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燃煤电厂袋式除尘滤料的失效与管理




一、前言

 

  若以2002年作为袋式除尘器在我国大型燃煤电厂的使用起点说起,袋式除尘在我国燃煤电厂的应用已达十余载,然而其使用情况却并不普遍。在冶金行业、水泥行业早已普遍使用的袋式除尘器为什么没能在电力行业得到广泛的推广使用呢?虽然其原因是多方面的,但是其中滤袋的破损是一个绕不开的症结。多年来,为防止滤料在电力行业使用中的早期破损、提高滤袋的使用寿命,研究者做了大量工作,分析了影响滤袋寿命的各种因素,总结了燃煤电厂滤袋破损的重要原因,提出了防止滤袋破损的各种方法。现在大多数电厂滤袋使用时间已超过了3年,甚至达到5~6年。

 

  滤袋破损的原因很多,但是归纳起来可以分为两大类,即物理致因和化学致因。

 

  二、滤袋物理致因破损

 

  物理致因主要是力学(机械性)致因和热致因。

 

  力学(机械性)致因包括摩擦、含尘气流冲刷、机械切割等。力学致因多为局部破损,可发生在袋口,袋底及其他部位。

 

  滤袋袋口部位破损多在袋口向下400cm以内,破损多显示为从内向外。这类破损开始是反吹清灰的压缩空气气流偏离滤袋中心,直接冲刷滤袋内侧造成的,在偏向一侧的压缩空气不断冲刷下,先是滤袋内侧的面层被压缩空气吹落,随后过滤面层被吹漏形成破洞。实验表明在0.5MPa的空气压力喷吹作用下,大约3000次的喷吹,针刺毡即可被吹出漏洞

 

  3000次的喷吹,对一般正常工作的袋式除尘器一般大约一个月左右。一些除尘器使用半个月到一个月左右发现烟筒冒烟,仔细查看就会在除尘器净气侧发现花板有灰。如果此时未能及时发现并更换滤袋,则在滤袋产生一个漏洞后,由于此处气流短路,阻力为零,所以尘气侧大量含尘空气由此处直接通过,鉴于此处气流的流速很高,含尘气流会直接冲刷洞口对面,形式更多的破洞和含尘烟气入口,空洞不断增多,最终会导致袋口呈环状破坏。

 

  与此同时,含尘气流进通过漏洞到净气室后,由于空间扩大,流速大幅度降低,粉尘沉降到花板上,当粉尘堆积量超过粉尘自然堆积角后,粉尘就会滑落到滤袋中,这时会同时发生两种作用,一是灌肠,同时袋底粉尘被喷吹压缩空气吹起,冲击滤袋底部,致滤袋底部破损,二是压缩空气反吹时,会带动花板上的粉尘一起冲击滤袋。在高压含尘气流的冲刷下进一步加快滤袋袋口破损,即包括时间的缩短,也包括面积和部位的增多,有时可见袋口部位已成筛状。

 

  袋口此类破损主要的原因是喷吹短管歪斜、花板变形、滤袋安装时没有校直、压缩空气压力过高等,也不乏喷吹管安装粗糙、喷吹管歪斜不居中等现象,也有相当一部分除尘器生产厂的喷吹管由于工艺水平不佳,喷吹管出气口位置不精准造成袋口的破损。

 

  滤袋袋身的磨损,常见滤袋中部竖向条状磨损痕迹,分几种情况:

 

  如果破损痕迹由内向外,破损在袋笼竖筋接触处,多是袋笼竖筋脱焊或锈蚀,将滤袋磨断或喷吹压力过高、喷吹过于频繁,使滤袋与袋笼接触位置折叠断裂造成破损。通过更换袋笼或调整喷吹可解决此类磨损问题。

 

  如果破损痕迹由外向内,破损在袋笼竖筋接触处。往往可见滤袋外部(相邻滤袋或箱体构件)有与滤袋磨碰的痕迹。这类磨损是袋笼变形或滤袋直径偏大,引起滤袋与滤袋、滤袋与除尘器箱体构件之间,在反吹过程中相互磨擦使其磨损。一般需更换袋笼,并保证安装质量。袋式除尘器设计过程中,应避免滤袋间距及滤袋与箱体结构间的距离过小。

 

  滤袋内侧破损有时是因袋笼外径和滤袋内径相差过大,造成滤袋清灰和过滤切换时摆动幅度过大,滤袋内侧与袋笼摩檫,造成滤袋内侧磨损。袋笼与滤袋匹配是十分重要的。

 

