摘要：通過對燃煤電廠袋式除塵器關鍵技術的介紹，結合工程應用經(jīng)驗，對燃煤電廠袋式除塵器故障型式和原因進行分析，從工藝和設備設計角度提出提高燃煤電廠袋式除塵器可靠性的措施。

關鍵詞：燃煤電廠, 袋式除塵器, 關鍵技術, 可靠性, 技術措施

0.概述

隨著排放標準和環(huán)保法規(guī)的日益嚴格，作為粉塵污染大戶的燃煤電廠在控制顆粒物排放上受到了巨大的壓力。袋式除塵器是依靠濾料自身固有的以及附著在濾料表面的粉塵層的過濾特性，截留煙氣中一定顆粒度的粉塵。這種機理決定了它具有對煙氣和粉塵特性不敏感、除塵效率高等突出特點，因此能夠解決電除塵器無法實現(xiàn)的50mg/Nm3(甚至30mg/Nm3)以下的排放濃度和PM2.5微細粒子的捕集等問題，因此袋式除塵器在燃煤電廠鍋爐煙氣除塵領域的大規(guī)模應用獲得了空前的機遇。

雖然袋式除塵是一項歷史比較悠久的技術，但在我國燃煤電廠的成功應用卻只有十年左右的時間。由于對燃煤電廠鍋爐煙氣除塵技術特殊性認識不足、相關技術的發(fā)展沒有適應燃煤電廠的特殊情況等原因，使得該項除塵在燃煤電廠鍋爐煙氣除塵應用中出現(xiàn)了許多問題，集中體現(xiàn)在濾袋失效過早、排放不達標、除塵器性能不穩(wěn)定等幾個方面，因此可以這樣說：目前這項技術距離“高效、低阻、長壽命、穩(wěn)定”運行的標準和保障發(fā)電主業(yè)順利進行的目標還有很長的路要走。

本文通過對袋式除塵器的關鍵技術、運行過程故障類型及原因的分析，從工藝和設備設計的角度，對提高袋式除塵器在燃煤電廠鍋爐煙氣除塵的可靠性的技術（設計）措施做以歸納和總結。

1.袋式除塵器的關鍵技術

所謂“關鍵技術”是指對設備運行或性能影響大，相對比較復雜的技術，如果要使設備能夠穩(wěn)定、可靠、高效的運行，必須對各關鍵技術進行深入、細致的研究，掌握其核心和要點，還要充分利用模型試驗和計算機模擬等手段獲得相關數(shù)據(jù)和結論，為工程設計提供依據(jù)。

袋式除塵器有四大關鍵技術：

1.1濾料及濾袋

濾料（袋）是袋式除塵器的核心部件，“核心”主要體現(xiàn)在幾個方面：一是費用比例高：對高溫煙氣袋式除塵器而言，濾料的費用約占全部投資的三分之一左右；二是作用重要：排放濃度的達標和除塵器阻力、壽命等重要指標的優(yōu)劣都要靠濾料（袋）的性能來實現(xiàn)；三是故障率高，而且大多數(shù)除塵器的故障最終都表現(xiàn)在濾料上。因此濾料的選擇和應用技術就尤為重要。

關于濾料的技術包括：濾料配方（各成分配比）、纖維制造、濾料結構、加工工藝、后處理工藝、濾袋縫制工藝、濾料選擇和使用等幾個方面。作為從事除塵工藝或設備設計的技術人員，雖然不需要掌握濾料全部知識，但對其做比較詳細的了解是非常必要的，特別是各種濾料的使用條件和適用范圍等重要性能指標及其隨著使用時間的變化、濾料失效形式及原因等的熟悉程度，從某種程度上決定著除塵項目的成敗。

1.2氣流組織

氣流組織對袋式除塵器而言是比較復雜和綜合性的技術，涉及到流體力學、工程流體力學、空氣動力學、氣溶膠力學等相關知識，而氣流組織的好壞是關系到除塵器能否達到預期性能的關鍵。

對氣流組織進行研究的目的是：控制袋束的迎風速度，避免含塵氣流沖刷濾袋導致濾袋破損；防止濾袋的擺動和碰撞，保障濾袋的長壽命；引導除塵器內煙氣自上而下的流向，控制上升煙氣的比例和速度，利于粉塵沉降；促使不同區(qū)域的過濾負荷均勻，組織煙氣向后部過濾區(qū)域分配和輸送，灰斗灰量趨于平衡；氣流流動順暢、平緩，減少流動阻力[1]。

