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1、燃煤电厂电袋复合除尘器滤袋破损分析-与江得厚先生商榷郑奎照1 吴燕翔2（1福建龙净环保股份有限公司 2福州大学化学化工学院）8摘 要 ： 电袋复合除尘器经过近十年在燃煤锅炉的应用，取得优异的效果，实践证明是新一代节能环保除尘产品。其中的关键部件之一滤袋大多采用PPS针刺毡，在小部分的电袋复合除尘器中由于烟气中有害成分含量过高而引起滤袋破损。我们通过实验分析、现场测定和工程实践等证明，电袋复合除尘器臭氧的含量极少，不足以影响滤袋破损，最主要的影响因数是除尘器入口烟气中高含量的NOx和SOx等的相互作用。对文献3的观点我们认为应该商榷，并提出自己相关的意见。关键词：电袋复合除尘器 电晕放电 臭氧
2、NOX SOx 含量 滤袋破损一、 电袋复合除尘器的发展状况电袋复合除尘器自2002年在国内应用以来，由于其运行阻力低、排放稳定可靠、节能显著等特点，迅速被广大用户接受，据不完全统计现在已有360台套工程业绩，其中龙净环保有231台套的合同，其中已运行118台套。燃煤锅炉从65t/h到1000MW机组，几乎覆盖所有锅炉机组。此外美国EERC（能源与环境研究中心）和Hanmon公司也推出了嵌入式电袋（AHPC）和紧凑式电袋复合除尘器（COHPAC）,并分别在bigstone 电厂和bigbrown应用，以及在意大利水泥厂应用。目前由于中国燃煤特点和环保严格的市场需求，加上环保厂商和相关高等院校和
3、研究部门的共同努力，中国的电袋复合除尘器的技术已经处在国际领先水平。二、 电袋复合除尘器的特点1. 除尘性能高效、稳定、低排放电袋复合除尘器适应煤种、粉尘比电阻变化的能力强，且对细微颗粒和超细粉尘的捕集效果优于其它除尘装置，出口排放浓度能够满足小于30mg/Nm3的排放要求，必要时可达5 g/Nm3。实践证明，在电厂煤种变化时、排放浓度基本不变，保持具有长期的高效性和稳定性。非常适合城市附近和旅游区等排放要求严格的场合应用。2. 系统阻力低，运行维护费用低，节能效果显著由于电场区的作用，进入滤袋区的烟气粉尘浓度大幅度降低，即滤袋上粉尘负荷大大降低，同时，由于这些荷电粉尘的同性相互排斥和异性静电
4、凝并作用，使得滤袋表面粉尘层呈蓬松结构，降低滤袋内外压差。电袋复合除尘器的节能主要包括下列三方面：（1）除尘器系统阻力低于常规布袋除尘器，节省后级引风机的电耗；（2）滤袋清灰周期长，节省为喷吹清灰提供压缩空气的空压机的电耗；（3）电场数量少，配置的高压电源与传统静电除尘器相比大大减少，因此大大节省电耗。下面是以某厂350MW机组为例，根据实际运行情况静电除尘器和改造为电袋复合除尘器能耗和运行费用对比表：表一：实际运行能耗对比序号内容单位改造前电除尘器改造后电袋除尘器备注1.引风机总消耗功率KW198020522.除尘器运行功率KW758287含空压机3.科技功率KW273823394.年耗电量
5、万度/年16431401注：表中数据按年运行6000小时计算5. 滤袋使用寿命长电袋复合除尘器由于电场区收集大部分粉尘，使得滤袋区烟气粉尘浓度低，且是荷电粉尘，以及烟气在滤袋区的流速低，滤袋不受粉尘的冲刷磨损；滤袋的清灰压力低，清灰周期长；滤袋内外压差小等因数。因此滤袋使用寿命长。例如徐州坝山电厂，滤袋寿命长达4年8个月以上。6. 电袋复合技术是捕集微细粉尘最佳除尘技术江得厚先生在文献3中提出电袋复合除尘器“不易收超微细粉尘和重金属”，认为“由于微细粉尘不易建立粉尘层滤袋上挂粉松散稀薄，使2.5um及以下微细粉尘或重金属容易穿越滤袋”。我们认为电袋复合除尘器滤袋上的粉尘层不是松散稀薄，而是粉尘
