注意的技术问题
目前，滤筒和褶皱滤袋在国内烟气除尘领域应用，还主要是水泥、钢铁等行业，电站锅炉布袋除尘器上应用还非常少，少数开展应用的也以300MW以下的小型机组改造为主，新建项目以及大型机组方面的应用，还处于应用研究阶段。在《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的带动下，“十二五”期间，我国电站锅炉配套了一定数量的布袋除尘器和电袋除尘器。进入“十三五”以来，在《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》（环发[2015]164号）以及《火电厂污染防治可行技术指南》（HJ2301-2017）的驱动下，更高除尘效率的高精过滤滤袋研发与应用，发展速度也非常迅速，但高精过滤滤袋除尘器的特性，首要的是要求低过滤风速，假如仍然应用传统形状与结构的滤袋，那么在电站锅炉配套布袋除尘器，在与传统布袋除尘器应用同类条件下，将会设计出比其空间结构更大的布袋除尘器，清灰控制也增加更多的环节，这些显然会是新技术发展中的新问题。另外，“十二五”期间装备的布袋与电袋除尘器的提效升级改造，也会同样面临类似的增大除尘器本体结构的难题，而滤筒和褶皱滤袋在解决这些难题方面具有巨大的优势，因此，滤筒和褶皱滤袋在新的环保形势下，具有非常好的应用前景。
从美国、德国、日本等国家的滤袋除尘器发展情况看，滤筒式布袋除尘器不仅广泛用于水泥、钢铁等行业，而且在电站锅炉机组上也已经应用。
已有的应用经验表明，滤筒和褶皱滤袋的应用需要注意烟气粉尘特性与滤筒或褶皱滤袋夹角的关系，对于一些烟气湿度大、粉尘吸附性强、粘性大的工况，滤筒和褶皱滤袋应慎重使用。在属于滤筒和褶皱滤袋可应用的范围内，不同的烟气湿度、粉尘吸附性、粘性等对应的褶皱夹角，是应用中需要注意的一个重要问题，特别是电站锅炉普遍采用在线清灰方式下，褶皱夹角应趋向选择较大的夹角，切勿盲目追求过大的过滤面积。
此外，滤筒和褶皱滤袋应用中滤袋的合理长度以及滤袋间的合理间距，也是与普通滤袋有所不同的，这在新建项目中应予以重视。对于改造项目，由于上述众多因素的影响，并不是简单的滤筒和褶皱滤袋替代传统滤袋的关系，最佳的选择应该是根据原有除尘器结构与参数，合理选择滤筒和褶皱滤袋，特殊情况下应考虑针对实际情况，定制满足实际要求的滤筒和褶皱滤袋。
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