燃煤电厂锅炉烟气净化用除尘过滤材料的试验研究

摘要

近年来，我国电力工业持续快速发展，截至2004年底，电力发电装机容量已达到4．4亿千瓦，其中燃煤火力发电厂占到75﹪左右，燃煤过程产生的飞灰颗粒污染物是环境空气污染的主要因子之一。火电厂大气污染排放标准(GB13223-2003)中规定：新建燃煤电厂锅炉从2005年开始、原有燃煤电厂锅炉在2010年以前，烟尘最高允许排放浓度为50mg/m<'3>。同时由于排放总量的限制，许多城市严格要求烟尘最高允许排放浓度达到30mg/m<'3>以下。 袋式除尘器的关键技术之一是布袋过滤材料(以下简称滤料)，由于技术不过关，造成了上世纪80年代使用袋式除尘器受挫。袋式除尘器在燃煤电厂锅炉控制烟尘排放中的应用整整停滞了近20年，形成了静电除尘器一统天下的局面。但是，目前若继续采用静电除尘器来满足新的排放标准则具有一定的技术难度和经济压力，尤其是城市电厂。 国外20多年来的应用经验和近年来国内引进技术在工程实施的结果表明，袋式除尘器可以达到新标准的要求。但是布袋滤料依靠进口，价格昂贵，加之燃煤成分、锅炉设备、运行管理条件的差异进一步造成排放烟气成分更加复杂，使得布袋滤料成为国内推广使用袋式除尘器的瓶颈。 本课题主要是针对国电集团公司天津市第一热电厂13号炉的三电场静电除尘器改为袋式除尘器工程，它要求烟尘的排放浓度满足低于30mg/m<'3>的天津市地方环保要求。该课题技术难点在于，把原来主要用于燃用低硫煤电厂锅炉袋式除尘技术进一步扩充到燃用高硫煤上，对滤料的技术要求进一步提高。 针对工程需求，本课题重点改进了针刺滤料结构、材料组成和后整理措施，即采用具有表面超细纤维层、逐层逐渐采用更粗纤维层的梯度结构；过滤层主要采用PTFE与PPS复合纤维，采用PTFE与适量玻璃纤维做底层，采用PTFE与玻璃纤维混合基布；对制成的针刺滤料进行整体PTFE浸渍处理，给使用纤维的表层黏附PTFE膜，尤其是对非PTFE纤维防腐耐温拒水意义重大，命名为华博特梯度滤料(简称HBT梯度滤料)。 采用电镜扫描的手段，观察了HBT梯度滤料的组织结构，进行了结构分析。该滤料的特点在于表层采用超细纤维层，滤料结构形成的流体通道呈现为前窄后宽。这种构造改变了长期以来采用单一尺度单一品种纤维制作的具有“等宽”流体通道的常规滤料结构，减缓因长期使用造成滤料后期阻力上升的问题。由于采用超细纤维面层，吸取了覆膜滤料表面过滤优点，形成更具耐用性的表层过滤技术特色。 参照国内外滤料过滤性能测试的相关标准，设计了滤料过滤性能冷态实验台，配套Grimm环境尘粒监测仪等仪器。不仅能够测试滤料对环境气溶胶中PM10、PM2．5、PM1.0的过滤效率，还可以测试滤料对PM10粒子分级过滤效率的测试(粒径范围为0～10μm，分级13档，最低尺度为0．3μm)。由于采用环境气溶胶对清洁滤料进行过滤性能测试，不同滤料过滤效率差距明显，并可以实现快速测试。 对三类不同过滤模式(表面过滤、表层过滤和深层过滤)的13种高温烟气除尘滤料进行了冷态过滤性能测试，测试结果表明：滤料在清洁状态下对环境气溶胶过滤效率由高到低依次为：表面过滤滤料(覆膜滤料)、表层过滤滤料(梯度滤料)、深层过滤滤料(常规滤料)；对环境空气的过滤阻力由低到高依次为：深层过滤滤料、表层过滤滤料、表面过滤滤料。提出的HBT梯度滤料性能既接近覆膜滤料的高效、又接近P84滤料的低阻，加之进行防腐耐温后整理，作为筛选后的品种可用于高硫煤烟气袋式除尘中。 为了解滤料在清灰时，反向气流的作用特性，对滤料反向的过滤性能进行了测试。结果表明，大多数滤料正向的过滤效率要大于滤料反向的过滤效率；梯度滤料和覆膜滤料正反向的过滤效率略有差异，但其反向的过滤效率依然高于P84等常规滤料。天津第一热电厂13号锅炉容量为220T/h，改造前静电除尘器后烟尘排放浓度444．56mg/Nm<'3>，严重超标。改造设计参数：处理烟气量400000m<'3>/h，烟气温度150℃，烟气含硫量4530mg/m<'3>，袋式除尘器设计过滤风速为0．96m/min，采用HBT梯度滤料制作滤袋，净过滤面积为6900m<'2>。通过3个月的连续使用后，经天津市环境监测站测试，烟尘排放浓度达到10mg/Nm<'3>以下，运行阻力在1100Pa左右。目前运行状况满足工程设计要求，使用寿命有待于使用时间的进一步考验。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1背景与意义

