工業設計論文發表期刊推薦：北大核心級期刊《價值工程》，《價值工程》創刊于1982年，是經國家新聞出版總署批準公開發行的經濟綜合性專業學術期刊，具有國際國內雙刊號，國際刊號ISSN1006-4311國內刊號CN13-1085/N），郵發代號：18—2，主管單位：河北省科學技術協會，主辦單位：中國技術經濟研究會價值工程專業委員會、河北省技術經濟管理現代化研究會。

　　摘要：本文結合除塵器的工作原理和分類特點，明確了生物質電廠除塵器的型式選擇，并結合生物質電廠煙氣和飛灰的特點，提出了生物質電廠除塵器選型設計時需要特別關注的注意事項，在此基礎上提出了生物質電廠除塵器選型設計的意見和建議，相關結論可為后續同類工程提供專業的指導和建議。

　　關鍵詞：生物質電廠,除塵器,設計選型

　　0引言

　　目前，我國生物質資源可轉換為能源的潛力約5億噸標準煤，今后隨著造林面積的擴大和經濟社會的發展，生物質資源轉換為能源的潛力可達10億噸標準煤；根據《可再生能源中長期發展規劃》，到2020年，全國生物質發電總裝機容量將達到3000萬千瓦。隨著社會和科技的迅速發展，人民生活水平的不斷提高，對環境保護的要求也日益嚴格。本文結合除塵器的工作原理和分類特點，結合生物質電廠煙氣和飛灰的特點，提出了生物質電廠除塵器選型設計時需要特別關注的注意事項，在此基礎上提出了生物質電廠除塵器選型設計的意見和建議，相關結論可為后續同類工程提供專業的指導和建議。

　　1除塵器的工作機理和分類

　　1.1除塵器的工作機理

　　除塵設備是生物質電廠的重要設備，通過物理方式把大部分粉塵從煙氣中分離出來，減少煙氣中的粉塵濃度，以達到減小排放煙氣含塵量滿足環保要求、減小除塵器下游的設備磨損、捕集粉塵并回收進行綜合利用等目的；其中達到環保排放要求及減小下游設備（主要是引風機）的磨損是電廠設置除塵器的主要目的。

　　除塵的機理包括重力分離、離心力慣性分離、碰撞慣性分離、接觸阻留、靜電力驅動、凝聚等幾類，不同的粉塵特性適用于不同的除塵機理，除塵設備主要利用一種或者多種除塵機理進行除塵，以達到理想效果。

　　1.2除塵器的分類及主要特點

　　除塵器按照結構型式區分主要有機械式、水膜式、靜電式、過濾式等幾大類型。幾種類型除塵器的主要特點如表1。

　　表1除塵設備主要類型和技術特點

　　類型機械式除塵器水膜式除塵器靜電除塵器布袋除塵器

　　工作原理根據粉塵和氣體的動量不同，利用慣性原理進行分離采用慣性分離大顆粒粉塵，細顆粒粉塵與水膜碰撞并被吸附采用高壓電離，使粉塵荷電，在靜電場的作用下粉塵向極板運動并被極板吸附采用孔徑比粉塵小的濾料，使煙氣通過而粉塵碰撞濾料的纖維被攔截下來

　　主要優點結構簡單，維護少結構相對簡單，維護少效率高，最高可達到99.8%；

　　大型化容易，而且能耐一定高溫，煙氣側流通阻力較小效率高，最高可達到99.9%以上；

　　粉塵適應性好，性能較穩定

　　主要缺點效率低，一般不超過70%，只適合分離粗顆粒粉塵效率低，一般不超過90%，除塵后煙氣含水分較高，容易對下游設備產生腐蝕耗鋼材量較大，造價較高，結構復雜，部分比電阻特殊的粉塵不適合使用結構較復雜，維護工作較大，濾袋不能承受高溫，流通阻力較大

　　排煙濃度較高100mg/m350mg/m330mg/m3以下

　　適用范圍冶金、化工等工藝流程中原料的初步分選，電站鍋爐很少單獨采用對排放要求不高的地區適用，電力行業已淘汰，較早容量在130t/h以下的蔗渣爐有一定的應用適合大型化，排放要求高的火力發電廠，但少部分粉塵收塵效果不理想，最大單機容量達到1000MW等級適合大型化，排放要求高的火力發電廠，基本不受粉塵特性影響，最大單機容量達到300MW等級

