超净电袋复合除尘技术的研究应用进展

文献[2]通过对荷电颗粒进行过滤模拟和试验研究,在袋区入口烟尘浓度不大于10g/m3时,过滤阻力的增长率受过滤风速增大的影响较小。文献[4]对超净电袋出口烟尘排放浓度与袋区入口浓度、气布比、电区选型的关系进行研究,得到在袋区入口浓度小于10g/m3,采用优良品质的滤料,电区的平均场强不小于3kV/m,板电流密度不小于0.5mA/m2时,可使超净电袋达到小于10mg/m3的排放要求。

文献[5]通过采用芒刺型电极来提高极线尖端的放电性能,增加电场板电流密度和电场强度,从而有效地提高了电区对烟尘颗粒的脱除效果,并且结构上采用了前、后小分区供电技术,增强电源适应不同烟尘浓度的电气性能,细化电区工作单元,提高电区工作的可靠性。

2.2流场均布技术

除尘器内部气流分布优劣直接影响电袋复合除尘器的性能。气流分布对电袋复合除尘器的影响从电区和袋区两部分来讨论。电区气流不均布将导致粉尘颗粒荷电不均匀,并可能产生二次飞扬,从而降低除尘效率;袋区气流不均匀,将导致滤袋长期受到集中气流冲刷,出现滤袋破损的现象,导致粉尘排放浓度迅速升高[6]。

文献[7]提出一种针对电袋复合除尘器的气流均布优化设计方法,其通过缩小的物理模型和数值模型实验结果的对比和分析,确定电袋复合除尘器计算流体动力学（CFD）湍流模型、边界条件等参数的选取和设定,为实际工程的全尺寸CFD计算提供依据,确保CFD计算的准确性和可靠性;确定包括提升阀提升高度、提升阀孔径等影响电袋复合除尘器气流均布的有效调节手段;在建模过程中提供合理假设条件和模型简化方法;

对提升阀提升高度值、提升阀孔径值在经验值的基础上合理选定一组数值,并用GAMBIT建模软件在一个模型上统一建模,生成一套网格模型并导入Fluent中进行CFD计算。文献[[8]通过对入口烟道和除尘器建立物理模型,进行气流分布的测试实验,并结合实际工程的现场测试结果,调整CFD的相关边界条件,建立全尺寸的除尘器数值模型,用Fluent软件进行气流均布模拟计算,为实现大型电袋复合除尘器的气流均布提供了参考。

文献[9]使用Pro/E软件建立3D模型,采用数值分析方法,设定布袋的界面为多孔介质阶跃边界条件,电除尘器内部的气流通过改变气流分布板来调整,重点研究了大型电袋复合除尘器内部的流场分布,得出气流分布板设置与否、设置数量及开孔率对电除尘区速度分布有较大影响,在第3层气流分布板上改进开孔孔径,可有效解决电除尘区第1组灰斗内的涡流现象,从而可提高除尘效率。

因此,CFD数值模拟技术是超净电袋复合除尘器保证气流均布性的重要手段,超净电袋复合除尘器的气流分布优化设计基于CFD数值模拟,其袋区采用多维进风技术,确保最佳的进风比例,并且采用调整滤袋排布、阻流等技术措施,使气流分布的相对均方根差小于0.2,更利于降低粉尘排放、减小阻力以及延长滤袋寿命。

2.3高精过滤技术

滤袋是决定电袋复合除尘器出口排放值最关键的部件,要保证超净电袋出口烟尘排放浓度长期稳定<5mg/m3或10mg/m3,滤袋的过滤精度至关重要。在常用的工业过滤滤料中,PTFE覆膜滤料的过滤精度最高,其次为超细纤维梯度滤料,最后是普通滤料。电袋采用滤料的过滤精度越高,就越容易实现超低排放,且后期的运行阻力更低更平稳,对工况变化适应能力也越强。

文献[10]对超细纤维梯度滤料的性能进行了研究,得出超细纤维梯度滤料采用了粗细分层的结构,迎尘面孔径小,孔隙率大,实现“类表面过滤”,可有效将粉尘阻拦在滤料的外表层,减少微细颗粒渗入到滤料内部,同时也保证了设备的使用后期运行阻力稳定。

