浅析布袋除尘器滤袋失效原因及防范措施

浅析布袋除尘器滤袋失效原因及防范措施摘要：川维厂老区锅炉5#、9#炉使用电袋复合除尘器中的布袋除尘器先后发生滤袋破损问题，通过对布袋除尘器存在的问题进行剖析，结合滤袋自身性能特点，分析总结得出滤袋失效破损的原因，对布袋除尘器进行完善改进，调整符合滤袋运行工况的最佳运行参数，最大限度地延长滤袋使用寿命，减少运行成本，降低安全风险，同时也为新区锅炉除尘器的运行积累宝贵经验，确保烟尘稳定达标排放和锅炉安稳长生产。关键词：布袋除尘器，滤袋破损，失效原因，防范措施1、情况概述川维厂锅炉车间于2009年10月～2009年12月完成老区锅炉5#、9#炉烟气脱硫项目改造，同时把原来三电场的静电除尘器配套改造为一电场二布袋的电袋复合除尘器。下面表1对5#、9#炉布袋除尘器具体参数进行说明。表15#、9#炉布袋除尘器部分参数参数5#炉9#炉备注原来除尘形式三电场静电除尘三电场静电除尘改造后除尘形式一电场二布袋复合式一电场二布袋复合式布袋布置形式二布袋前后并联、左右两区二布袋前后并联、左右两区布袋形式脉冲反吹布袋除尘器脉冲反吹布袋除尘器滤袋型号φ160×8500φ160×8500滤袋笼骨三节内骨架（有机硅喷涂）三节内骨架（有机硅喷涂）滤袋材质50%PPS+50%P84纤维/PPS基布50%PPS+50%P84纤维/PPS基布滤袋数量16721760脉冲喷吹口数16721760喷吹介质压缩空气压缩空气改造投运时间2009年10月2009年12月烟温均值（左右）℃110/120135/165烟气氧量(%)5～95～9正常运行非异常经过一年多的运行，9#、5#炉布袋除尘器分别于2011年5月和2012年1月出现大面积滤袋破损失效现象。9#、5#炉布袋除尘器滤袋颜色全部由原来的浅黄色变为黄褐色，特别是滤袋内侧更是偏于黑色。滤袋破损的部位是离袋口1米处，裂口长达1米多，内表面硬化、易脆，外表面积聚很多板块灰垢（如图1所示）。分别对9#、5#炉布袋除尘器滤袋进行整体更换，把滤袋材质更换为50%PPS+50%PTFE纤维/PTFE基布。（a）（b）图1（a）（b）5#、9#炉滤袋破损失效情况2、布袋除尘简介2.1布袋除尘原理布袋除尘器也称为袋式除尘器，是一种干式高效除尘器，它利用纤维编制物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物。其作用原理是尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。细微的尘粒(粒径为1μm或更小)则受气体分子冲击(布朗运动)不断改变着运动方向，由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径，尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来。其工作过程与滤料的编织方法、纤维的密度及粉尘的扩散、惯性、遮挡、重力和静电作用等因素有关[1]。我厂5#、9#炉布袋除尘器采用的是脉冲反吹式除尘器，其原理如图1所示[2]。图2脉冲反吹式布袋除尘器工作原理2.2滤料特性滤料（袋）是袋式除尘器的核心部件，其优劣直接关系到除尘器性能的好坏。随着袋式除尘器技术的迅速发展，对滤料的选择也提出了更高的性能要求。目前，滤袋滤料材质使用比较广泛，在无其它化学成分影响时150℃以下的纤维为常温纤维，主要包括聚酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚丙烯腈（AC/DT）等；无其它化学成分影响时长期耐温高于150℃的纤维为高温纤维，包括芳纶（Aramid）、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(P84)、聚四氟乙烯(PTFE)、玻璃纤维（GL）[3]。下面表2对几种滤料特性进行对比[4]。