　　為滿足國家和地區現行環保要求，目前電站機組使用的除塵設備主要有靜電式除塵器和濾袋式除塵器兩種。這兩種除塵器通過引進國外技術消化吸收，目前國內已經形成自主設計制造能力。

　　1.3主要型式除塵器的工作原理

　�。�1）靜電除塵器

　　靜電除塵器的除塵原理是通過電極在煙氣中放電，使粉塵荷上電荷，并且在電場力的作用下向電極移動，被集塵極捕獲并收集。在靜電除塵器殼體內設有很多組陰極線和與之對應的陽極板，給陰、陽極施加高壓直流電，陰極（放電極）附近空氣被電離，形成電暈。電暈區的范圍較小，正離子很快流向放電極，電子則擴散到電暈外區域。煙氣流過電極區間時，大部分粉塵帶上負極性，在電場力的作用下向陽極板（收塵極）移動，與陽極板接觸后放出電荷，通過振打落入灰斗。

　�。�2）布袋除塵器

　　布袋式除塵器是一種干式的高效除塵器，它利用纖維織物的過濾作用，通過篩濾、碰撞慣性分離、接觸等方式進行除塵，效率高達99.9%以上，且效率基本不受粉塵特性的影響，與靜電除塵器相比，袋式除塵器能更好地捕捉超微細顆粒。

　　布袋除塵器的除塵效率是變化的，新濾袋由于網眼較大，在運行初期除塵效率不是最高，隨著濾袋上的粉塵層增加，粉塵填充了一部分網眼間隙，除塵效率逐步提高。當粉塵積累到一定厚度時候，濾袋的空隙太小，氣流通過時候阻力迅速上升，氣流通過空隙時候流速增加，會帶走一部分粉塵，此時應對濾袋進行清灰，以降低阻力和保證除塵效率。

　　2生物質電廠除塵器的選擇

　　生物質燃料的灰分較低，對除塵器效率的要求不高，除塵器效率達到99.7%左右即可滿足環保要求，一般靜電除塵器和布袋除塵器在燃煤電廠上都能輕松地達到。但實際上，目前已經投運和正在建設的生物質電廠除塵器幾乎都是采用了布袋除塵器。

　　2.1技術原理

　　原先的行業觀念認為生物質灰的比電阻超過了靜電除塵器的最佳適用范圍（104~1011Ω·cm），但從一些實驗的數據看，在常規的鍋爐排煙溫度（120~150℃）時，生物質灰比電阻在108~1011Ω·cm之間，非常適合采用靜電除塵器。

　　從除塵器的收塵機理上分析，除了灰比電阻外，粉塵的顆粒度、粘接性和比重對靜電除塵器效果也有較大影響：粗顆粒的粉塵受到的重力和電場的靜電力遠大于煙氣的流體粘性力，因此較容易被靜電除塵器收集，在壁板振打時候大部分在重力作用下落入灰斗，而較細的粉塵受煙氣流體的粘性力大于電場施加的靜電力，很難被靜電除塵器收集，即使被收集后，極板振打造成的二次揚塵細粉塵更容易重新逃逸到煙氣中；若灰的粘接性強，灰顆粒被吸附到極板上后相互粘接，需要采用更大的振打力才能落入灰斗，但若加大振打力，二次揚塵會加重；灰的比重輕，振打時二次揚塵同樣會很嚴重。所以雖然灰比電阻適合采用靜電除塵器，但是生物質灰的特點是顆粒度小、粘接性大、比重輕，非常不利于靜電除塵器的收塵。而布袋除塵器采用的是過濾的原理，灰塵附上濾袋后，即使在清灰時出現揚塵，也會留在濾袋上游，還會再次被濾袋收集，不會出現類似于靜電除塵器二次揚塵會隨煙氣流向下一級電場甚至逃出除塵器的情況，因此收塵效果較好。

