燃煤電廠電-袋復(fù)合除塵器濾袋損壞原因分析

江得厚，王賀岑，張營(yíng)帥，張 櫻，張歡紅

（1.河南電力試驗(yàn)研究院，鄭州 450052；2.華北電力大學(xué)，北京 102206）

燃煤電廠電-袋復(fù)合除塵器濾袋損壞原因分析

江得厚1，王賀岑1，張營(yíng)帥1，張 櫻2，張歡紅1

（1.河南電力試驗(yàn)研究院，鄭州 450052；2.華北電力大學(xué)，北京 102206）

著重對(duì)電-袋復(fù)合除塵器存在的PPS濾袋短期內(nèi)出現(xiàn)非壽命期大面積損壞的原因，以及針對(duì)電-袋復(fù)合除塵工藝技術(shù)中的部分不同意見，進(jìn)行了進(jìn)一步的分析和探討；提出電-袋復(fù)合除塵器與袋式除塵器在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上并沒有特殊優(yōu)勢(shì)，且電-袋復(fù)合除塵器在應(yīng)用中已發(fā)現(xiàn)了一些重大問題，因而應(yīng)引起有關(guān)重視，在選擇采用這種工藝技術(shù)時(shí)要慎重。

燃煤電廠;電-袋復(fù)合除塵器;袋式除塵器;濾袋破損

1 前言

截至2010年5月，我國(guó)燃煤電廠135MW以上機(jī)組運(yùn)行的47臺(tái)電-袋復(fù)合式除塵器中，已有70%的設(shè)備出現(xiàn)PPS濾袋強(qiáng)度嚴(yán)重下降、大面積破損等情況。筆者曾通過介紹33臺(tái)電-袋復(fù)合除塵器的運(yùn)行狀況，剖析了電-袋復(fù)合除塵器在應(yīng)用中存在的主要問題及根本原因（見《中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)》2012年第2期《燃煤電廠電-袋復(fù)合除塵器的應(yīng)用及問題分析》），本文著重對(duì)電-袋復(fù)合除塵器存在的PPS濾袋短期內(nèi)出現(xiàn)非壽命期大面積損壞原因進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，并針對(duì)該工藝技術(shù)中的部分不同意見進(jìn)行了探討，以引起有關(guān)方面的重視，在推廣應(yīng)用中避免造成不必要的損失。

2 電-袋復(fù)合除塵器濾袋損壞原因分析

2.1 關(guān)于電-袋復(fù)合除塵器的濾料質(zhì)量問題

從目前電-袋復(fù)合除塵器在國(guó)內(nèi)應(yīng)用中出現(xiàn)的問題看，國(guó)內(nèi)外幾個(gè)較大的供應(yīng)廠家的濾袋在使用中都出現(xiàn)了破袋情況。如A濾袋供應(yīng)廠家在山西、河南運(yùn)行4個(gè)月或2年內(nèi)中有破袋情況；G供應(yīng)廠家的濾袋在某電廠的袋式除塵器中有過90個(gè)月的運(yùn)行業(yè)績(jī)，但在安徽某電廠的電-袋復(fù)合除塵器上卻在運(yùn)行1年半的時(shí)侯就出現(xiàn)了破袋情況。O供應(yīng)廠家的濾袋在河南曾經(jīng)在袋式除塵器中有過73個(gè)月的運(yùn)行業(yè)績(jī)，但在電-袋復(fù)合除塵器的使用中，2年內(nèi)也發(fā)生了破袋情況。B供應(yīng)廠家的濾袋在內(nèi)蒙某電廠純袋式除塵器中也有過4年多的運(yùn)行業(yè)績(jī)，但在電-袋復(fù)合除塵器中僅8個(gè)月就出現(xiàn)了破袋的情況。國(guó)內(nèi)的濾袋供應(yīng)廠家的產(chǎn)品都在電廠和其除塵器的使用中有很好的業(yè)績(jī)，但在燃煤電廠電-袋復(fù)合除塵器的使用中，卻都是在4個(gè)月至1年半就出現(xiàn)了破袋情況。那么濾袋損壞的真正原因就絕不僅是因?yàn)闉V料的質(zhì)量問題了。

