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布袋除尘器的基本原理、结构和控制布置一、前言在现代社会中,几乎每个家庭都离不开“布袋除尘器”。比如大家熟悉的家用吸尘器，汽车和电脑用的微型清扫器等。同样“布袋除尘器”在冶金、建材、化工、食品加工等行业中也已经得到了广泛的应用。“布袋除尘器”作为除尘设备已经有了一个世纪的历史。虽然布袋除尘器的使用已经有了一百多年的历史，但其在电力行业中锅炉上使用了还不到30年。自1973年，美国圣勃雷燃煤电厂（总装机容量为176MW）的四台锅炉将静电除尘改为布袋除尘器以来，布袋除尘器在大容量的电站锅炉上开始广泛地应用，特别是在美国、欧洲和澳大利亚。例如，在澳大利亚新南威尔斯州的电站锅炉中80%已经采用布袋除尘器。现在布袋除尘器不但在新设计的电厂上广泛使用，有些国家更在对原有的静电除尘器进行改造。目前安装布袋除尘器的最大机组为850MW。为什么布袋除尘器之所以能在电站锅炉上得到如此迅速地发展，这是因为它有其自身的优点：1、除尘效率高，其效率一般在99.5%以上，高的能达到99.99%；2、对亚微米级的粉尘的收集效果很好，除尘器出口的气体含尘浓度都能低于30mg/m3,好的能低于5mg/m3；3、处理的气体量和含尘浓度的允许化范围大，且除尘效率稳定；4、对粉尘的特性不敏感，（对煤尘来说，不受比电阻的影响）；5、设备简单，维修方便，不需要高技术的工种。除此，其他一些重要的因素是：1、由于科技的发展，特别是新滤料的开发，清灰技术的完善，控制技术的飞跃发展，使得布袋除尘器的滤袋寿命延长，故障率降低，清灰控制可靠，使用范围进一步扩大。2、环保标准的提高，否定了采用高烟囱排放的措施，电厂采用低硫煤做燃料后，静电除尘的除尘效率明显降低。虽然静电除尘在本体和电源设计上作了大量的技术改进，以提高除尘效率，收到一定的效果或采取烟气调质的方法来提高除尘效率，但为达到相同的除尘效率，满足环保的排放标准，投资大大提高，综合经济技术比较后，布袋除尘器更为有利、更为经济。3、对有些特殊的煤灰（比如低温除尘指数小于1，SiO2、Al2O3的含量之和大于90%），静电除尘不能适用。4、随着干法脱硫技术和循环流化床在电站锅炉上的应用，需要有相应的除尘设备予以配合。虽然布袋除尘器在电站锅炉上有如此迅速的发展，但有过一段坎坷的历程。尤其是在我国。80年代和90年代分别两次在电站上使用的布袋除尘器都因布袋寿命短、堵灰或者烧袋导致故障率高，甚至由于影响机组安全运行而宣告失败（这里有设计、制造、滤料、运行和维护等各方面的因素），从而使布袋除尘器在电站锅炉上的应用受到了一定的限制。与此同时布袋除尘器在我国其他行业中已经得到比较普遍的应用，随着科技的不断发展，环保标准的不断提高，布袋除尘器在电站锅炉上应用将会越来越多。由于呼厂的煤灰比较特殊，煤灰中的SiO2、AL2O3含量都在45%左右（这两种成分之和大于90%），Na2O和MgO的含量总和小于1%（其中的Na2O的含量仅为0.01%左右），灰的比电阻高，静电除尘器对这种灰尘的处理很难达到满意的效果。现确定呼厂2×200MW机组采用的布袋除尘器，在我国电力行业是第三次使用布袋除尘器。因此，为确保呼厂使用布袋除尘器的成功投产和长期的安全运行、有必要对布袋除尘器的技术有更进一步的了解和掌握。二、布袋除尘器的原理现在不对布袋除尘器的原理作深入的阐述，因为在一些教材中都已经对此作过详细的论述。不过，有必要在此把一些已经成为当今工业术语，并且对设计和评估布袋除尘器的性能非常有用的一些关键概念作一介绍。大家都有戴口罩的经历，口罩就是一种简易的过滤除尘设备。布袋除尘器的除尘机理很简单，它与口罩的除尘机理一样，是通过滤材料对烟气中飞灰颗粒的机械拦截来实现的。但除此之外，先收到的飞灰颗粒在滤料表面还形成了一层稳定的稠密的灰层（一般称为滤饼或滤床），它又起到了很好的过滤作用，特别是用编制布做滤袋的除尘器，这层滤床起到了主要的过滤作用。过滤元件。