氣流組織和氣流組織措施與上游煙道形式、流動狀態(tài)、進風方式、出風方式、濾袋布置、濾袋形式和清灰方式等諸多因素有關[1]。因此，這么多因素的綜合交錯，互相作用，要想達到完全合理是非常難的。這就需要采取多種手段，進行研究和驗證，最大限度的達到目的。對此類問題的研究有三種手段：物理模型試驗、計算機數(shù)值模擬和理論解析，從研究的數(shù)據(jù)和結論中，得到氣流組織措施設計依據(jù)。

1.3清灰技術

清灰系統(tǒng)可以比作人的“消化器官”，其重要性不言而喻。從技術的成熟度和應用的廣泛性上看，脈沖清灰是清灰技術的主流和趨勢，這類除塵器又分為兩大基本類型：固定行噴吹和回轉噴吹，國外燃煤電廠80%以上應用的是固定行噴吹技術。

清灰技術的研究主要是解決清灰系統(tǒng)的操作參數(shù)和結構參數(shù)的設計問題。對固定行噴吹袋式除塵器而言，主要是確定以下參數(shù)：

1.結構參數(shù)：脈沖閥類型和規(guī)格、氣包規(guī)格、噴吹管、噴吹管上噴孔規(guī)格、噴孔到袋口的距離等。

2.操作參數(shù)：電脈沖寬度、清灰壓力（氣包內壓力）、脈沖間隔等。

其中結構參數(shù)是在設計階段就確定下來的；操作參數(shù)是在調試階段進行整定的，而且隨著除塵器運行時間的變化，會對操作參數(shù)進行調整，以適應不斷變化的工況條件。

1.4自動控制技術

相對電除塵器而言，袋式除塵器需要控制的設備不多，對于固定行噴吹袋式除塵器，主要是控制脈沖閥、旁路閥、電動門動作，并利用儀表檢（監(jiān)）測運行參數(shù)，根據(jù)運行參數(shù)情況，采取相關動作（如切換至旁路、啟動緊急噴水降溫系統(tǒng)等）。

在四大關鍵技術基礎上的工藝和設備優(yōu)化設計是進行所有研究和分析的目的和歸宿，因此各類技術的研究和設計、使用都不是孤立的，必須以系統(tǒng)的觀點進行綜合考慮。

2.造成袋式除塵器故障的因素分析

2.1故障形式及后果

按照可靠性科學定義，可靠和故障是相對的概念，所謂故障是指產品喪失規(guī)定的功能（對不可修復的產品稱失效，對可修復的產品稱故障）。根據(jù)這個定義，燃煤電廠袋式除塵器常見故障有：除塵器阻力大或波動大、排放濃度超標、鋼結構故障（包括坍塌、漏風、振動等）等等。
袋式除塵器故障分為幾個等級：輕度故障（除塵效率降低、不影響使用）、一般故障（明顯影響除塵器的正常使用）、嚴重故障（除塵器不能正常工作，需停機修理）、致命故障（除塵器功能完全喪失）。低等級的故障如果不及時處理或處理不正確，可能發(fā)展為高等級的故障，最終引起致命故障。

2.2故障原因分析

從構成上看，除塵器包括除塵器本體鋼結構、過濾系統(tǒng)、清灰系統(tǒng)、清灰氣源供應系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)等，每個部分都發(fā)揮著各自的功能，任何一部分出現(xiàn)故障都會引起整臺設備運行不良、甚至整體失效。

總結起來，袋式除塵系統(tǒng)產生故障的原因有：部件和零件結構設計不合理、加工制作和材質不良，安裝調試和維護管理不當，以及應用條件不完全適合等幾方面。

燃煤電廠鍋爐煙氣袋式除塵項目的實施階段包括設計、加工制造、安裝調試、運行維護等幾個環(huán)節(jié)，哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，都會引起設備的故障，從而造成項目的失敗。從設計的角度出發(fā)，對各部件和參數(shù)進行縝密的設計，是可以實現(xiàn)“本質上”的可靠的。

3.提高袋式除塵器可靠性的技術措施

按照可靠性和故障的定義，提高除塵器的可靠性，實質上就是減少除塵器運行的故障，特別是要抓住幾個關鍵的環(huán)節(jié)和關鍵技術，從“本質上”減少故障發(fā)生的概率。