　　2.2應用業績

　　經與除塵器設備廠家交流，生物質電廠普遍未采用靜電除塵器，除了技術原因外，與其裝機規模有很大的關系。國內配套電站鍋爐的靜電除塵器廠家只有幾家，其供應的設備主要面向大中性機組（300MW及以上），技術方案優化的重點，更多地放在提高大容量燃煤機組的除塵效率以滿足日益嚴格的環保要求，以及降低運行電耗上。生物質電廠單機容量都在50MW等級以下，絕大部分都是15MW和25MW等級，除塵器設備投資價格低，國內靜電除塵器設備制造廠對其興趣一直都不是很大，也基本沒有去做這方面的技術研究和市場開發，可以說是主動放棄這部分市場，這種現象，與目前國內幾個大的鍋爐制造商都沒有涉足生物質鍋爐領域較為相似。

　　因此，從技術原理和應用業績上分析，生物質電廠適合采用布袋除塵器。

　　3生物質電廠布袋除塵器設計需重點關注的問題

　　生物質電廠布袋除塵器的設計和運行，與常規燃煤電廠相似，但由于生物質電廠鍋爐運行灰成分和煙氣參數的特點，除了需要注意避免超溫燒袋應設置噴水減溫裝置或煙氣旁路、注意保溫及防漏風措施以免結露、合理設置吹掃空氣點及吹灰周期避免濾袋損壞等，除塵器設計和運行時也有一些不同，需要予以重點關注。

　　3.1濾料的選擇

　　濾料作為袋式除塵器的核心部件之一，其發展及應用越來越受到關注。在選擇濾料之前,首先必須掌握鍋爐的工作特性、煤質指標、煙氣參數的詳細資料；濾料的理化性能方面應保證濾料滿足生產條件和除塵工藝的一般要求和特殊要求，例如滿足煙氣溫度、濕度以及抗酸堿腐蝕、耐氧化水解方面的要求；濾料的機械性能方面要保證濾料有一定的抗拉伸強度和剛度，以及耐磨性，確保濾料一定的使用壽命；從濾料的過濾性能來看，過濾效率應能夠達到國家煙塵排放標準要求，盡量選擇高效低阻濾料，降低運行阻力，減小能耗[1]。

　　濾袋材質的選擇是否合理直接影響布袋除塵器的除塵效果、運行適應性和設備壽命。電站鍋爐的排煙溫度一般在120～180°C之間，使用較多的材質及主要特點如下：

　　（1）PPS（聚苯硫醚）

　　耐酸、耐堿、耐水性能都較好，其連續使用溫度為170℃，最高使用溫度為190℃[2]，但在200℃以上便會發生熱縮現象，耐氧化性差，在高溫時變硬且伴有不同程度的老化。

　�。�2）P84（聚亞酰胺）

　　耐高溫性能好，可達200℃左右，瞬時耐溫260℃，同時具有優良的耐酸性和良好的耐堿性，并且因纖維不規則的截面，其表面過濾效果佳，且清灰效果好；其缺點是水解穩定性差，容易水解老化[3]。

　�。�3）PTFE（聚四氟乙烯）

　　商品名特氟龍，表面化學穩定性較好，耐高溫，具有良好的清灰效果，其抗氧化、抗酸堿腐蝕能力也很強，具有全面最優綜合性能，但是抗拉、耐磨、耐折性較差，并且價格較高。

　�。�4）Nomex（芳綸）

　　濾料耐溫204～240℃，機械強度高、耐磨、耐折性好，對弱酸及弱堿具有非常好的抵抗力，但在高溫煙氣中，如水分含量較大，且含較多酸堿廢氣及雜質，如硫氧化物、氮氧化物、鹽酸、氫氧化鈣等，這些酸堿廢氣及雜質將會加速布的水解，尤其當整個集塵室處于酸堿露點下，此水解破壞效應更為嚴重[4]。

