火電廠鍋爐大氣污染控制袋式除塵器的優化設計

孫 雪 景

（吉林建筑大學市政與環境工程學院，吉林 長春 130118）

城市生活中空氣污染問題是我國環保研究的熱點和焦點問題之一。為此，國家對氣體排放問題制定了一系列的保護措施，這些措施提高了煙塵排放的標準，加強了硫化物排放的限制，但也在無形中提高了煙塵濃度和吸煙的電阻率，從而降低除塵器的吸煙效率。本文以研究新型U 型沉降脈沖袋除塵器為例，通過多方面的理論分析和實驗研究，探討了新型U 型沉降脈沖袋除塵器在廢氣處理中的凈化作用。

1 除塵器優化設計的必要性

在我國，袋式除塵器剛開始用于燃煤廠的煙氣除塵，而國外發達國家則對大型火電站的燃煤鍋爐進行除塵和脫硫，其中袋式除塵器的份額占相當比重。隨著國家環保法規日益完善，電廠燃煤鍋爐的各種污染物排放標準也逐步提高，袋式除塵器將在國內燃煤鍋爐的除塵和脫硫市場中具有廣闊的前景[1-2]。

此外，我國對袋式除塵器的需求很大，特別是袋式除塵器濾料、脈沖閥等新材料和新設備的研制，進一步提高了袋式除塵器的安全可行性，不僅清除效率高，而且對粉塵性能和煙氣組成的影響較小，故而具有廣闊的市場開發前景。

2 新型除塵器的優化分析和設計

2.1 工作原理

首先，含塵氣體進入除塵器后，經集合管分流進入U 型集合煙道，由于出口壓力較低，氣流速度減慢，大顆粒粉塵受重力影響掉入灰斗，微細的粉塵進入包袋室；隨后，小小的顆粒和微細粒的粉塵再吸入濾袋中，周圍隨著空氣流的運動作用，在空氣篩分、慣性、粘附和空氣擴散等多種因素作用下，吸入濾袋中的粉塵被捕集并送到粉塵濾袋。粉塵濾袋會快速吸附氣體到濾袋外表，被粉塵凈化的有機氣體粉塵會從裝在濾袋內的表面快速排出。經過一個長期的分化過渡成長周期。吸附于整個濾袋入口表面的空氣粉塵不斷急劇增加，壓差也在不斷急劇升高，當空氣阻力升高到一定阻力值時，壓差通過變壓器自動發出信號、電磁脈沖使風閥自動打開，具有極高壓力的空氣以極快的流動速度從空氣噴射器入口高速吹出，經空氣噴管高速吹進整個濾袋，使其急劇收縮膨脹，引起電磁沖擊波的振動，同時還會產生瞬間的反向振動氣流，脈沖粉刷清灰除塵處理[3]。吸附于機器濾袋底層表面的凈化粉塵，灑落在電動除塵器濾袋底層的除灰斗內，從濾袋除塵口迅速排出，凈化的粉塵氣體從濾袋排氣口中迅速排出。

2.2 構造

U 型沉降脈沖袋式除塵器由入氣口、上箱體、脈沖噴吹裝置、花板、中箱體(煙氣室、內置旁路煙道、凈氣室、濾袋間、U 型槽)、灰斗、排灰裝置、煙氣出口等組成。其中U 型沉降低壓脈沖袋式除塵器，采用煙氣擴容沉降，突然轉彎慣性分離(U 型沉降)，均勻布風緩慢上升3 個步驟來實現預除塵的目的， 從而減少了進入布袋的煙氣含塵量， 減少了布袋的磨損機會，既提高了除塵器整體除塵效率，同時也增加了布袋的使用壽命。U 型沉降脈沖袋式除塵器構造如圖1 所示。

2.3 新型除塵器的優化設計

本文以某電廠70 MW 機組進行袋式除塵優化設計。設計要求標準狀態下袋式除塵器煙氣排放濃度≤50 mg/m3；除塵效率＞99%；漏風率≤2%。優化設計步驟如下。

1）除塵器總過濾面積

已知：Q=120 000 m3/h，vf=1.0 m/min，參考文獻[4]中過濾面積計算公式，帶入數值得：

因此得出本設計中袋式除塵器過濾面積A=2 000 m2，公式（1）中物理量如下，Q 為煙氣流量，m3/h；vf為過濾風速，m/min；A 為袋式除塵器過濾面積，m2。