3.1設計階段工作流程

一個燃煤電廠鍋爐煙氣袋式除塵項目，完整的設計工作流程應該如圖1。需要特別指出的是，該流程圖中的“試驗或模擬”是不可缺少的一個環(huán)節(jié)，特別是關系到除塵器性能的氣流組織和清灰系統(tǒng)時，做試驗或計算機模擬是必要的步驟。試驗的方法是利用相似理論，按一定比例（保證幾何相似、運動相似和動力相似）建立物理模型，進行氣流組織和氣流分布裝置的試驗；而計算機數(shù)值模擬是以計算流體力學為基礎，以商用流體軟件為平臺，根據(jù)實際工程建立模型，進行數(shù)值計算，并以圖形化界面的直觀方式表達。

從理論上講，物理模型和實型一一對應的，即要想最大限度的保證模型試驗結果與實型接近，就必須每次設計都要新建模型，最起碼要對原有模型進行改造，而這樣做顯然從時間和經(jīng)濟上都是不劃算的，隨著計算機技術的進步，使得利用計算機模擬來替代或部分替代成為可能。

3.2重要設計參數(shù)確定

1.過濾風速

過濾風速的取值對保證除塵效果、確定除塵器的型號和占地面積，乃至除塵系統(tǒng)的總投資，具有關鍵性的作用。正確地選定過濾風速是一項較復雜的工作，它與粉塵性質、煙氣的初始含塵濃度、濾料的種類、清灰方式等都有密切的關系[2]。過濾風速過高，會增加除塵器阻力、引起清灰頻率增大、過濾室內的風速過高、產生攜帶大顆粒粉塵的渦流等，這些都不利于除塵器穩(wěn)定、可靠的運行。

過濾風速的選取無脫硫時不宜大于1.2m/min，脫硫時不宜大于0.85m/min。[4]。根據(jù)這個數(shù)值計算過濾面積，布置濾袋，并最終核算實際過濾風速。

2.濾料選擇

燃煤電廠鍋爐煙氣除塵濾料的具體要求是[3]：（1）耐高溫、耐折、耐酸堿及氧化腐蝕；（2）具有較好的力學性能，耐折、耐磨性能好；（3）具有很好的尺寸穩(wěn)定性；（4）具有很好的透氣性、粉塵剝離性能和優(yōu)良的過濾性能。

根據(jù)上述要求，結合燃煤電廠煙氣特性，可以按下表粗略選擇濾料材質：

當然，隨著濾料材料技術和加工技術的不斷進步，已經(jīng)使復合濾料的應用成為一種趨勢，可以根據(jù)各材料的特性進行配比，取長補短。

在濾料后處理上也不能滿足于軋光、燒毛及熱定型等必備工藝，可以采用纖維或濾料乳液浸漬等手段提高或改善濾料的性能，具體濾料選擇方案可以與濾料專業(yè)人士商定。

2.濾袋規(guī)格及濾袋布置

濾袋的規(guī)格有口徑和長度兩個參數(shù)，常用的口徑一般為120~160mm之間，它們沒有太大區(qū)別，要根據(jù)實際情況選用。這里要提出一個濾袋長徑比（濾袋長度和口徑的比值）的概念，按照有關試驗和研究，對于固定行噴吹脈沖袋式除塵器， 長徑比一般為10~60[5]，這是一個綜合考慮濾料性能、氣流組織和清灰性能而給出的一個數(shù)值。因此口徑130mm的濾袋以不長于8米為宜，而對于160mm的濾袋則可到10米左右。

對于濾袋布置，要考慮的問題是在滿足工藝條件和過濾風速的前提下，盡量能夠使煙氣流動更順暢合理，可以用幾個風速（注意：風速值是通過計算得到的，為了更加可靠，應該通過物模試驗測試或者計算機模擬的定量功能獲得）來衡量其效果。一般情況下，袋束迎風斷面氣流平均速度應控制在0.85m/s以下，最大速度應控制在1.0m/s以下；袋束下方煙氣平均上升速度應小于1.0m/s[1];袋口平均風速應控制在3m/s以下。

美國埃羅帕爾斯（Aeropulse Incorporated）公司用袋間開放空間來表明氣流通過性能，如圖2所示：

袋間開放空間應不小于65%。

3.氣流組織

合理的氣流組織可以通過濾袋布置、過濾室空間設置、氣流分布裝置、進出口煙道型式的選擇、煙氣流動速度等來獲得。

濾袋布置上已述及。

過濾室凈空間的設置是指對于端進風除塵器而言，在袋底到花板間要設置一定的凈空間，來降低煙氣流速，從而減少內部產生渦流的幾率。至于這個空間的大小，要根據(jù)試驗或模擬結果來確定。但有一點是肯定的，在經(jīng)濟條件允許的情況下，把這個空間設置的大要比小好些。

