电袋复合除尘器的滤料试验与应用
摘要:清灰周期与阻力是除尘器的主要技术性能指标。本文研究了粉尘浓度及荷电粉尘对清灰周期与阻力的影响，总结了影响电袋复合除尘器性能的主要因素，介绍了电袋复合除尘器的应用实例，并分析了电袋复合除尘器的适用性。
关键词:电袋复合除尘器,清灰周期,残余阻力
电除尘器在我国的电力行业已有数十年的应用历史。电除尘器的优点是阻力小、设备经久耐用；缺点是除尘效率受煤种的影响很大，尤其是现在燃煤电厂的烟气粉尘排放要求在50mg/Nm3以下，除尘效率难以保证。
袋式除尘器是一种过滤式除尘设备。其突出的优点是除尘效率高并且非常稳定，不受煤种的影响，可保证出口粉尘浓度小于50mg/Nm3。我国的燃煤电厂原先大多采用电除尘器，但从2004年开始，国家对燃煤电厂烟气采用了新的排放标准，国内目前已有很多电厂使用或准备使用袋式除尘器。
电袋复合除尘器是电除尘器与袋式除尘器的有机组合。它的基本设想是先由前级电场预收烟气中70%以上的粉尘量，再由后级袋式除尘器捕集烟气中残余的细微粉尘。前级电场的预除尘降低了滤袋的粉尘负荷量，因而也降低了袋式除尘器阻力的上升速率。此外，同种电荷的荷电又使得粉饼层变得疏松，在相同的粉尘负荷下，带有同种电荷的粉饼层阻力更小。电袋复合除尘器的共同作用使得滤袋的清灰周期变长，从而可以节省除尘器的清灰能耗、延长滤袋的使用寿命。但经过电场后的烟气不仅粉尘浓度发生了变化，而且由于颗粒较粗的粉尘容易被电场除去，所以到达袋式除尘区的平均粉尘粒径也会变小，这会导致除尘器阻力的上升。也就是说，预除尘具有正反两方面的作用。笔者在实验室研究了粉尘浓度对滤料动态过滤特性的影响，以及电场的预除尘和荷电的综合效应，并介绍了电袋复合除尘器的应用实例。
1 试验
1.1 滤料的过滤性能测试
滤料的过滤性能主要指的是在过滤过程中滤料的阻力变化状况及净化效率。目前国际上最先进的滤料性能测试方法是将滤料置于含尘气流中，模拟现场的工作条件，通过反复的过滤与清灰来测试滤料的过滤性能。
图1是根据日本JIS标准制造的滤料测试装置[1]，利用该设备可以在连续的过滤与清灰过程中，测试滤料两侧的压差变化状况及净化效率。
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测试装置的主要流程如下：由供粉装置定量给出的粉尘在粉尘分散器内，与高速喷出的压缩空气混合形成粉尘浓度稳定的含尘气流。含尘气流在真空泵的吸引下流经滤料，绝大部分粉尘被捕集在被测滤料表面，透过滤料的粉尘则被下游的滤纸捕集。当滤料两侧的压差达到设定值时，压缩空气罐内喷出高压气体，实施清灰过程。清灰时，逆止阀自动打开，以使尘气通过过滤器外排。
图 2 是试验测得的滤料动态阻力特性曲线。从图中可以看到，随着时间的增加，由于滤料上粉尘的不断堆积导致差压的不断增高。当压差达到1000Pa时开始清灰，随着堆积在滤料上粉尘的剥离，压差在瞬间从1000Pa降到了数十Pa。两次清灰间的时间间隔称之为清灰周期，清灰后剩余的压差称之为残余阻力。随着清灰次数的增加，残余阻力会升高，清灰周期则会缩短。残余阻力升高及清灰周期缩短的速度与滤料、粉尘的性质及清灰效果等有很大的关系。
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1.2 粉尘浓度对滤料动态阻力的影响
与常规的袋式除尘器相比，在电袋复合除尘器中，由于通过电场的预除尘，粉尘的浓度大幅度减少，在其它所有试验条件（滤料、粉尘、过滤速度、清灰压力等）相同的情况下，本文研究了粉尘浓度对滤料动态阻力特性的影响。
试验条件如表1所示。
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图3、图4给出了在9种不同的粉尘浓度条件下，100个过滤循环中平均的残余阻力与清灰周期。从图中可以看出，粉尘浓度不影响残余阻力的变化，而清灰周期随粉尘浓度降低而延长。即在电袋复合除尘器中，如果不考虑其它因素的影响，由于电场除去了大部分粉尘，则袋式除尘器的清灰周期将会大大延长。
1.3 粉尘的荷电对滤料动态阻力的影响
荷电粉尘的动态阻力测试在东北大学的实验室进行。
试验装置如图 5 所示，基本结构类似于图1所示的试验装置，主要不同之处在于试验装置的竖直管道内有一个高压电场。试验时，在高压电场的作用下粉尘被荷电，一部分粉尘被吸附到管道的内壁上并被去除，其余荷电粉尘随气流经过置于水平段最前部的滤料而被捕集。荷电粉尘的试验条件如表 2 所示。
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图6给出了在电场不加电压和施加4kV与8kV电压时，清灰周期的变化情况。在粉尘供应量相同的条件下，电场的电压越高，滤料的清灰周期就越长。这是由于电场的电压越高，电场部分除去的粉尘也就越多，粉尘的荷电效应也越明显。所以较高的电场电压有助于延长滤料的清灰周期。