2.2 關(guān)于電-袋復(fù)合除塵器的運(yùn)行阻力

目前，電-袋復(fù)合除塵器的設(shè)計(jì)運(yùn)行阻力范圍在600～800Pa，據(jù)對(duì)全國(guó)用戶的調(diào)查了解，運(yùn)行一年左右時(shí)，電-袋復(fù)合除塵器的運(yùn)行阻力都在1000～1200Pa，有些達(dá)到了1500Pa及以上，并呈逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這與微細(xì)粉塵嵌入濾料內(nèi)部有關(guān)（見下圖）。

微細(xì)粉塵嵌入有覆膜的濾袋內(nèi)部示意圖

某電廠300MW機(jī)組的電-袋復(fù)合除塵器即便采用了覆膜濾袋，微細(xì)粉塵也仍嵌入了濾料內(nèi)部。原因其實(shí)也很簡(jiǎn)單，因?yàn)闉V袋是靠表面形成的粉塵層過濾粉塵的，粉塵粗細(xì)搭配更容易掛粉和密實(shí)，提高了捕集效率和精度，也就是粉塵層越厚越密，收塵的效果就越好，也就更易收集超微細(xì)粉塵，甚至做到零排放，當(dāng)然因此也會(huì)增加能耗。而電-袋復(fù)合除塵器的濾袋表面只能形成稀薄粉塵層，在過濾風(fēng)速較高時(shí)，粉塵的透過率也更高，殘留在纖維中的粉塵亦更多，所以，運(yùn)行阻力更易升高，微細(xì)粉塵也更易逃逸而不利收集。

2.3 關(guān)于電-袋復(fù)合除塵器內(nèi)的臭氧對(duì)PPS的影響

電除塵器中有電暈就會(huì)產(chǎn)生O3，這是不爭(zhēng)的事實(shí)，只是產(chǎn)生后的O3很快就會(huì)與煙塵中的物質(zhì)反應(yīng)生成其他物質(zhì)。在南京某電廠電-袋復(fù)合除塵器的試驗(yàn)報(bào)告中有如下論述：“除塵器進(jìn)口、出口等處的臭氧濃度極低。其可能的原因如下：1）電除塵器在高溫下工作，氣體溫度在130℃以上，在這個(gè)條件下，電場(chǎng)產(chǎn)生的臭氧迅速分解；2）由于臭氧的分解速率除了和溫度有關(guān)外，可能還和氣體的成分有極大的關(guān)系。如電除塵器中的氣體含有少量的硫化物、低價(jià)氮和碳氧化物等還原性氣體，這些還原性氣體可能加速臭氧的分解”。該論述也說明O3已經(jīng)生成其他物質(zhì)，正好也說明了在原基礎(chǔ)上可增加NO2、SO3的濃度。筆者此前論述過的國(guó)內(nèi)33臺(tái)電-袋復(fù)合除塵器濾袋壽命短的案例和檢測(cè)結(jié)果，也說明了濾袋損壞的真正原因。

2.4 關(guān)于電-袋復(fù)合除塵器中SO2、NO生成SO3、NO2

某報(bào)告中引用某廠家可能是直接從CEMS在線監(jiān)測(cè)儀表取得的數(shù)據(jù)，用以說明電-袋復(fù)合除塵器中的SO2、NO不會(huì)生成SO3、NO2，其表述為：1）多臺(tái)電-袋復(fù)合除塵器進(jìn)、出口煙氣成分測(cè)定結(jié)果表明，除塵器出口的SO3、NO2含量并不比入口高，說明臭氧很快、很容易與煙氣中的SO2、NO反應(yīng)生成SO3、NO2的設(shè)想不存在；2）監(jiān)測(cè)的16臺(tái)機(jī)組的NO2都為0（并用藍(lán)色標(biāo)記圈點(diǎn)），說明不會(huì)有NO2對(duì)濾袋產(chǎn)生腐蝕的問題。