表2几种滤料特性对比聚丙烯PP聚丙烯腈AC/DT聚酯PET聚苯硫醚PPS芳纶Aramid聚酰亚胺P-84玻璃纤维GF聚四氟乙烯PTFE连续运行温度90℃125132℃190℃204℃240℃260℃240℃瞬间耐温100℃140℃150℃200℃220℃260℃280℃280℃耐磨性极佳好极佳好好好一般极佳耐水解性极佳很好差极佳好好极佳极佳耐碱性极佳一般好极佳好一般一般极佳耐有机酸极佳极佳一般极佳一般很好很好极佳耐矿物酸极佳很好一般极佳一般很好很好极佳抗氧化性（15%）好好好差一般很好极佳极佳3、滤袋破损失效分析布袋除尘器滤袋失效实际上是在物理和化学综合作用下长期所导致的结果。滤袋失效的因素有很多，总体来看，可以大致分为机械磨损、化学腐蚀、高温塑化、滤袋堵塞等原因。我们以5#、9#炉布袋除尘器为例，进行简单的实际分析。3.1机械磨损我厂5#、9#炉除尘器滤料使用的是50%PPS+50%P84纤维/PPS基布，是一种复合化学纤维，如果受到机械摩擦和冲刷便容易产生磨损破坏而破坏。3.1.1滤袋与滤袋笼骨摩擦导致破坏滤袋笼骨材质为20#钢，表层进行防腐蚀处理有机硅喷涂。当骨架受到烟气酸腐蚀和滤袋的反复摩擦，表层有机硅脱落，腐蚀后生锈带有毛刺，在滤袋反喷吹时与滤袋发生摩擦，导致滤袋破损。5#、9#炉骨架有机硅层均被腐蚀，如图3所示。（a）（b）图3（a）（b）5#、9#炉笼骨骨架有机硅脱落生锈3.1.2滤袋间相互挤压变形被冲刷在滤袋安装时，如果除尘器内部的花板水平度偏差大，则导致滤袋之间的间距不够，相互间发生挤压、摩擦，致使滤袋笼骨变形，滤袋弯曲。当滤袋进行反喷吹时，喷吹气流以0.4MPa的压力直接冲击在弯曲部位，直接冲刷滤袋内壁，在不断冲刷、挤压、扩展、收缩等多重作用下，滤袋强度降低、寿命下降，直至出现滤袋破损。5#、9#炉滤袋均有不同程度的弯曲变形，特别是在第三节骨架变形尤为严重。3.1.3反喷吹气流直接冲刷在滤袋安装时，反喷吹口应该安装在滤袋中心轴上，便于气流到达袋底能够顺利清灰。但是，当反喷吹口位置安装不当时，反喷吹气流将直接冲刷袋壁，使滤袋发生破损。由此因素发生破损的滤袋5#、9#炉均有发生，如图4。图4滤袋袋壁直接被冲刷破损3.2化学腐蚀锅炉的烟气中还有大量腐蚀性气体，如氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）等气体。烟气中含有燃烧后的部分氧气在电场作用下生成臭氧，也会促进酸性气体的生成，促进化学腐蚀影响使用寿命。3.2.1烟气腐蚀性气体腐蚀滤袋5#、9#炉燃烧的是高硫煤，因此烟气中含有大量的SO2、SO3、NO2等腐蚀性气体。如果排烟温度在进入除尘器后降低到酸露点时，生成的H2SO3、H2SO4、HNO3等酸性气体对滤袋和滤袋笼骨产生腐蚀，使得滤袋寿命下降[5]。特别是在锅炉开停机过程中，除尘器内部温度不是很高时，温差变化大，烟气由于酸露点产生的酸腐蚀尤为严重。在2009～2011间9#锅炉停炉6次，5#锅炉停炉12次，这直接导致滤袋寿命下降。3.2.2臭氧对滤料有影响烟气中含有富足的氧气，当氧气经过静电除尘电场时，受高压电流的电晕电极作用，生成了臭氧，而臭氧极不稳定，立即与烟气中的一氧化氮（NO）、二氧化硫（SO2）发生化学反应，生成酸性气体，在低温情况下加剧对滤袋的腐蚀作用[5]。3O2═2O3NO+O3═NO2+O2SO2+O3═SO3+O23.2.3水露点的影响烟气中含有部分水蒸汽。如果进入除尘器的烟气温度较低，在滤袋进行反喷吹时，含有水分的冷空气（压缩空气）进入除尘器，再次降低了烟气温度，接近了烟气结露温度使水蒸汽结露[6]。特别是异常情况下（锅炉发生四管泄漏后），因生产需要而不能立即停运检修时，大量水蒸汽进入除尘器，结露将更严重，直接腐蚀除尘器内部框架、滤袋笼骨，并且滤袋受潮后，容易黏附粉尘，粉尘结块板结在滤袋表面，影响除尘器运行。3.3高温氧化锅炉烟气中是含有氧气的，氧含量多少直接影响滤料寿命的长短。5#、9#炉除尘器滤料是PPS和P84的复合纤维。PPS的抗氧化能力是很差的，特别是当烟气中氧含量超过10%以上时，连续运行温度超过165℃,PPS很容易被氧化和分解。温度对PPS滤料的影响主要集中在热收缩和断裂强力的两个方面影响。图5所示[7]可以看出PPS的寿命随着温度和氧量的增加而急剧下降。