　�。�5）玻璃纖維

　　是傳統的耐高溫無機濾料，耐溫可達260℃，但是其耐折、耐磨性能較差，在高過濾風速下，濾料壽命大幅度降低[5]，當前較少單獨使用在電站鍋爐。

　　生物質電廠鍋爐排煙溫度較一般的燃煤電廠要高，多在140~150℃，煙氣濕度大，且可能含有HCl氣體，濾袋材質可采用PPS；但從實際運行情況看，由于生物質電廠燃料水分不易控制，經常使用一些高水分的燃料，鍋爐運行排煙溫度超過設計值，達到160℃甚至更高，雖然PPS濾袋也能適應，但長期下來，濾袋壽命得不到保證，需要經常更換。目前生物質電廠除塵器濾袋多采用復合型材質，即PTFE基布+PPS纖維針刺布，外加PTFE浸漬覆膜，充分利用了PTFE材質化學穩定性較好、耐高溫的特點，又可以有效控制設備投資，建議優先選用，并在運行時嚴格控制鍋爐排煙溫度以延長濾袋適用壽命，建議長期排煙溫度不超過150℃，瞬時不超過170℃。

　　3.2過濾風速

　　過濾風速是影響布袋除塵器性能的主要設計參數之一：過濾風速高，除塵器的體積較小，節省設備投資；過濾風速低，煙塵容易被捕捉，清灰時不容易形成二次揚塵，并且除塵器運行阻力較低，因此，設計時需要綜合考慮，選定合理的過濾風速。相對于燃煤電廠，生物質電廠飛灰比重較輕，為了保證良好的除塵效率，過濾風速一般較燃煤電廠低，大多在0.9m/min。

　　3.3預除塵裝置

　　國內有些生物質電廠在常規布袋除塵器前設置一套預除塵裝置，一般采用旋風式除塵器，主要是為了防止鍋爐排煙中夾帶少量未燃燼的火星顆粒進入布袋除塵器后燒壞布袋，另外也可以清除煙氣中較大的顆粒，減輕對布袋的機械磨損。

　　關于布袋除塵器前是否需要設置旋風式除塵器，不同的除塵器廠家意見有所不同。實際上，應該從鍋爐爐型及燃燒角度進行分析：對于爐排鍋爐，入爐的燃料尺寸相對較大，燃料不容易完全燃燒，飛灰含碳量相對較高，一部分未燃燼的燃料攜帶火星通過排煙進入布袋除塵器，燒壞濾袋；而對于CFB鍋爐，一方面，進入鍋爐的燃料尺寸相對較小，燃燒較完全，另一方面，CFB鍋爐本身就已經帶有高效率的旋風分離器，其對固體顆粒的分離原理與旋風式除塵器相同，且分離效率要高出很多，可以達到99.5%，絕大部分大尺寸的固體顆粒包括火星都能被捕捉下來重新進入爐膛燃燒或者通過鍋爐灰渣方式排出，極少會被煙氣中攜帶；除此之外，若在布袋除塵器前設置預除塵裝置，雖然可以有效地減少“燒袋”的現象，但會對電廠的投資和運行帶來增加占地和投資、增加運行電耗和廠用電率等一定的不利因素。因此，對于爐排爐，建議設置預除塵裝置，對于CFB鍋爐，可以不用設置。

　　4生物質電廠除塵器設計選型意見和建議

　　（1）除塵器采用布袋除塵器；

　�。�2）煙氣過濾風速大多在0.9m/min；

　�。�3）對于爐排鍋爐，建議設置預除塵裝置，主要用于保護布袋除塵器；對于CFB鍋爐，可不設置預除塵裝置；

　　（4）根據生物質電廠排煙溫度選擇濾料，由于通常排煙溫度較高，建議采用復合型材質，即PTFE基布+PPS纖維針刺布，外加PTFE浸漬覆膜。

　　參考文獻

　　[1]張殿印.除塵技術手冊.北京:冶金工業出版社,2002

　　[2]包林初.PPS(Ryton)針刺濾料的研制和應用,產業用紡織品,2002,20(1):1822

　　[3]GriesserH.P284聚酰亞胺纖維在非制造業的應用.見:SINCE99論文集,上海:CNTA,1999

　　[4]宋麗貞.耐高溫針刺非制造布濾料.產業用紡織品,2000,18(5):1215

　　[5]周維真.幾種玻纖濾料的特性以及正確合理的應用.玻璃纖維,2000,(4):1622