6、厚度一定，有时比普通布袋除尘器更厚，并且粉尘规则有序、小颗粒凝并成大颗粒，透气性高、阻力小，清灰周期长。国内有关高等学校和研究机构测试结果表明，静电除尘器和常规布袋除尘器难以捕集0.1-1um的粉尘颗粒，需要采用静电增强除尘技术。黄斌文献5等认为电袋复合除尘器一方面通过静电凝并使微细颗粒变成较大颗粒，另一方面颗粒带电又增强了粉尘层和纤维层对细颗粒的作用。清华大学通过对静电除尘器、布袋除尘器和电袋复合除尘器三种除尘器的测试，认为电袋复合除尘器对PM2.5粉尘捕集效率是三种除尘器中最高的。美国电力研究所和能源与环境研究中心，对电袋复合除尘器测试，结果证明对PM2.5微细粉尘捕集效率可以达到90%。
7、7. 电袋复合除尘技术是除尘脱除汞等重金属的首选技术我国是汞污染严重的国家，其中燃煤所造成的汞排放问题尤为突出。随着污染情况的加剧以及国际控汞公约的即将签署，对燃煤电厂进行汞排放控制已经成为国内外共识。我国政府已高度重视汞污染防治工作，国务院多次转发相关污染控制通知，并已正式发布了重金属污染综合防治十二五规划。目前我国燃煤电厂大气汞污染控制试点工作正式启动，并即将出台火电厂汞排放标准。在汞排放控制技术方面，利用现有的烟气净化设备（除尘或脱硫设施）进行协同除汞已成为技术开发的主流方向，其中粉状活性炭吸附脱汞技术（ACI）已得到初步商业化应用。电袋复合除尘器在活性炭脱汞方面具有如下优点：（1） 电
8、袋复合除尘器除尘效率高，可以满足中长期粉尘标准排放要求。（2） 对捕集PM2.5微细粉尘电袋复合除尘器可以比静电除尘器和袋式除尘器有更高的效率，同样对极细的颗粒汞也有良好的捕集效果。（3） 电袋复合除尘器清灰周期长，这样可延长吸附剂和汞的作用时间，提高汞的捕集效率。（4） 荷电粉尘和荷电吸附剂的气溶胶效应，有利于颗粒汞和单质汞的吸附，提高汞的捕集效率。（5） 当添加剂在后级滤袋场加入时，由于前级电场收集绝大部分粉尘，产生如下优点：a) 前级电场收下的粉尘没有添加吸附剂，因此不受吸附剂的影响，可以继续和相关建材搭配使用。b) 流经到后级滤袋的粉尘量少，喷入的吸附剂受到粉尘污染（中毒）小，可以提高
9、吸附剂的效果，提高汞的吸附效果，同时减少吸附剂的喷入量。如果对吸附剂进行脱毒回用，还可以减少脱毒回用处理量。c) 被吸附剂污染的粉尘量少，处理费用低。（6） 美国EERC（能源与环境研究中心）原对电袋对汞的脱除已经进行了测试，测试结果表明电袋对汞的脱除效率可以达到90%以上。8. 电袋复合除尘器内的气流可以做到合理分布气体在电袋复合除尘器中的合理分布是电袋复合除尘器的关键技术，龙净环保从电袋研究一开始便重视这个课题，并与清华大学和天津大学共同开发电袋CFD计算机模拟、物理模型试验和电袋复合除尘器现场试验，采取如下措施来实现电袋复合除尘器气流均布：（1） 为保证前级电场的气流均布，进口喇叭分布板
10、的开孔率和开孔位置等与静电除尘器不同；后级滤袋区域与前级电场末端的距离有要求，在滤袋下部适当的位置设置相应的挡板，从电场区进入到滤袋区的烟气按一定比例的水平进气、下部进气进行分配。（2） 在滤袋区要求各个滤袋流量基本相同。通过调整滤袋下部挡板、大净气室顶部提升阀开孔大小、提升阀盖板高度和提升阀开孔位置，以及出口汇风烟道的大小和形状的设置等多种方法，实现各个滤袋的烟气流量在规定的偏差范围内。三、 电袋复合除尘器滤袋失效分析1. 电袋复合除尘器中电场产生的臭氧含量极低，不会影响PPS滤袋的使用寿命龙净环保从2005年开始便与福州大学化工学院合作，开展电袋复合除尘器内臭氧产生规律及其对PPS滤料影响
11、的课题研究，通过实验室测试、静电除尘器现场测试和电袋复合除尘器现场测试，测试结果表明，电场区产生的臭氧在高温流动的环境下浓度微小，达到滤袋区时浓度更是无法测量。同时，对静电除尘器进出口NOX和SO2含量的变化进行测试，测试结果表明进出口的含量变化微小。1.1 电场产生臭氧的实验室测试为了检测静电电场产生臭氧的规律，福州大学建立了一个试验装置。试验装置由模拟电场、高压发生器、风机烟道、电加热及气体采样器等组成，如图1所示。空气从风机送入装置，经加热器到模拟拟电场，再经出口排出大气。实验室试验表明，臭氧产生规律如下：（1） 与电场电极的几何形状有关，针刺线电极产生的臭氧少，且浓度随温度升高下降；（