但上述結(jié)論明顯有誤，起到有意誤導(dǎo)的作用，或是疏忽所致。

燃煤鍋爐在燃燒過程中NOx的生成物主要是NO和NO2，常規(guī)燃煤鍋爐中NO生成量占NOx總量的95%以上，NO2一般在5%左右[1-4]，因此在燃煤鍋爐中不可能沒有NO2存在。煤燃燒形成氮氧化物實(shí)際上是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，與煤種、燃燒方式及燃燒過程控制密切相關(guān)。一般NOx在500～1300mg/m3之間。無(wú)煙煤燃燒時(shí)NOx排放最大，褐煤為最小，這不單與煤種有關(guān)，更重要的是與燃燒方式有關(guān)。揮發(fā)分越低，為了燃燒的要求，控制的燃燒溫度就越高，形成原始的NOx也越高[5]；不同爐形影響也很大，液態(tài)排渣爐比固態(tài)排渣爐就大得多，分級(jí)配風(fēng)的切向燃燒比前后墻水平燃燒方式低[6]；總體最低為循環(huán)流化鍋爐，一般在100～300mg/m3之間。為了更好地分析方便對(duì)比參考，按GB13223-2003標(biāo)準(zhǔn)的要求：過量空氣系數(shù)折算值為1.4進(jìn)行折算，將ppm單位換算為mg/m3單位，NO2按NOx的5%計(jì)算后的結(jié)果見表1。

為了便于分析比較，按NO的3%計(jì)算出NO2，再將NO＋NO2作為NOx分析參考，并刪除沒有進(jìn)口或沒有出口的測(cè)試項(xiàng)目，以方便對(duì)比，轉(zhuǎn)換后的計(jì)算結(jié)果見表2。

從轉(zhuǎn)換后的表2中可得知原表1中數(shù)據(jù)差錯(cuò)的原因：

（1）監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)錯(cuò)亂和不準(zhǔn)確。例如電廠3,NOx＜40mg/m3（流化床鍋爐也不會(huì)這么低）；電廠2的#1爐、電廠4的#1爐、電廠6的#1爐等的NOx監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也過低（就是采用了低氮燃燒器也不可有這么低的數(shù)據(jù)），這都說明了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，除非是流化床鍋爐或已使用了高效脫硝裝置。另外，目前電廠的CEMS系統(tǒng)中由于沒有NO2檢測(cè)器件，所以沒有數(shù)據(jù)顯示，但在監(jiān)測(cè)報(bào)告中不能將NO2項(xiàng)寫為0。盡管NO2數(shù)據(jù)很小，很難測(cè)出來(lái)，也很難測(cè)準(zhǔn)，NO2標(biāo)氣也不穩(wěn)定，所以校準(zhǔn)也很難，當(dāng)前環(huán)保部門統(tǒng)計(jì)由于其數(shù)值很小也就把它忽略掉，但在研究時(shí)或?qū)﹄姀S選用濾料時(shí)使用專用儀器精心檢測(cè)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)NO2的確存在。

（2）本文將NOx的5%折算為NO2，得出的結(jié)果很清楚，14個(gè)案例中的NO2都遠(yuǎn)大于15mg/m3，都不能在電-袋復(fù)合除塵器中使用PPS了，就是按3%轉(zhuǎn)換，也有一半案例的電廠不能使用PPS。所以，按表1、表2所選用的數(shù)據(jù)，存在一定難解的問題。

表1 某濾料廠家對(duì)電-袋項(xiàng)目煙氣分析及濾袋使用情況的調(diào)查數(shù)據(jù)折算后的結(jié)果

表2 計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)化表

（3）該報(bào)告還提到“現(xiàn)行國(guó)標(biāo)規(guī)定NOx應(yīng)小于450mg/m3，NOx轉(zhuǎn)化為NO2的轉(zhuǎn)化率應(yīng)少于5%，則NO2約小于12ppm（24.6mg/m3）”，若按此數(shù)據(jù)，煙溫就要在120℃以下運(yùn)行了。報(bào)告同時(shí)還提到“新的國(guó)標(biāo)將規(guī)定NOx小于100mg/m3，其中NO2小于5mg/m3”，但這是鍋爐脫硝后的數(shù)據(jù)，脫硝后會(huì)產(chǎn)生的硫酸氫銨具有一定的黏性，對(duì)電除塵器和袋除塵器都有不利的影響，因此又將有新的問題待解決。