文献[11]通过对覆膜滤料、梯度复合针刺滤料等滤料在清洁及集尘状态下进行分级效率试验研究,得出滤料集尘后的分级效率均高于清洁状态,集尘后对粒径大于1μm的粉尘颗粒的分级效率均接近100%,且覆膜滤料的过滤分级效率优于梯度复合针刺滤料。文献[12]通过选取了相同材质但不同厂家生产的滤袋,以及相应的无缝线的滤料进行过滤性能测试研究,得出滤袋缝制工艺和质量对排放性能的影响比滤料本身更大。

超净电袋根据煤种灰分、过滤风速、排放要求等因素来选择高精滤料,一般情况下首选超细纤维梯度滤料,当高灰分且场地受限、高过滤风速时选用微孔覆膜滤料。从加工难易程度及成本上看,微孔覆膜滤料大于超细纤维梯度滤料。

2.4微粒凝并技术

除尘器出口排放的粉尘中,粒径小于2μm的细微粉尘占80%以上,非常容易被气流带出除尘器而逃逸。因此,采取技术措施,提高除尘器对细微颗粒物的捕集能力是进一步降低排放的关键。电场内颗粒物的荷电方式主要是扩散荷电和场致荷电。一般而言,粒径大于2μm和小于1μm的粉尘分别以场致荷电、扩散荷电为主,而粒径在1μm左右的细颗粒物,两种荷电方式都很弱。因此,细颗粒物很难被电区捕集,从而降低了除尘器的除尘效率[13]。

文献[14]通过对粉尘荷电与过滤过程影响关系的实验研究,发现在静电作用下颗粒层的结构更为稳定,不容易出现坍塌现象;细颗粒荷电后可产生一定程度的聚并,形成大颗粒,有利于除尘器对其捕集,进一步提高细颗粒的脱除效率。

文献[15]提出电袋复合除尘器捕集粉尘除了静电凝并作用外,滤袋表面的二次粉尘层和一次粉尘层中粉尘颗粒之间的微米级间隙,以及滤料纤维层中纤维间距的微距,加上荷电粉尘层形成的（内）电场力和（或）外加电场的作用,使微细粉尘发生极化、库伦和电场吸附,是实现高效捕集微细粉尘PM2.5的重要机理。

结合上述实验研究和机理分析,超净电袋复合除尘器可采用以下3项措施以增强微粒凝并效应：（1）采用强放电、高场强极配形式;（2）采用新型电源技术,以便提高针端放电性能,增加颗粒的荷电量;（3）采用嵌入式结构,减少电荷的损失,增强过滤效应。

2.5滤袋资源化利用技术

早期废旧滤袋的回收处理主要是填埋。随着技术进步,当前主要进行资源化利用,通过破碎、熔化拉丝等工艺加工成保温岩棉、再生料等,逐渐形成规模化回收利用。随着滤袋新材料的开发,滤袋将朝无任何污染方向发展。文献[16]采用强酸和氧化剂清洗废旧PTFE滤袋,再对废旧滤袋进行热处理,然后球磨成PTFE粉料,对其进行回收再利用。

文献[17]提出金属纤维毡滤袋与化学纤维滤料相比,具有耐温高、耐腐蚀强、压降低、易加工等优点,并且废旧滤袋资源化利用简单、价值高,将广泛地应用在电厂燃煤锅炉、煤气净化等烟气除尘领域。可以看出,开发和推广应用金属纤维毡滤袋,将促进滤袋向无任何污染的方向发展。

3超净电袋应用进展

3.1总体应用情况

近2年来,超净电袋在燃煤电厂超低排放工程中得到快速推广。截至2016年11月,燃煤机组超净电袋配套总装机容量超过30000MW,其中1000MW机组有8台套。投运累计6910MW,排放质量浓度均小于10mg/m3或5mg/m3,平均运行阻力663Pa。并出口土耳其、柬埔寨、塔吉克斯坦等多个国家,出口项目总装机容量8240MW。其中,土耳其泽塔斯电厂4号炉660MW机组超净电袋实现烟尘排放小于7mg/m3,阻力低于500Pa,各项技术指标优良。

2016年1月电力行业标准《燃煤电厂超净电袋复合除尘器》（DL/T1493—2016）颁布实施,有效规范了超净电袋的设计、生产、安装与使用。超净电袋标准的实施,助力燃煤电厂超低排放技术路线选择的多样化,在西部地区劣质煤电厂的超低排放中,超净电袋将发挥更大的作用。

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