氣流分布裝置一般分為導流板和多孔板兩種形式。多孔板設在進口喇叭口內，一般不超過兩層，兩層間距離不小于1.2米，孔的形狀為圓形，孔徑可取Φ40~50mm之間，開孔率以30~50%為宜。對于氣流分布板的設計可參考電除塵器有關設計手冊。需要說明的是，電除塵器和袋式除塵器氣流分布的目的是不同的，電除塵器是要盡量保持煙氣流通斷面上的風速均勻，但電除塵器氣流分布裝置的設計方法、多孔板的開孔形狀和距離、多孔板的層數(shù)以及層間距離都是可以參考和借鑒的。

導流板一般設置在除塵器進口直煙道或進口喇叭口內，用以改變煙氣的流動方向和流動狀態(tài)，導流板的設計應該以模型試驗或者計算機模擬為依據(jù)，結合工程經(jīng)驗作出。

圖3 某電廠袋式除塵器導流板和氣流分布板示意圖(1.進口彎煙道內導流板  2.進口喇叭口內氣流分布板)

這是該電廠袋式除塵器的一個通道，煙氣進入袋式除塵器之前有個彎頭，見圖3，據(jù)此我們設計了一個試驗臺進行了有關測試，可以總結為：

（1）在進口彎煙道內未設置任何導流措施的情況下，袋式除塵器A區(qū)明顯比C區(qū)的風速要大，即出現(xiàn)了明顯的偏流現(xiàn)象；

（2）在彎煙道內設置了導流裝置，測試結果顯示，偏流得到了明顯的糾正；

（3）此后有在喇叭口進行了氣流分布裝置設計的試驗，通過同一斷面開孔率不同、設置多層孔板、增加導流措施等手段，使得模型的氣流組織趨于合理；

（4）根據(jù)相似理論的原理，提出工程實型設計。

事實證明，只通過理論計算或經(jīng)驗是無法完成這么復雜的設計的，只有通過一定的試驗手段和科學的理論才能得出正確的設計結果，確保工程的可靠性。

此外，還可以通過在凈氣室內設置阻流板或者楔形出風管的方式來提高氣流組織的合理性。

4.清灰系統(tǒng)

清灰系統(tǒng)的設計重點把握兩類參數(shù)的選取。

1）結構參數(shù)：

a.氣包:從確保清灰效果的角度，氣包應該足夠大，但事實上是很多情況下是不現(xiàn)實的。建議每次噴吹后壓降不超過原來存儲壓力的30%，如果單個氣包的容量不能滿足要求，可以采用3~4”管道把多個氣包連接起來構成一個貯氣回路[6]。進氣管路盡量選大，滿足補氣速度。脈沖閥要安裝在氣包的上部，以免因重力作用而使膜片變形或脫落。但這里也有一個問題需要解決，即這樣安裝勢必要增加一個噴吹彎管，從而使阻力增加，關于噴吹彎管的設計見本節(jié)b。

每個氣包底部應設置排污口，最好用兩位兩通電磁閥實現(xiàn)自動排污。

b.噴吹管和噴吹彎管

此處的噴吹管和噴吹彎管是專指用于固定行噴吹袋式除塵器的噴吹裝置。

噴吹彎管的設計要遵循這個原則：曲率半徑至少>2D,最好能到4D，D為噴吹彎管直徑。噴吹管的設計有幾個參數(shù)：

（a)噴吹管上開孔，對準每條濾袋，開孔要開一個系列，即孔不全是相同尺寸的，按照理論分析和試驗的結果，一般遠離氣包的噴吹孔比靠近氣包的噴吹孔小0.5~1.0mm。但考慮到可操作性，可以將噴孔分3~4組，相鄰兩組的尺寸差為1mm。

孔徑的尺寸可以用下式確定：

式中： 為所有噴孔的面積和；      F為噴吹管斷面積；C為數(shù)值，可參考各脈沖閥廠家給出的參考值，GOYEN提供的c值為0.5~0.75，TURBO認為C=0.5~0.6，而ASCO公司建議C<1。

噴吹孔是鉆孔成型,這種孔易加工，但噴吹阻力大，可采用一種帶翻邊的弧形孔（即拉伸孔）。這種噴吹口不僅能減少系統(tǒng)噴吹阻力，而且能使壓縮氣流盡量匯中于一點噴出，以防氣流發(fā)散無序沖刷濾袋，從而從結構上減少氣流沖刷濾袋的可能性。