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图7给出了滤料上堆积相同的粉尘量时，荷电粉尘形成的粉饼层与未荷电粉饼层阻力的比较。从图7中可以看到，在试验条件下，经8kV电场荷电后的粉饼层的阻力要比未荷电时低约25%。这个试验结果既包含了粉尘的粒径变化效应，也包含了粉尘的荷电效应。
在电袋复合除尘器中，通常电场除去的粉尘会达到80%左右，这就极大地延长了清灰周期。粉尘粒径变化与荷电作用虽具有两方面的效应，但总的来说也有助于延长清灰周期，只不过它与粉尘浓度减小的效应相比要小得多。所以通过上述试验，可以认为，在电袋复合除尘器中，主要是因为进入袋式除尘区的粉尘浓度减小而使清灰周期得以大大延长。
2 电袋复合除尘器的应用
2.1 电袋复合除尘器的型式
目前国内外的电袋复合除尘器主要有两种型式，一种为“前电后袋”方式，美国的COHPAC[2]属于这一种类型。这种电袋复合除尘器的前部为电除尘器，后部为袋式除尘器。根据电除尘与袋除尘之间是否有烟道，又将其分为分体式（见图8）与一体式（见图9）两种。另一种称之为AHPC[3]的电袋复合除尘器结构比较复杂，含尘气流通过多孔板状的集尘极后再流向滤袋，目前国内还未见到采用该电袋复合除尘器的工程应用实例。
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目前国内应用的电袋复合除尘器基本为“前电后袋”方式。如浙江菲达公司现已有多台分体式的电袋除尘器在投运，其中最大的为广州玖龙纸业的210MW机组。一体式的有内蒙古包头第二热电厂200MW机组、湖南石门电厂300MW机组及安徽田家庵300MW机组配套的电袋复合除尘器等。2008年10月，浙江菲达公司取得了印度JHARSUGUDA电厂3×660MW机组的配套电袋除尘器的合同，这是目前世界上配套装机容量最大的电袋复合除尘器，其中的袋式除尘器也是国内厂家所承建的最大的袋式除尘器。
2.2 电袋复合除尘器的应用实例
内蒙古包头第二热电厂的200MW煤粉炉，该系统的脱硫采用NID半干法，除尘采用4电场电除尘器。由于排放标准的提高，原有电除尘器已不能满足需要，2007年对其进行了改造，2008年1月，改造后的电袋复合除尘器投运。
电除尘器的改造方案为：保留原电除尘器的前2个电场、壳体与灰斗，将后两个电场改为袋式除尘器（见图10），电除尘器与袋式除尘器之间布置有气流分布装置。除尘系统的主要技术参数（脱硫工况）为：入口风量160万m3/h；烟气温度80℃；粉尘浓度1500g/Nm3；过滤面积为25,000m2；滤料为PPS针刺毡，PTFE浸渍处理。
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2008年9月，该除尘器由内蒙古自治区环境检测中心站组织测试，在除尘器入口粉尘浓度高达1500g/Nm3的情况下，粉尘排放浓度仅为20.6mg/Nm3。而此时除尘器的阻力小于1500Pa，清灰周期在2小时以上。之所以在这样高浓度的粉尘下，电袋复合除尘器还是保持了很好的性能，一方面是因为在袋式除尘器前面保留了2个电场，使得脱硫后的高浓度粉尘在进入袋式除尘时减少了90%以上；另一方面，合理的气流分布设计与高效率的清灰系统也是保证除尘器性能的必要条件。
3 结语
电袋复合除尘器的优点在于滤袋的粉尘负荷量降低后，只要过滤速度选得合适，系统阻力可以降低，清灰周期也可延长。在国内一些企业设计的电袋复合除尘器上都能体现出这些优点。近年来我国在一些老电厂的改造项目中采用了电袋复合除尘器，新电厂的建设有的也采用了电袋复合除尘器。
相对于袋式除尘器而言，就设备费用来说，电袋复合除尘器增加了电除尘部分，但可通过适当提高袋式除尘器的过滤速度从而在一定程度上予以弥补。如果是电除尘器改造项目，由于可以保留原有电除尘器的一部分作预除尘，电袋复合除尘器的设备费用就显得更低。如果是新上项目，那就要取决于电袋复合除尘器中袋式除尘器的过滤速度。
从国外的经验看，电袋复合除尘器的过滤速度在逐年降低，如在最近（2000年）的1个项目中过滤速度取为1.8m/min。但须要注意的一点是：这个过滤速度的前提条件是极低的入口粉尘浓度（＜1g/Nm3）及较高的阻力设计值（将近2000Pa）。
在前置的电除尘器正常工作时，电袋复合除尘器都表现出比电除尘器或袋式除尘器更好的技术性能。但目前国内的电袋复合除尘器的设计过滤速度一般在1.2m/min左右，在这样的滤速下，无论是设备费用或是运行费用，相对于袋式除尘器而言，电袋复合除尘器都很难体现出优势。因此提高电袋复合除尘器中的过滤速度，是降低电袋复合除尘器成本的一个主要途径。但在不增加清灰频率的前提下提高过滤速度，设备的阻力必然会加大。在电袋复合除尘器的设备成本与设备性能之间，如何掌握一个合适的平衡点是今后需要解决的一个课题。
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