高溫超凈電袋復合除塵器的設計優化及應用

0 引言

除塵是我國大氣污染治理的重點方向之一，目前主流技術有電除塵、袋式除塵和電袋復合除塵三大類型，且已廣泛應用于電力行業的燃煤電廠。我國超低排放改造已經由電力行業逐漸擴展至有色、化工、鋼鐵、水泥等非電領域，而非電領域涉及行業眾多，鍋爐煙氣往往不同于燃煤鍋爐煙氣，常面臨高溫、高比電阻、高粉塵濃度等復雜多變工況，這就對除塵技術提出了更高要求。如在高比電阻、高黏性等工況影響下，電除塵器較難實現粉塵超低排放，尤其是對細顆粒粉塵的捕集效率顯著降低[；在高入口粉塵濃度等工況影響下，袋式除塵器運行阻力容易過大，出現破袋，影響除塵效率。電袋復合除塵器有機結合了電除塵和袋式除塵技術機理，在一個箱體內，先通過前級電場區的高壓放電，使粉塵荷電，將80%～90% 的粗粒徑粉塵進行預除塵，剩余少量細粒徑粉塵進入后級濾袋區進行過濾捕集。因此，電袋復合除塵器不受粉塵粒徑大小、比電阻和粉塵濃度等限制，且在同樣的入口粉塵濃度下，運行阻力相比袋式除塵器更低。超凈電袋復合除塵器在電袋復合除塵器基礎上進行了技術升級，進一步提高了除塵效率、濾袋使用壽命等性能，可保證穩定實現除塵器出口粉塵濃度 ?10mg/m³ 的超低排放[2]。與此同時，隨著耐高溫過濾材料的不斷進步，合金纖維濾袋得到開發，其具有耐高溫、耐腐蝕、濾袋使用壽命長等特點，消除了原廣泛應用的化纖濾袋難以適用于高溫工況的限制，高溫超凈電袋復合除塵器由此應運而生。但如何優化合金纖維濾袋的材料和結構、對不同工況進行材料選型和針對性設計，從而改善高溫超凈電袋復合除塵器的性能、適用范圍和穩定性成為研究的關鍵。

本次利用實驗和工程案例相結合的方法，主要從高溫超凈電袋復合除塵技術的關鍵技術和設計要點兩方面展開研究，并對一個典型工程的應用案例進行論述分析，以期為高溫超凈電袋除塵技術在非電領域的研究和應用提供參考。

1關鍵技術及設計要點

1.1合金纖維濾袋研究

高溫濾料技術是高溫超凈電袋復合除塵技術的核心技術，目前除塵行業使用的濾袋大多采用化纖濾料，當煙氣溫度高于 250°C 時，易發生燒袋，導致粉塵排放超標。隨著濾料技術和加工工藝的進步，相繼出現了耐高溫、耐腐蝕、過濾精度高的過濾材料，如陶瓷、合金纖維等濾料，打破了原有化纖濾料無法耐高溫的限制[3-4]。陶瓷濾料主要分為燒結多孔陶瓷膜和纖維氈兩種。燒結陶瓷膜的過濾精度比較高，但其延展性和抗熱震性能較差，纖維氈的抗震性能好，不易破損，但過濾精度比較低。合金纖維濾料是由微米級絲徑的金屬纖維經過無紡鋪制后燒結而成，并可根據工況需要，選擇不銹鋼、哈氏合金等不同的濾料材質，使用耐高溫范圍最高可達 800^°C ，耐溫性遠高于化纖濾料，且濾袋使用壽命遠長于化纖濾袋，廢舊濾料可回收利用，無二次污染[5]。

隨著合金纖維濾袋逐步在工程上應用，進一步提高合金濾袋的性能成為值得研究的重點方向。在德國工程師協會（VereinDeutscherIngenieure，VDI）濾料過濾性能測試設備上，對5種不同過濾精度、鋪層結構的合金纖維濾袋進行過濾性能測試。合金纖維濾袋外觀和VDI測試設備如圖1所示，結果如圖2所示。從圖2可以看出，冷態下，5種不同結構的合金纖維濾袋過濾效率在 99.932%～99.991% ，過濾效率良好；濾袋壓降 556～740Pa ，鋪層結構對濾袋的壓降影響較大，采用良好的鋪層結構可以顯著降低濾袋壓降；樣品4和5整體性能更優。綜上，合金濾袋具有較好的過濾效率和較低的壓降，具備工程應用的基礎。

1.2 除塵器本體耐高溫設計

電袋復合除塵器應用于電力行業時通常采用Q235鋼作為鋼結構件用材，但在高溫工況下，Q235鋼的屈服強度和抗拉強度性能明顯減弱。同時，溫度升高，煙氣體積增大，除塵器的設計體積也需要增加，才能保證除塵效率達標，這就使得除塵器的荷載也有所增加。為此，除塵器的鋼結構用材需要選取更高的強度，如Q355鋼。Q355鋼屬于低合金高強度結構鋼，加入了少量的合金元素，大大提高了鋼材的強度。

另外，在設計時，高溫超凈電袋復合除塵器應充分考慮熱膨脹效應，如除塵器殼體在高溫影響下的伸縮量；注意高溫下各柱腳支座相對于固定支座的位移量；密封材料應選取如石墨盤根等耐高溫材料。