过滤元件可以由棉毛纤维、玻璃纤维或各种化学纤维经过纺织（或针刺）成滤料，再缝制成垂直悬挂的滤袋，不同场合要选用不同的滤料。在滤袋上收集到的粉尘通过周期性的机械抖动、过滤后的烟气反吹或压缩空气的脉冲反吹等途径使布袋变形而将灰清除。烟气能够通过滤袋和滤料表面所形成的滤饼（滤床）是依靠滤层两边的压差—这个压差通常称为管板压差d.p.（有时也称为滤床压差）。飞灰收集中，一个特殊的参数是过滤烟速——每分种每平方米的滤布所过滤的气量。滤床的压差d.p.是与烟速呈线性比例关系，因此也与烟气流量呈线性比例关系。这个固定的比例关系系数通常称为滤阻。按此定义，滤阻与烟气流量无关，有点类似于电阻的概念。我们把平均的过滤速度表示为，气布比——它是烟气量与整个过滤面积之比（单位用m3/m2/min表示）。这个参数在布袋除尘器的选择和设计中是一项非常重要的技术指标。布袋除尘器其余的压力损失是由布袋除尘器进口法兰之间的烟道和挡板门所产生的。这个压降的大小与烟气的流速的平方成正比关系，因此整个布袋除尘器的压降Δp.与烟气量是二次方的关系。Δptotal=K1Q1+K2Q2K1=Kdrag/A(Kdrag=滤阻，A=过滤的表面积)K2=烟气道和挡板门的压损系数Q=烟气量注：在设计最大的过滤压降是选择锅炉吸风机容量的约束条件三、布袋除尘器的分类布袋除尘器的分类从除尘本质上讲是没有实际意义的，它只是便于人们对布袋除尘器的掌握和记忆，因此，按照不同的定义就有不同的分类。—按气布比来划分：（仅针对电站锅炉而言）1、高气布比的布袋除尘器，通常气布比：大于1.0m3/m2/min。2、低气布比的布袋除尘器，通常气布比：小于0.8m3/m2/min。布袋除尘器气布比的选定是根据布袋除尘器的使用场合、布袋的滤料、清灰的方式、需除尘介质的含尘浓度或成分、场地的大小以及布袋除尘器的布置等方面的因素来考虑的。—按布袋除尘器的清灰方式划分主要有：1、烟气反吹式布袋除尘器：它是利用过滤后清洁烟气低速反向吹布袋，使得布袋变形来达到清灰的目的。布袋在袋的封口端垂直悬挂着，灰在袋内收集。该形式的除尘器在清灰时作用在布袋上的机械张力较小，适用于玻璃纤维滤袋的除尘器。2、机械抖动式（振动式）布袋除尘器：与烟气反吹布袋除尘器一样，灰也是在袋内收集。它对滤袋的机械强度要求较高，所以对玻璃纤维滤袋不适用。3、脉冲清灰式布袋除尘器：与前两种型式的袋除尘器不同，灰是在滤袋外被收集，滤袋靠袋内部的金属笼支撑。它的清灰是靠清洁的压缩空气周期性地喷入滤袋内，使滤袋变形，把存积在滤袋外面的灰除去。压缩空气的压力、脉冲的强度和持续时间随不同的使用场合调节，根据这些参数可以把脉冲反吹式布袋除尘器又分为：——高压脉冲式：压缩空气压力为：0.60-0.80Mpa——中压脉冲式：压缩空气压力为：0.20-0.40Mpa——低压脉冲式：压缩空气压力为：0.06-0.10Mpa这些不同形式的布袋除尘器的结构有很大的区别，其清灰方式的示意，典型的结构将在下面介绍。选择什么形式的布袋除尘器，一般是根据布袋除尘器的使用场合、布袋的滤料、场地的大小、制造厂的设计特点和运行维护的管理等因素来考虑。四、布袋除尘器的滤料袋除尘器的非常重要的因素之一是除尘器的布袋能否在需除尘的介质中长期（在一定的时间范围内）使用而不损坏（即布袋的使用寿命）。滤袋的损坏主要是指滤袋的破损、氧化收缩、脆化、堵塞、烧损、腐蚀、水解分化等。所以，选择滤袋就有一定的要求，比如耐温、耐腐蚀、阻力小、不易粘灰、寿命价格比好……等。大家都知道滤袋是用滤料制作的，因此，影响滤袋寿命的因素除了滤袋的结构、制作工艺、清灰方式、运行工况等外，最主要的因素就是滤料的特性和质量。1、滤袋的特性主要有以下指标（或内容）——透气性（该特性也确定了滤料的滤阻）——密度——抗折性能（脆性）——断裂强度和断裂伸长（横向、纵向）——耐温性（该特性决定了滤料的使用温度范围）——热收缩率（横向、纵向）——水解稳定性（分四个等级）——抗酸性（分四个等级）——氧化稳定性（分四个等级）以上这些滤料的特性是与滤料的原材料（即原纤维）成分、编织工艺、滤料的各种后处理方式有关的。