合金纖維濾料在垃圾焚燒爐上的應用研究

陳東

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

垃圾是人類生活和生產過程中產生的廢棄物，成分復雜多樣，不僅會污染環境，還會滋生病菌危害人類健康，需要及時妥善處理。垃圾處理方法有高溫堆肥、衛生填埋和焚燒等，主要受垃圾成分、地理環境、經濟條件等因素的影響，當今世界主要采用的垃圾處理方法是焚燒。垃圾焚燒過程會產生多種污染物：顆粒物（飛灰、粉塵）、酸性氣體（SOx、NOx、HCl、HF）、重金屬（Hg、Pb）、有機氯化物（二噁英）等，本文主要介紹了垃圾焚燒爐煙氣中顆粒物的凈化技術。

1 垃圾焚燒爐煙氣特點

垃圾焚燒工藝是垃圾經分揀壓縮處理后，投入焚燒爐中燃燒，高溫煙氣經余熱鍋爐冷卻，并回收余熱用于供熱或發電，殘渣及爐灰從爐底排出。由于垃圾成分的多樣性，焚燒產生的煙氣污染物種類繁多、危害性大，具有以下特點：

（1）由于垃圾中的水分含量高，垃圾焚燒后的煙氣濕度高，最高可達到50%左右，在高濕條件容易引起除塵器中的化纖濾料水解，使用壽命縮短。

（2）垃圾焚燒煙氣中含有SOx、NOx、HCl、HF等多種酸性氣體，煙氣露點溫度比較高，對設備具有較強的腐蝕性。系統設計及設備選型必須充分考慮防結露和腐蝕措施。

（3）由于垃圾成分多樣以及焚燒煙氣工況的不穩定，易造成煙氣溫度的大幅度波動。正常運行時，煙溫200℃左右，異常工況瞬時高溫會高于300℃，瞬時低溫會低于150℃，對設備的影響很大。

（4）煙氣中顆粒物細小，飛灰粉塵的平均粒徑只有30μm左右，對除塵器濾料的過濾精度和清灰系統要求比較高。

2 垃圾焚燒爐除塵工藝

目前，垃圾焚燒爐煙氣中顆粒物的凈化以干法除塵工藝為主，干法除塵主要有電除塵器和袋式除塵器。電除塵器除塵效率受到煙氣溫度和濕度、粉塵特性、設備結構和操作條件等各種因素的綜合影響。實驗室研究發現，在煙氣超過300℃后，飛灰比電阻值提高。除塵器出口無法做到10mg/Nm3超低排放要求。袋式除塵器不會受到煙氣成分和粉塵特性的制約，但會受溫度影響。由于垃圾焚燒爐燃燒工況的不穩定，造成煙氣溫度大幅度波動，常規的化纖濾料在此工況下運行容易燒壞，使用壽命短。建議采用耐高溫濾料，目前行業上較成熟的耐高溫濾料主要有陶瓷濾料和合金纖維濾料。

陶瓷濾料以陶瓷纖維復合過濾元件做高溫過濾介質，在高溫氣體凈化中均面臨孔徑分布不易控制、過濾速度低、使用壽命較低及抗熱震性不高、抗斷裂韌性差等問題。均質多孔陶瓷氣孔率低，需選擇很低的過濾速度且阻力很高；普通陶瓷分離膜層可以做很薄，過濾阻力可實現一定程度降低，但分離膜的氣孔率一般也較低（≤45%），且難以滿足抵抗頻繁脈沖冷空氣反吹帶來的急冷急熱破壞。

合金纖維濾料是由不同絲徑的金屬纖維經過無紡鋪制后燒結而成，其絲徑屬于微米級別，孔隙率達到75%～88%，表面積大，攔截吸附粉塵效果好。合金纖維濾料具有過濾精度高、耐高溫耐腐蝕性能好，機械強度高，使用壽命較長，廢料回收價值高、無二次污染等特點，目前在生物質鍋爐、有色金屬冶煉、鋼鐵、化工等高溫除塵領域已有成功應用經驗，如更復雜惡劣煙氣工況氧化鋁和石灰窯均采用該合金纖維濾料技術，實踐證明技術成熟可靠。

3 合金纖維濾料除塵技術

3.1 技術原理

袋式除塵器是通過濾袋對含塵氣體中的固體顆粒和氣體進行分離的設備。它的過濾機理是：當含塵氣體經過濾袋時，比濾袋空隙大的粉塵，由于重力沉降或慣性作用被濾袋擋住；比濾袋空隙小的粉塵，與濾袋發生碰撞或被濾袋中纖維靜電吸引，最終在濾袋的表面和空隙中與氣體分離。