1.3電場區絕緣材料設計選型

電場區高壓放電是保證電袋復合除塵器前級電場預除塵效率的關鍵，也是除塵器能在高溫工況下達標排放的重要保證。電場區應選用高溫絕緣性能好、機械強度高的材料，確保電場區可靠運行。常用的絕緣材料主要有普通電瓷、高鋁瓷、石英玻璃、有機高分子等。已有文獻研究表明，在高溫工況下，只有高鋁瓷能保持較好的機械強度和絕緣性能，可以選擇的有85瓷或95瓷絕緣子6]。

高溫電袋復合除塵器在氧化鋁焙燒爐鍋爐上具有適用性，從已投運的6臺氧化鋁焙燒爐配套的高溫電袋復合除塵器的情況來看，其振打棒絕緣子和承壓絕緣子均選用了95瓷材料，電區運行情況如表1所示。

從表1可以看出，二次電壓和二次電流均保證了較為高效地運行，說明絕緣材料選型和設計符合實際高溫工況要求。

2高溫超凈電袋復合除塵器應用情況

2.1 典型案例工程概況

氧化鋁焙燒爐是一種用于燒結鋁酸鹽礦和焙燒氧化鋁粉末的工業窯爐，主要用于從中提取氧化鋁。運行時煙氣溫度較高，啟停爐時煙溫高達 350°C 。進入除塵器的粉塵濃度可超過 100g/m³ ，是典型的高溫、高粉塵濃度除塵工況。山西某氧化鋁焙燒爐原配套三電場電除塵器，原電除塵器設計粉塵排放指標為 ?100mg/m³ ，但該鍋爐煙氣比電阻高，粉塵粒徑細，平均粒徑在 20μm 左右， 10μm 以下的細顆粒占20% 以上，且電除塵器運行年限較長，導致煙氣排放粉塵濃度已遠超過設計值。經多方比較，最終選擇了高溫超凈電袋復合除塵技術進行改造。

2.2 改造方案

1）保留原混凝土支架、殼體、灰斗、進口喇叭，保留的設備根據需要進行加固、修繕；檢查原有殼體密封焊接和殼體構件焊接并修復；更換或修復進口喇叭內部磨損構件。

2）由于改造后荷載減少，可利舊原電除塵器基礎，各縱橫跨距不發生變動。

3）保留原電除塵器一電場高低壓設備；更新一電場陰陽極；拆除原電除塵器內部二、三電場陰陽極，利用第二、三電場空間布置濾袋區。

4濾袋采用耐高溫合金纖維濾袋，噴吹系統選用固定行噴吹清灰技術。

5）凈氣室出口煙道與原出氣煙箱貫通連接，改造原出口煙箱。

6電袋復合除塵器改造前原設備運行阻力 350Pa 預計改造后運行阻力增幅較小，因此無須改造引風機。

2.3 主要設計參數

主要設計參數如表2所示。

2.4 性能測試

項目投運后，先后開展了三次第三方性能測試，測試結果如表3所示。

結果表明，除塵器出口粉塵濃度均小于 5mg/m³ 均可實現出口粉塵的超低排放；運行阻力最低 327Pa 最高 489Pa ，平均 421Pa ，對比電袋復合除塵器在燃煤電廠 ?1200Pε 的應用標準，運行阻力性能良好。

3 結論

1）高溫超凈電袋復合除塵器在氧化鋁焙燒爐高溫煙氣凈化領域的成功應用，加上其可穩定實現粉塵超低排放、運行阻力低、濾袋壽命長等特點，體現了在高溫煙氣超低排放中高溫超凈電袋復合除塵技術的廣泛適用性和技術優越性，未來在其他高溫煙氣領域，該技術也具有較好的拓展應用前景。

2）高溫超凈電袋復合除塵技術采用的合金纖維濾料，一方面顯示出其優于 化纖濾料的耐高溫性能，另一方面可通過優化設備工藝、濾袋結構，進一步提高其性能，促進高溫超凈電袋復合除塵技術的工業化應用。另外，圍繞不同行業鍋爐和煙氣特點，開展針對性設計和材料選型，對于提高高溫超凈電袋復合除塵器在非電領域的應用水平十分重要。

[參考文獻]

[1］朱召平，肖德貴，信明勛，等.高溫超凈電袋復合除塵器在氧化鋁行業的應用[J].中國環保產業，2020（3）：43-46.

[2]朱召平.超凈電袋復合除塵器的設計優化與效果測試[J].電力科技與環保，2021，37（4）：47-52.

[3]劉侃，趙毅.高溫除塵無機濾料國內外進展綜述[J].環境工程，2017，35（6）：69-72.

[4]陳昌江，陸振乾，楊加左.耐高溫除塵濾料的研究進展[J].紡織科技進展，2019（1）：1-3.

[5]朱召平，婁彤，信明勛，等.高溫超凈電袋復合除塵技術及其在水泥行業的應用前景探討[J].水泥，2020（4）：51-54.

[6]李梟鳴.高溫除塵脫硝一體化技術的開發及應用研究[J].環境科學與管理，2022，47（12）：101-105.

收稿日期：2025-01-21

作者簡介：林雅純（1992一），女，福建人，工程師，主要從事大氣污染控制設備及技術的設計和研究工作。