（4）從表中可見，電廠1的#1、#2爐，電廠4的#2爐的出口N0x均大于進(jìn)口，這其實(shí)證明了多臺(tái)除塵器的臭氧起作用了；電廠2的#3爐、電廠3的#1爐、電廠4的#1爐N0x出口均小于進(jìn)口，也可說是因?yàn)镹O2與濾袋起作用而造成了出口減小。

（5）一般經(jīng)驗(yàn)粗略估算燃用煙煤的NOx為500～700mg/m3，貧煤在700～900mg/m3，無(wú)煙煤在800～1300mg/m3。目前對(duì)NO2轉(zhuǎn)換率有較大的爭(zhēng)議，經(jīng)實(shí)測(cè)，NO2大多在15mg/m3以下，轉(zhuǎn)換率采用2%較為合適，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較為接近，但這僅供參考。如這種轉(zhuǎn)換率在實(shí)用中驗(yàn)證是正確的，大多數(shù)電廠的NO2都會(huì)低于15mg/m3，使用PPS濾袋是可行的，所以，有些資料就有這種推論。

2.5 關(guān)于某些測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

東北大學(xué)及某些學(xué)者的試驗(yàn)是在試驗(yàn)室內(nèi)用短時(shí)間得到反應(yīng)的結(jié)果[7]，但做試驗(yàn)用的是高濃度的O3（2.4mg/L）、NOx（1000ppm、l500ppm、2500ppm）。引用其結(jié)果和反應(yīng)趨勢(shì)，目的在于說明氧化對(duì)PPS濾袋的損害，以及說明濃度、溫度、時(shí)間三者的關(guān)系，即低濃度、高溫度、長(zhǎng)時(shí)間，或高濃度、低溫度、短時(shí)間都會(huì)對(duì)濾袋造成嚴(yán)重?fù)p傷或傷害。這些試驗(yàn)是有意義的。雖然有些專家認(rèn)為“燃煤鍋爐的煙氣條件與某些學(xué)者的試驗(yàn)條件相差太大，其試驗(yàn)結(jié)論也沒有意義”，但很多單位都是在沒有粉塵、沒有真實(shí)電極（電極形狀對(duì)產(chǎn)生臭氧有影響）的試驗(yàn)室里，用空氣的試驗(yàn)裝置做出的臭氧結(jié)果。所以不能說以上的試驗(yàn)沒有意義。事實(shí)上由于O3不穩(wěn)定，很容易就會(huì)與煙氣中的其它成分起反應(yīng)，因此很難單獨(dú)測(cè)到O3的存在，而O3與煙氣中的NO、SO2生成NO2和SO3后就會(huì)對(duì)PPS濾料造成傷害。通過電廠應(yīng)用電-袋復(fù)合除塵器后，大部分濾袋運(yùn)行壽命都短于在袋式除塵器上的使用壽命的結(jié)果也可以得出以上結(jié)論。

2.6 300MW機(jī)組4電場(chǎng)電除塵器改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

有文章認(rèn)為，通過一些小機(jī)組得到驗(yàn)證，電-袋復(fù)合除塵器的運(yùn)行壽命較長(zhǎng)，因此，可在大機(jī)組中推廣。但通過對(duì)幾臺(tái)大機(jī)組的運(yùn)行情況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)機(jī)組前置的電除塵器幾乎不起作用。從文獻(xiàn)[8]中也可知，70%的大型機(jī)組電-袋復(fù)合除塵器的濾袋壽命最短的為4個(gè)月，最長(zhǎng)的為30個(gè)月，一般在質(zhì)保期內(nèi)最少換一次濾袋，最多的換2～3次，計(jì)算時(shí)按1次。而袋式除塵器的運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的在6～7年，一般在4年左右，最少的也有3年多，大部分能一個(gè)大修期（4年）后才更換濾袋。表3是兩種技術(shù)工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)比較。