12、2） 电场电压越高，产生臭氧浓度越大；（3） 气流速度越高，产生臭氧浓度越低；（4） 气体温度越高，产生臭氧的浓度越大，但臭氧的分解速度也加快。在试验条件下臭氧浓度很低，都在0.2PPM以下。图1 电场产生臭氧实验装置图1.2 静电除尘器臭氧和NOX、SOX的现场测试为了求证静电除尘器实际运行过程中是否产生臭氧，以及臭氧是否对NO和SO2的氧化作用，2009年福州大学到福州华能电厂的一台3电场的静电除尘器的进出口进行臭氧、NO、SO2含量的检测，检测结果显示该静电除尘器进出口烟气中臭氧、NO、SO2浓度变化很小，对江文3“电袋复合除尘器电场区产生臭氧对烟气中的NO、SO2进行氧化，增加NO2、
13、SO3含量(反应式（1）”的说法，现场测试数据证明缺乏依据，仅是一种错误的猜测。NO+O3=NO2+O2，SO2+O3=SO3+O2 (1)1.3 电袋复合除尘器臭氧的现场测试针对实际运行的电袋复合除尘器是否存在臭氧，且对PPS是否存在氧化，福州大学对南京梅山电厂50MW机组、洛河电厂300MW机组、新乡宝山电厂660MW机组等电厂应用的电袋复合除尘器进行电场区后端臭氧的测试，即在电场区后布置多个测试点，检测电场区后端滤袋区的前端臭氧浓度值，以及电袋复合除尘器出口的臭氧浓度值。测试结果表明，在测试中很难测试到臭氧成分。再次证明，在高温、低氧和多种其它烟气成分的工况烟气条件下，电袋复合除尘器电场
14、区产生的臭氧浓度极低。1.4 滤袋受烟气腐蚀破损位置的分析为了寻找滤袋受烟气腐蚀是否由于臭氧的作用，我们也研究了滤袋位置不同，腐蚀程度不同与臭氧产生位置的关系。臭氧是由于高压放电产生的，这样，距离前级电场后端越近，臭氧的浓度就越高，或与NO和SO2的反应最为强烈，因此，靠近前级电场越近的滤袋便应该较早发生氧化腐蚀，滤袋破损也就应该较早发生在相应的位置上，越往后则越不容易腐蚀破损。但是，从实际现场破损滤袋位置分布情况与以上的分析不同，通常破损位置不是靠近电场的前级分室，而是靠近中部和后部分室的位置。这再次证明电袋复合除尘器的臭氧浓度极低，臭氧不是影响滤袋破损的主要因数。1.5 分析小结江文3观点
15、之一“O3因与其它成分反应迅速，很难单独测到O3的存在”。既然无法测到臭氧O3的存在，那么文献3对文献1“臭氧对PPS滤料强力影响的试验研究”的引用便毫无意义。同时也说明文献1对高浓度臭氧（高于实际工况10000倍）对PPS滤料的影响的研究，完全脱离PPS在燃煤电厂的实际工况，并明显带有倾向性的对电袋复合除尘技术进行诋毁，给电袋复合除尘器的发展带来负面影响。江文3观点之二“臭氧很不稳定，在高温和一定湿度下易与烟气中其它成分迅速反应，特别是与NO反应生成NO2”。这是他在无法证明臭氧在电袋复合除尘器中含量时，提出的另一种不切实际猜想。而实际测试再次证明不管是电袋复合除尘器或静电除尘器，其中臭氧含
16、量对NO2含量影响也极低。同时文献4采用的NO2对PPS滤料进行老化试验，试验的NO2气体的浓度为1000ppm、1500ppm、2000ppm、2500ppm、3000ppm、25000ppm，试验温度为130、150、170、190、210，在这些条件下，试验结论为PPS滤料强度严重受损。可是，大量的现场运行工况测定表明，燃煤锅炉烟气中NOX的含量700ppm，NOx转化为NO2的转化率不大于5%，即NO2不会大于35ppm。与文献4试验最低浓度的1000ppm相比近29倍相差。该试验与文献1相同，犯了同样的错误。试验的条件与燃煤锅炉的烟气条件相差太大，这样其结论同样也没有意义。“实践是检