2）濾袋數量的計算

參考文獻[4]中濾袋數量計算公式，帶入數值得：

因此在本袋式除塵器中應當設立960 條濾袋，公式（2）中，n 為濾袋數量，條；A 為袋式除塵器過濾面積，m2；L 為濾袋長度，m。

3）袋籠的確定

濾袋與袋籠之間的配合尺寸應符合以下要求：①當選用聚苯硫醚(PPS)濾袋時，濾袋直徑應＞袋籠直徑5 mm～7 mm， 濾袋長度應＞袋籠長度的4%～6%；②當選用玻纖覆膜濾袋時，濾袋直徑應＞袋籠直徑3 mm～5 mm；濾袋長度應＞袋籠長度的2%～4%。本設計中濾袋為PPS 材料，因此取濾袋直徑＞袋籠直徑6 mm，袋籠直徑為124 mm；取濾袋長度＞袋籠長度的5%，袋籠長度為4 850 mm。

4）濾袋與花板的布置

根據濾袋數量為960 條， 我們共設6 個濾袋單元，每個過濾單元2 個濾室，共12 個過濾室。每個過濾室橫向布置5 個，縱向布置16 個。一般花板孔直徑應＞濾袋直徑5 mm， 因此花板孔直徑取135 mm。橫向花板孔的中心距取230 m， 縱向花板孔的中心距取180 mm，花板橫向尺寸為7 810 mm，單側花板縱向尺寸為3 300 mm。

5）上箱體的布置

根據花板的尺寸得出上箱體的橫向尺寸為7 810 mm，縱向尺寸為2 個單側花板縱向尺寸與煙氣通道縱向尺寸之和，即8 560 mm。為了方便后續濾袋的更換與維護、室內建筑的高度要求及噴吹設備的安裝，上箱體高度取840 mm。

3 濾料的選擇方案

濾布的除塵性能和使用吸塵器的效率對整體除塵效果有較大程度影響[4]。濾布專用材料篩選應必須具備以下幾個條件：材料能有效阻止細小顆粒粉塵直接通過，濾袋篩選材料中沿經緯度曲線方向交織處的孔眼小，經緯度曲線本身細，以利于增大濾袋篩選有效材料面積、減少篩選阻力。濾料內層絨毛的內部長度不僅要長，而且要具有一定彈性，使其內部能同時覆蓋很多孔眼，并且具有一定的熱強度。為了同時方便反吹粉塵氣體時的清理，濾料中的絨毛葉片應直接位于與其中含塵垢的空氣相碰或接觸的一面[5-6]。

已知設計要求中煙氣平均溫度為140 ℃， 最高溫度160 ℃。熱水鍋爐煙氣產物主要是炭黑、粉煤灰，并且有一定量的硫及其化合物存在，因此應當在聚苯硫醚纖維(PPS)針刺氈與聚四氟乙烯(PTFE)纖維中選取合適本設計的濾料。本設計利用脈沖的方式進行清灰，而聚四氟乙烯(PTFE)纖維柔韌性欠缺在脈沖清灰時容易受到劇烈震動減少濾料壽命， 最終我們選擇聚苯硫醚纖維(PPS)針刺氈作為本設計濾袋的材料。在袋式除塵器前加入U 型槽來達到對含塵煙氣的三步降速， 同時通過慣性力的作用將≥90 um 的顆粒去除，達到預除塵的效果，減少塵粒對濾袋的磨損，提高濾袋的利用率，間接提升除塵效率。在這個過程中可以將原本含塵量2 000 mg/Nm3的煙氣凈化為含塵量41 mg/Nm3潔凈氣體， 煙氣去除效率達到99.95%。

4 結論

本文對U 型沉降脈沖袋式除塵器優化設計進行了詳細地闡述，說明了其改性后的除塵器具有顯著的除塵和凈化能力。同時對其濾料的選擇方案進行分析，為實際應用奠定理論基礎。