（b）噴吹管到花板的距離：根據(jù)氣包壓力、脈沖閥阻力、噴吹管尺寸、噴吹孔數(shù)量等因素，結合濾袋口徑，根據(jù)試驗結果和實際經(jīng)驗確定。這里給出一個GOYEN 3”淹沒式脈沖閥的經(jīng)驗公式：

H=（濾袋口徑－48）/0.353(mm)

H指噴嘴短管下端到花板的距離。

c.脈沖閥：用于固定行噴吹的脈沖閥有直角式和淹沒式兩種，后者應用較多。選擇脈沖需要考慮的因素有能夠負擔的濾袋面積、耗氣量、壽命等，雖然脈沖閥的種類比較多，但從應用的角度來看，并非所有的都能真正做到在長期惡劣環(huán)境下性能穩(wěn)定。各參數(shù)可咨詢脈沖閥生產廠或供應商。

d.壓縮空氣供應管路：管路應以無縫鋼管為主，閥門間盡量用法蘭連接，減少螺紋連接。更重要的是管路上一定要設空氣過濾器和減壓閥，以除掉油、水和粉塵，并使壓縮空氣壓力減至需要的數(shù)值。

2）操作參數(shù)

a.電脈沖寬度：控制系統(tǒng)向脈沖閥發(fā)出電信號的持續(xù)時間，即先導電磁閥通電的持續(xù)時間。一般情況下，機械開閥時間是電脈沖寬度的1.5倍。這個數(shù)值的大小與脈沖閥型號規(guī)格有關，一般設置為80~150ms之間，太大對清灰效果改善沒有意義，更會造成壓縮空氣消耗大，對后續(xù)的噴吹有害無益。

b.噴吹間隔：是指控制系統(tǒng)向脈沖閥發(fā)出的相鄰兩次啟動信號的間隔時間。表面上這個數(shù)值的大小對清灰效果沒有影響，但如果這個數(shù)值過小，兩次清灰之間無法及時補氣，造成后續(xù)清灰效果不佳。

c.噴吹壓力：實際上就是噴吹當時的氣包壓力。這個數(shù)值與脈沖閥品牌、型號、所負擔的濾袋面積、濾袋壽命階段、煙氣粉塵性質等有關系，一般情況下，濾袋壽命初期，可選稍低，隨著使用時間加長，可適當調高。

幾乎所有的操作參數(shù)都需要在調試階段進行整定，并在控制系統(tǒng)上做成能夠調節(jié)的交互界面，以便根據(jù)實際情況調整。

5.保護系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)

通常袋式除塵器的保護系統(tǒng)包括旁路煙道、緊急噴淋降溫，保護系統(tǒng)的啟動和停止都是通過運行參數(shù)的監(jiān)測、判斷，然后由控制系統(tǒng)來啟動的，因此保護系統(tǒng)和電控系統(tǒng)是密不可分的，對此要注意以下幾點：

（1）旁路煙道是故障情況下的煙氣緊急通道，可按50%煙氣量考慮設計斷面，經(jīng)阻力計算后應與除塵器運行阻力相當，避免互相切換時對鍋爐引起沖擊；
 
（2）緊急噴淋降溫系統(tǒng)應設置在主煙道上，啟動溫度的參數(shù)選取應以空預器出口溫度為準；噴霧降溫系統(tǒng)應選用防磨、防堵形式的裝置；

（3）電氣的檢測儀表要有防磨裝置，特別是安裝在除塵器前的；

（4）應利用可靠性科學里“冗余”的概念，為控制系統(tǒng)配備備用設備。

6.其他

袋式除塵器的花板、箱體、平臺爬梯等部件的設計參照相關標準執(zhí)行。

3.3技術經(jīng)濟比較

技術上可行、經(jīng)濟上合理，是任何一個工程項目的兩個基本條件，在方案設計、施工圖設計階段均應按照一定的規(guī)則進行技術經(jīng)濟比較，從而做到設計的最優(yōu)化。

4.結論

1.燃煤電廠鍋爐煙氣袋式除塵技術面臨著機遇和挑戰(zhàn)，通過嚴格的工作程序和縝密的設計能夠做到最大限度的提高其可靠性；

2.袋式除塵器是個系統(tǒng)，工藝和設備設計都必須以系統(tǒng)的觀點進行，要在對各關鍵技術充分研究的基礎上，進行優(yōu)化設計；

3.設計過程利用模型或計算機進行試驗或模擬對提高設計的科學性和可靠性是非常必要的。

參考文獻：

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[6]黃孟煬 脈沖清灰袋式除塵器的實用設計方案，內部交流資料