17、验真理的唯一标准”。通过实验室测试、电袋复合除尘器现场测试、静电除尘器实际工况现场测试，证明电袋复合除尘器的臭氧产生量极少。此外依据滤袋破损位置的分析，再次证明滤袋的破损不是由于臭氧浓度高加快滤袋的腐蚀，也不是由于臭氧浓度高使NO和SO2被氧化成NO2和SO3而造成的。 2. 电袋复合除尘器滤袋失效情况分析PPS滤料失效一般有两种，一种为滤袋内外阻力过大，使得整个锅炉系统无法正常工作，锅炉无法达到满负荷运行，产生的热蒸汽量不能达到设计值，或发电量不能达到设计值，造成燃煤电厂无法达到预定的经济效益。另一种为滤袋破损，使烟气排放超标，不能达到环保排放要求，造成污染环境；以及烟气粉尘对除尘器后级的引
18、风机叶片产生磨损，缩短引风机寿命，增加运行维护费用。滤袋破损主要有以下几种形式（图2-6）。图2：滤袋板结 图3：滤袋机械磨损图4：滤袋高温烧蚀 图5：滤袋高温塑化图6：滤袋化学腐蚀（1） 滤料堵塞a) 结露板结（图2）滤料表面由于烟气结露使得其表面的粉尘板结结块，使滤袋上的空隙率降低，从而降低滤袋的透气性，使得滤袋内外阻力大。主要原因有：烟气温度低于烟气的露点温度，或者是锅炉爆管使预热器管内的水流到后级滤袋上。烟气温度低于露点温度的原因是锅炉低负荷，投油助燃，以及系统烟道和除尘器保温效果不好，或烟气中含硫量过高等。b) 粉尘粘结在滤袋表面。滤料表面未作防油水等处理、新滤料使用前未做预涂灰和粉
19、尘粘性大，以及清灰效果不好，使得粉尘在滤袋表面粘结，引起滤袋的透气性下降，阻力增加。c) 大量粉尘进入滤料内部。滤料孔径大、粉尘粒径太小，使得粉尘在负压的作用下逐渐进入滤料内部，并随着时间的延长在滤料内部越积越多，堵塞滤料内部的空隙，减少滤料的透气性。（2） 机械磨损如图3所示。PPS滤料是一种化学纤维，当滤袋与滤袋之间、滤袋与硬物之间接触并相对运动时便容易产生磨损破坏而破坏。因此滤袋在装卸、储存、运输过程中要做好保护措施，防止相互之间的挤压和碰撞磨损。特别是滤袋安装在除尘器内部的花板上，如果花板水平度偏差大，可能使滤袋之间的间距不够，滤袋相互碰撞接触。此外滤袋与墙板、滤袋与内部构件的间距在设
20、计或施工过程中出现错误，也会在烟气流动、喷吹清灰气体等的作用下，产生滤袋间相互摩擦。另外若烟气流速过高，也会引起滤袋强烈摆动，使其与相邻滤袋碰撞磨损。当除尘器壳体漏风时，在负压的作用下，局部粉尘高速冲刷滤袋。袋笼制造质量差，出现芒刺和断筋，袋笼与滤袋之间配合太紧，袋笼脱节等。对于覆膜滤料，由于滤料表面的覆膜层非常薄，在滤袋缝制、运输过程中要做好保护措施，特别是滤袋安装过程中，需要在花板孔上预先放置保护短套，以免覆膜直接被花板尖角刮坏。（3） 高温烧蚀PPS气化温度为285。当燃煤锅炉发生尾部燃烧时，带着火星的炽热粉尘附着在滤袋上，容易把滤袋烧坏。如图4所示。此外在滤袋运输、储存和安装过程中，要
21、防止明火和焊渣对滤袋的破坏。（4） 高温塑化温度对PPS滤料的影响主要集中在热收缩和断裂强力的两个方面影响，我们曾通过相关试验，还发现滤料烘烤后手感发硬，用剪刀剪断时发脆；当温度达到210时，滤料表面有烤糊的迹象。从滤袋的耐温曲线也可以看出，在230时，滤料强度保持率成直线急剧下降。在实际工程应用中，PPS滤料在短时多次高温烟气作用下，纤维会发生塑化，滤袋发硬，经过包装、运输和洗涤后（如图5所示）仍保持原来的形状，滤布弯曲后放松也能恢复原状。这种高温塑化情况下，虽然断裂强度还保持在770-860N，但滤料发硬发脆，在喷吹气体频繁作用下，会发生断裂，引起滤袋破损。图7为某燃煤锅炉高温塑化后红外分