2、滤料的原材料主要分三类：——天然纤维：以天然棉、毛纤维为主。——玻璃纤维：玻璃丝。——化学纤维：种类很多，主要有：聚氯乙烯类（PC）。聚丙烯类（AC），聚酰氨类（PI），聚苯硫醚类（RYTON），聚四氟乙烯类。3、滤料的纺编织工艺主要分为二类：——编织布（平织、斜纹织、缎织等）——针刺毡（基本和针刺料可以同材料或异种材料）4、滤料后处理主要有：——表面烧毛或压光——热定型——防水防油处理——防火处理——涂膜处理——抗静电处理为了便于对滤料具有的性能有进一步的了解，对选择滤料起到有益的指导作用，下面把六种比较典型的可用于电站锅炉的滤料做一介绍。从表中可以看出：针织毡比编织布的透气性好，纤维的断面是非圆型的化纤类滤料则透气性更好。玻璃纤维的耐温性最好，但因为它的纤维脆易断，抗强酸碱的能力差的致命弱点而限制了它的使用范围。ACRYLIC的滤料耐温较低，且对温度很敏感，因此，使用时必须严格控制烟温，甚至需采用降温保护措施。TEFLON滤料的纤维特别光滑，非常有助于灰尘的去除，另外它的机械强度高，化学稳定性好，耐腐蚀，是非常好的滤料，但因为价格很贵，只有在必要的时候才考虑。现在有用TEFLON作表面涂膜处理的滤料，这种新型的滤料能达到很好的综合性能，而价格相对要低一些。其他各种滤料都各有优缺点，需根据它的性能有选择地使用，必要时也还要采取一定的保护措施。现在滤料的加工工艺进一步提高，采取一些特殊的处理，能进一步提高滤料的性能。玻璃纤维|聚乙烯类|NOMEX偏芳族聚酰氨|RYTON聚苯硫醚|P84聚酰亚氨|TEFLON聚四氟乙烯持续温度℃280160190240250透气性C编织BA纤维断面非圆形BA纤维断面非圆形B抗折叠率DBBBBA热收缩率ABBBBB水解稳定性ABCABA抗酸性DBCABA抗碱性CCCACA氧化稳定性ABBCBA价格较便宜便宜较贵贵很贵最贵备注只适用于烟气反吹袋式除尘器对温度很敏感抗腐蚀性差，煤种变化大时要谨慎对氧化敏感，严格控制烟气含氧量新材料，缺少运行经验太贵注：表中A、B、C、D为四个等级，A为最高，D为最低。在选择布袋的滤料时，烟气的温度提供了选择的初步依据。当温度超过250℃时，只有玻璃纤维的材料才能使用。当温度低于130℃时，显然要采用聚乙烯滤料是最合适的。当温度在130℃-250℃的范围内时，就要根据类烟气的温度和烟气中的成分、长期的运行情况来综合考虑选择哪一种滤料。选用什么形式的布袋除尘器对滤料的选择也是有影响的。玻璃纤维的滤袋抗折、耐磨性能差，在烟气反吹除尘器上使用是有效的，但在其它清灰方式的布袋除尘器上不宜使用，特别是在需要布袋必须具有足够的机械强度的机械抖动式的布袋除尘器上是不能使用的。对其他种类的滤料来说，在各种形式的布袋除尘器上都能使用。五、布袋除尘器的结构和清灰控制在前面布袋除尘器的分类一节中已经介绍了根据不同的清灰方式所分的三种形式的布袋除尘器，事实上，还有其他一些清灰的方式，比如磁振动式，声波助振荡式等等。不管采用哪种形式的清灰装置，清灰的目的和需要遵循的原则是一样的。即当滤袋上的积灰不断增加，滤袋的前后压差增加到某一个值时，就要对滤袋进行清灰，使滤袋恢复到比较理想的清洁状态。有两点需注意的是：1、清灰不能太频繁太剧烈，滤袋表面必须保存一层滤层（不能把滤料上面已经收集到的一层滤层清掉），这就要在清灰强度（包括清灰频率）设计时加以考虑。2、需要清灰的滤袋压差设定点要根据滤袋的使用情况合理设定。压差设定点不能定得太高，否则，运行时间不长细灰颗粒就会嵌入滤袋太深，影响滤袋使用寿命。在滤袋使用寿命的后期，因细灰颗粒嵌入滤袋已较多，清灰的频率要增加。随着科技的不断发展，清灰的控制现在都采用PLC程序控制。理论上最理想的清灰程序是每一个滤袋前后压差达到设定值时开始清灰，到压差降到某一个设定值时停止清灰。但事实上测定每个滤袋的压差是不可能的。因此，一般清灰程序都是按每个过滤单元前后的压差