1.2目前状况

1.3应用条件分析

1.4工程背景

1.5本课题主要工作

第二章袋式除尘技术进展

2.1环保标准要求

2.1.1燃煤电厂大气污染物排放标准

2.1.2环境质量标准

2.2袋式除尘主机技术

2.3袋式除尘滤料技术

2.4袋式除尘技术在燃煤电厂中的应用状况

2.5袋式除尘过滤机理

2.5.1滤料的三种过滤模式

2.5.2纤维孤立体对粒子的捕集

2.5.3纤维层过滤性能的研究

2.5.4滤料过滤效率影响因素分析

2.6本章小结

第三章HBT梯度滤料的结构设计

3.1滤料结构分析

3.2高温滤料用纤维的性能

3.3高硫烟气除尘滤料的改进措施

3.4 HBT梯度滤料的生产

3.4.1滤料的结构分析

3.4.2滤料的生产工艺

3.5本章小结

第四章滤料过滤性能试验装置和测试方法

4.1试验装置与测试仪器

4.2测试内容和方法

4.2.1过滤效率测试

4.2.2过滤阻力测试

4.2.3风量和过滤风速测试

4.2.4滤料透气性测试

4.3试验研究对象

4.4本章小结

第五章HBT梯度滤料过滤性能测试与分析

5.1清洁滤料过滤性能

5.1.1过滤效率

5.1.2过滤阻力

5.2发尘状态下滤料过滤阻力

5.3本章小结

第六章常用滤料过滤性能测试与分析

6.1深层过滤滤料

6.1.1 PPS

6.1.2 P84

6.1.3 FMS9806

6.1.4 FMS9808

6.1.5 PPS(PTFE基布)

6.1.6 PTFE(玻纤基布)

6.1.7 PTFE+P84(玻纤基布)

6.1.8 PTFE+PPS(PTFE基布)

6.1.9 PTFE+玻纤(PTFE基布)

6.2表面过滤滤料

6.2.1 PPS覆膜

6.2.2 FMS9806覆膜

6.3本章小结

第七章滤料过滤性能对比与分析

7.1清洁滤料过滤效率

7.1.1 PMx过滤效率

7.1.2分级过滤效率

7.2清洁滤料过滤阻力

7.3发尘状态下过滤性能

7.4滤料透气性

7.5工程应用滤料选择

7.6本章小结

第八章滤料反向过滤效率测试与分析

8.1测试结果及分析

8.1.1深层过滤滤料

8.1.2表面过滤滤料

8.1.3表层过滤滤料

8.2反向过滤效率对比分析

8.2.1 PMx过滤效率

8.2.2分级过滤效率

8.3本章小结

第九章HBT梯度滤料的工程应用

9.1工程概况

9.1.1项目简介

9.1.2设备概况

9.1.3煤质分析、粉尘特性和烟气参数

9.2袋式除尘器设计

9.2.1技术参数

9.2.2系统设计

9.3工程应用的测试结果

9.4环境效益简要分析

第十章结论与展望

10.1结论

10.2存在的问题和研究展望

参考文献

硕士期间发表的学术论文

致谢