表3 兩種除塵器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

以300MW機(jī)組為例，電除塵器改造為純袋式除塵器投資較高，電-袋復(fù)合除塵器次之；年運(yùn)行費(fèi)用袋式除塵器較低。新機(jī)組為袋式除塵器投資最低（約1600萬(wàn)元），運(yùn)行費(fèi)用較低，而電-袋復(fù)合除塵器投資約1850萬(wàn)元，運(yùn)行費(fèi)用較高。以上比較都沒將折舊和還貸利率考慮在內(nèi)。從以上計(jì)算電-袋復(fù)合除塵器氣布比按1.2m/min、袋式除塵器按0.8m/min計(jì)算，若按平均值1.0m/min計(jì)算，袋式除塵器投資會(huì)更少。另外，換一次濾袋最少要20d，以電廠每天70%負(fù)荷運(yùn)行20h，20d就將損失發(fā)電量約8400萬(wàn)kW·h，損失3340萬(wàn)元（其中還沒有計(jì)算少送電造成的間接損失等）。從以上的對(duì)比分析可得出結(jié)論：從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上考慮，采用電-袋復(fù)合除塵器要特別慎重。

2.7 關(guān)于電-袋復(fù)合除塵器的業(yè)績(jī)

有資料稱某公司有100多臺(tái)電-袋復(fù)合除塵器的運(yùn)行業(yè)績(jī)。但據(jù)了解，該業(yè)績(jī)中大部分都是相當(dāng)135MW以下配套的小鍋爐，且目前大多已關(guān)停，真正并入電網(wǎng)并運(yùn)行一年以上的的大機(jī)組，可能還不到1/3。因此，在選擇采用該工藝技術(shù)時(shí)，不能只看統(tǒng)計(jì)出的業(yè)績(jī)數(shù)據(jù)。同時(shí)有關(guān)企業(yè)也應(yīng)該實(shí)事求是地對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入研究并提出對(duì)策。目前已有部分企業(yè)已注意到了濾袋破損的問題，并采取了措施。如采用PTFE基布或采用PTFE+PPS各50%混紡加PTFE基布的濾袋等，這種復(fù)合濾袋已在兩個(gè)電廠應(yīng)用。某電廠原4個(gè)月左右得換一次濾袋，第三次換用復(fù)合濾袋后，目前已運(yùn)行一年多時(shí)間了，因而改進(jìn)后有一定效果。

另外，有些資料和報(bào)告中對(duì)濾袋已經(jīng)損壞并更換的電廠，仍作為電-袋復(fù)合除塵器的應(yīng)用業(yè)績(jī)?cè)诮榻B，這樣做很容易造成誤導(dǎo)并引起非議，不利于行業(yè)今后的健康發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）電-袋復(fù)合除塵器在運(yùn)行應(yīng)用中，逐步發(fā)現(xiàn)了一些重大問題，應(yīng)引起重視，采用這種工藝技術(shù)要慎重。

（2）電-袋復(fù)合除塵器與袋式除塵器在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性上比較，并沒有特殊優(yōu)勢(shì)，反而增加了設(shè)備的備品、備件和維護(hù)工作。

（3）電除塵器和袋式除塵器組合后，各自的優(yōu)勢(shì)沒有顯現(xiàn)出來(lái)，各自的缺點(diǎn)反而顯現(xiàn)明顯。有些資料介紹的電-袋復(fù)合除塵器的優(yōu)點(diǎn)，其實(shí)袋式除塵器都已具備，因此將兩者組合在一起的必要性不大。

（4）電-袋復(fù)合除塵器所出現(xiàn)的濾袋損壞問題是針對(duì)使用PPS濾袋而言的，使用其它濾料可能會(huì)得到解決，只是價(jià)格要高得多。

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Filtering Bag Breakage Analysis on Composite Electrostatic-bag Precipitator in Coal-Fired Power Plants

JIANG De-hou1, WANG He-cen1, ZHANG Ying-shuai1, ZHANG Ying2, ZHANG Huan-hong1
(1.Henan Electric Research Institute, Zhengzhou 450052;2.North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

The paper analyzes and probes into the breakage reasons of PPS filtering bags existed in the electric-bag composite precipitator within the short period of time and the different opinions on technology of electric-bag composite precipitator, puts forward that there are no special advantages for electric-bag composite precipitator and bag precipitator in technical and economic fields. Some of major problems are shown in the application of electric-bag composite precipitator so that we should be careful when we select this technology.

coal-fired power plants; composite electrostatic-bag precipitator; bag precipitator; filtering bag breakage

X701.2

A

1006-5377（2012）03-0045-05

江得厚（1935-），男，廣西賀州人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事火電廠煙氣治理技術(shù)試驗(yàn)研究工作。