22、析对比图谱，发现在1034CM-1位置上出现一个亚砜基，-SO氧化峰。图7:新旧PPS纤维红外分析图谱（5） 化学腐蚀PPS滤料最主要的破损原因是受烟气中各种化学成分的影响，化学腐蚀引起滤袋强度降低（如图6所示），导致滤袋破损。而引起化学腐蚀的气体成分主要是烟气中的O2、SO3、NO2和H2SO4、HNO3等，以及这些成分的相互作用。（6） 案例分析比对a) 江文3中用一台2X125MW机组前级采用三电场一级静电除尘器，下游为半干法NID脱硫除尘一体化设备；另一台为2X135MW机组，用双室四电场电除尘器作为预除尘，后面采用电石渣的半干法旋转喷雾脱硫工艺。运行不到8个月，大量破袋。认为滤袋破损
23、是“暴露在非正常的氧化环境的可能性更确切”，虽然在电除尘器和布袋除尘器之间有脱硫设备但“仍属于电袋复合除尘器运行方式，滤袋失效的原因应是与臭氧有关联的氧化腐蚀。”我们认为不是臭氧引起关联的氧化腐蚀，而是燃煤烟气的氧化和腐蚀性气体成分浓度太高。如果是臭氧引起的氧化腐蚀，请问江先生是否测试过烟气中的臭氧含量和NO2和SO3的变化量。b) 江文3中认为国内某厂200MW机组电袋复合除尘器破损是“由于臭氧关联的氧化腐蚀”。我们和日本东丽公司及相关滤料厂通过烟气成分和温度测试，发现其除尘器入口烟气成分恶劣，SO2含量高达5114mg/m3，温度在119-125，O2含量高达10.6%。我们认为该厂影响滤
24、袋寿命的主要因数不是臭氧，而是入口烟气SO2和氧气含量高，引起低温结露产生酸腐蚀和氧化腐蚀。c) 江文3认为国内“目前运行40台电袋除尘器中：已有20台强力严重下降”。据我们调查的统计数据，目前龙净环保已经运行的电袋复合除尘器有118台，其中最长的时间已有一批3-5年多滤袋不破损，例如天津军粮城电厂、徐州坝山电厂和北京京能电厂。发生不正常破损的数量仅有少量的几台。以及国内总的电袋复合除尘器运行经180台。所以江文3的统计数据严重失实。d) 布袋除尘器由于受到恶劣烟气工况影响，也会发生短时间破袋。2007年底，全国袋式除尘委员会组织专家和委员单位到山西、北京、内蒙、河南等电厂调研布袋除尘器的应用
25、情况，结果表明：布袋除尘器运行后较好地解决排放问题，但在投运后短期内，也出现运行阻力大、滤袋寿命短、清灰故障率高等问题。如内蒙某电厂200MW机组布袋除尘由于工况条件的变化，新更换的滤袋也在短时间内发生破损。四、 小结电袋复合除尘器从2005年在燃煤锅炉已有360台以上的订货业绩，其中已有180以上台套在运行，为国家的节能减排做出了贡献。虽然有极小部分台套的滤袋发生破损，破损的原因通过科学调查和测试，发现并不是前级电场产生臭氧和臭氧对NO和SO2的氧化使滤袋腐蚀，而是燃煤烟气工况本身恶劣造成的。为了发展电袋除尘事业，为了净化蓝天造福人类，我们在这里呼吁：（1） 提倡恪守职业道德，不把科技论文当
26、做相互攻击的武器，不把科技刊物作为相互指责的阵地。（2） 科技论文要与科学测试的真实数据为基础，不采用任何不切实际的猜想和可能，以免扰乱公众视听。（3） 科学实验要与工程实际相结合。以不切实际的、夸大的和实际工程中不存在的试验室数据进行试验，得出的结论对工程实际没有任何指导意义，却对行业的发展会产生巨大的负面影响。参考文献1柳献静等 臭氧对PPS滤料强力影响的实验研究 第十四届全国袋式除尘技术研讨会论文集 2009年2黄炜、林宏 FE型电袋复合式除尘器的开发与应用 第十二届全国电除尘学术会议论文集，2007年3江得厚等 燃煤电厂电-袋复合除尘器滤袋损坏的原因分析 中国电力环保 2011年第2期 2011年 4孙熙等 NOx和O3对PPS滤料老化影响作用 2011年5黄斌、姚强等 静电增强脱除PM2.5研究进展 电站系统工程 低19卷第6期，2003年11月郑奎照：高工，福建龙净环保股份有限公司 副总工程师，长期致力于静电除尘器和电袋复合除尘器研究开发。吴燕翔：福州大学教授，博士生导师。