3.2 技術特點

合金纖維濾料除塵技術具有如下特點：

（1）合金纖維濾料除塵器的除塵效率不受工況變化的影響，濾袋采用高精度過濾濾料，增強對PM2.5等微細粉塵的捕集，同時濾袋在過濾粉塵的過程中表面會積聚了一層粉塵，這層粉塵稱為粉餅層，依靠粉餅層的過濾作用可實現排放濃度長期穩定＜10mg/Nm3，甚至＜5mg/Nm3以下，保證除塵效率長期高效穩定。

（2）合金纖維經過無紡鋪制后燒結而成（見圖1、圖2），具有良好的焊接性能、加工性能、導熱性和高韌性。它不僅可以在高溫煙氣條件下進行煙塵的高效過濾與分離，實現熱能回收利用、簡化工藝系統的目的。還可作為化工冶煉的工藝設備，用來收集原料產品。

圖1 合金纖維濾料外觀圖

圖2 合金纖維濾料微觀結構

（3）合金纖維濾料耐高溫耐腐蝕性能好。合金材料耐腐蝕能力主要與材料耐點腐蝕能力PRE值有關，煙氣中HCl、SOx、HF、NOx等多種酸性氣體濃度越高，相應選取PRE值越高的合金材料（不銹鋼254＞904＞2205＞316＞304）。同時，在高溫煙氣中腐蝕還表現為氧化腐蝕。為此，選取某規格的合金纖維濾料，實驗采用馬弗爐進行氧化處理，使用高精度電子天平稱量氧化前后的質量變化，使用萬能試驗機檢測力學性能，并用電子顯微鏡分析材料表面形貌及成分的變化。實驗結果表明，合金纖維濾料具有良好的耐氧化腐蝕性能（見圖3）。

圖3 合金纖維濾料經過500℃氧化處理后的掃描電鏡圖像

（4）合金纖維濾料的透氣性好、機械性能好等特點。在清灰系統工作過程中，濾袋變形小，而且振動頻繁。噴吹時造成的高震蕩頻率有利于清灰，清灰效果更好。使清灰系統效率達到最佳狀態，實現設備長期低阻力運行。

4 工程應用

大連某廠配套一臺垃圾焚燒爐，主要焚燒垃圾、辦公用紙、生產廢棄物等，燃燒物比較復雜，煙氣正常使用溫度是150℃，異常工況煙溫瞬時會到300℃以上，而且鍋爐啟停頻繁，煙氣易夾帶未燃燒完全的火星，運行工況很差。原濾袋采用PPS+PTFE混紡濾料，使用不到半年濾袋就發生大范圍破損，后面改用合金纖維濾料，至今除塵器運行兩年，使用情況良好。具體技術方案及運行情況如下：

4.1 技術方案

（1）方案設計參數。經過大量實驗研究，結合以往工程經驗，總結濾袋區的最佳設計值，本項目除塵器方案設計參數見表1。

表1 合金纖維濾料除塵器方案設計參數

（2）總體設計方案。該項目利舊原布袋除塵器，將PPS+PTFE混紡濾料更換為合金纖維濾料，清灰系統采用高效的低壓行脈沖噴吹，布袋除塵區清灰系統選用淹沒式進口電磁脈沖閥。濾料選用合金材質濾料，在進口煙道布置預涂灰裝置，防止燃油點爐期間濾袋粘油污。袋區設計進口溫度檢測、除塵器差壓檢測、清灰系統壓力檢測、濾袋脈沖閥控制（定時、定壓、定時+定壓）、袋區溫度報警等電控設計。總體布置見圖4。

圖4 總體布置圖

4.2 運行效果

大連某垃圾焚燒爐項目采用合金纖維濾料除塵技術，于2018年實施改造并順利投入運行。在線監測除塵器本體阻力＜800Pa，出口煙塵排放濃度＜10mg/Nm3，滿足《生活垃圾焚燒污染物控制標準》GB18485-2014和《火電廠大氣污染物物綜合排放標準》GB13223排放限值，效果顯著，圓滿實現了超低排放改造目標。

5 結語

當前，由于常規化纖濾料無法耐高溫，無法使用高溫煙氣的特殊工況，用電除塵器排放又無法滿足煙塵出口排放要求，采用合金纖維濾料可以有效解決這個問題，但是，合金纖維濾料價格會比常規化纖濾料貴很多，不過，隨著批量化生產使用，制作成本會逐步降低。相比較其他材質的干式除塵技術合金纖維濾料優勢明顯，必將成為特殊工況煙氣超低排放的優選技術，代表新一代除塵技術的發展方向。