因此，在一定的工况下，选择合适的滤料材料对滤袋的寿命起着至关的重要作用。图5PPS寿命与温度、氧含量的关系参照9#炉破损的滤袋，发现该滤袋颜色发生改变，由原来的浅黄色变成了黄褐色，部分滤袋颜色偏黑。原滤袋滤料质地柔软，韧性十足，但是破袋手感发硬，用剪刀剪断时发脆。这些均说明滤料已经被氧化。通过对破损滤袋强度分析，虽然经、纬向的断裂强度没有明显变化，但是滤袋发硬、发脆，颜色改变，在反喷吹气流频繁作用下发生破裂。在2009～2011间，9#锅炉下级空预器漏风就十分严重，致使烟气中的氧含量急剧增加；而且9#炉的排烟温度偏高，特别是右侧连续烟温达160℃左右，左侧因空预器漏风连续温度也有135℃左右，两侧瞬时烟温可能会更高，会直接影响滤袋的寿命。而5#炉空预器漏风量不是很严重，烟气温度也只有115℃左右，这也就是9#炉滤袋寿命短于5#炉滤袋近一年。3.4滤袋糊袋糊袋是滤袋在长期的运行或停运过程中,在含湿度高或有油性物质与滤料发生接触,灰尘在滤袋过滤面或滤料内部凝聚、黏附或板结且无法被在线清灰清除，造成运行阻力大幅升高的现象。运行中由于细灰颗粒嵌入滤袋深处，使得滤袋的透气性受到影响。随着运行时间增长，细灰颗粒嵌入滤袋的数量不断增加，滤袋的压差不断升高，清灰频率增加，到后期清灰已失去作用，压差基本保持不变，滤袋寿命也就终结了[4]。2009年～2011年，9#锅炉多次发生四管泄漏，但是又因生产需要而不能立即停运检修，致使大量水蒸汽进入除尘器，烟气温度下降，达到烟气露点结露，使得粉尘板结结块，黏附在滤袋表面，使滤袋上的空隙率降低，从而降低滤袋的透气性，使得滤袋内外压差高居不下。5#炉因排烟温度不高，接近露点温度，也发生了糊袋，压差也达2200Pa以上。因发生糊袋后只能通过降负荷运行、提升排烟温度和不断在线反复喷吹滤袋的方法维持运行，因此也使得滤袋寿命降低。3.5运行方式不当3.5.1反喷吹气流压力波动大难调整我厂使用的是脉冲反吹式布袋除尘器，使用的反喷吹气流是压缩空气。设计喷吹压力为0.3～0.4MPa。但是压缩空气管线较长、使用用户多致使气源压力波动大，有时低压至0.2MPa，有时超压至0.6MPa以上，因此难以维持气源的稳定。当气源压力超压时，势必会对滤袋寿命有影响。3.5.2气源温度低、水分高用于反喷吹的压缩空气的温度为常温，并且含有大量的水分。虽然在管线上安装有几级油水分离器，但是由于对油水分离器排水排污不及时，水分含量仍然很高。在进行反喷吹时，含水分的冷空气进入滤袋，降低烟气温度的同时也使滤袋受潮产生糊袋。3.5.3设定喷吹压差值不合理滤袋的反喷吹分为自动喷吹和手动喷吹。自动喷吹是根据滤袋内外压差大小自动喷吹清灰。如果设定值过低时，滤袋上没有足够积灰而实施喷吹，既浪费了喷吹气源，又增加了滤袋的喷吹次数，致使频繁喷吹滤袋降低了使用寿命。如果设定值过高时，滤袋内外压差过大，有影响滤袋的透气性能和锅炉安全运行。4、防范措施4.1根据锅炉的实际工矿环境选择合适的滤袋滤料9#炉除尘器排烟温度较高，烟气氧含量也偏高，而PPS的抗氧化能力很差，对于50%PPS+50%P84纤维/PPS基布的滤袋不在适合此种工况环境，必须选择抗氧化能力很好的材料。5#炉排烟温度比较低，要求滤袋防水性能和抗腐蚀性能都很好。PTFE是极端疏水的，防水性能很好，水是无法渗透过PTF形成的薄膜，并且PTFE对任何化学品具有极好的抗腐蚀性能。因此，针对9#、5#炉的工况环境，选择了除尘器滤袋滤料的组分为是50%PPS+50%PTFE纤维/PTFE基布。4.2滤料的表面处理与化学后处理至关重要[4]4.2.1纤维热定型化学纤维在受热的状态下会产生应力，纤维与纤维之间也会产生应力。热定型的作用就是在受热的状态下预先消除其应力，让滤料在低于热定型温度下使用时，不再产生应力或尽可能少地产生应力，以保证滤袋尺寸的稳定性，确保滤料在纤维允许的使用温度内收缩率＜1%。4.2.2烧毛处理通过烧毛处理一方面可以增强粉尘的剥离性能；另一方面可以避免纤维从滤料表面脱落而污染过滤物质。此外，烧毛处理的滤料对于亲散性粉尘的拦截能力比单纯做轧光处理的滤料强。4.2.3热轧处理把纤维在热轧机的滚筒上承受高温与压力双重作用，促使表层的纤维熔化和聚