  滤袋下部磨损:滤袋下部外侧磨损多见于滤袋底部300mm以内,磨损多在一侧,下部最为严重,向上逐步减轻。局部缝纫线会被磨断,没有受到磨损的位置缝纫线强力良好。此类磨损多由于花板变形、孔间距过小、袋笼变形、滤袋过长等原因造成。个别有滤袋和除尘器箱壁磨擦破损的。此类破损需严格检查花板水平度,且应使用制作精良的袋笼。滤袋下部内侧磨损:多见于与袋笼底接触位置,多是袋笼和袋笼底直径相差太大,造成滤袋清灰和过滤时变换幅度过大,和袋笼磨擦破损,更换优质袋笼即可解决。

 

  滤袋底部磨损:滤袋底部外侧磨损:破损表面有明显磨损痕迹,底部缝纫线、滤料基布被磨断,严重时袋底破损或整体脱落。这类磨损是由于灰斗内料位过高,气流扬起尘粒直接冲刷袋底,造成磨损。通过加大灰斗卸灰量、调整除尘器灰斗卸灰工作制度,避免粉尘堆积过高,可避免灰斗内形成涡流磨损滤袋。

 

 

  滤袋无论是有无机材料包括玻纤和玄武岩纤维,还是合成纤维,包括聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等都有一定的适用温度,既有适于长时使用的温度,也有极限温度。在长时使用温度下,滤袋可以维持相当长的使用时间(寿命),一旦超过该温度,纤维在热作用下就会快速老化,甚至破坏。大型燃煤电厂袋除尘器滤袋因热致损坏的现象有两类情况,一类是烟气温度过高。通常,为提高燃煤锅炉的热效率,燃煤锅炉空气预热器出口温度一般都设计在140~150℃左右。目前燃煤电厂用过滤材料都能满足在这个温度下长期使用,即按普通要求使用30000小时。但是烟气温度超过这个温度范围,也多有发生,在大多数情况下,是由于过热器和空预器壁管积灰,甚至积垢,严重了阻碍过热器和空预器的换热,导致烟温升高。这种积灰或积垢大多是由于清灰不及时或清理不彻底所致。对于回转式空预器,一旦发生卡涩,由于失去了换热功能,烟气温度会升得很高,如果没有及时采取得当措施,通常滤袋会烧毁。所以对于使用回转式空预器的锅炉,一定要有检测空预器是否卡涩的设备,并有防止因空预器卡涩导致烟温升高,烧毁滤袋的应急措施和设备,例如设备自动喷水降温设备,设置自动掺冷风的进风阀门等。


  另一类使滤料受过高温度作用,造成破损失效的情况发生在除尘器灰斗。当灰斗积灰过高,甚至掩埋了滤袋底部,致使滤袋底部长时间受高热炙烤,就会造成滤袋破损。灰斗积灰过高通常发生在输灰系统故障时,也包括灰斗下灰阀失效、灰斗内的灰无法下落、或者灰斗积灰棚架不能下落。但是如果灰斗设有高位料位计,并料位计工作正常,这种状况完全可以及时发现并处理,不会导致滤袋受损。但部分企业,为了节省费用,往往忽略了高位料位计的设置,也有的企业由于忽略了对料位计的定期校验,造成料位计失效并且未及时发现处理,这些往往为灰斗高位积灰埋下隐患。

 

  因热导致滤料破损失效,通过加强运行管理,基本上是可以避免的,但是企业也尚需在采购滤袋环节加强管理,特别要防止滤料中混入常温纤维。  

三、滤袋化学致因破损

 

  燃煤电厂滤料破损的第二类原因是化学致因。化学致因是烟气中的化学成分对滤料纤维产生腐蚀、水解、氧化等作用,使滤料纤维产生化学变化,而导致滤料(袋)破损。化学致因是燃煤电厂滤料破损失效的重要方面。燃煤电厂烟气中含有SOx、NOx、O2等,同时还含有温度相当高的水蒸气,在这些物质的作用下,滤料纤维不可避免会发生这种或那种的化学反应。当然。反应的强度视烟气中所含物质的种类、温度及湿度的状况而异,这些反应会对滤料纤维造成强烈破坏,促使或加速滤料的老化,甚至导致滤料早期破损.

 

  实践表明,在对烟气温度条件监控得当的情况下,滤料的老化速度是比较慢的,不仅可满足一个大修周期即30000小时的要求,甚至可以超过该限定值很多。国内多个机组滤袋运行时间达到5年以上,即可说明此问题。也就是说,在各种条件管控得当时,滤料本身老化速度是完全可以满足燃煤电厂除尘的经济性要求。

 

  早年,袋除尘器进入大型电厂之初,燃煤电厂除尘器滤袋由化学致因,发生早期破损的情况多有发生。这主要是作为新生事物,无论是设计部门与电厂方、除尘器制造方、还是滤料(袋)生产厂,都处于探索阶段。通过多年的摸索,无论是设计部门及电厂方,还是除尘器制造方及滤袋生产方都已积累了相当的经验,基本上对在全国各不同地区、不同煤种、不同锅炉形式及不同排放要求等基本环境及技术要求,就如何设计、选用、制造相适用的过滤材料,及如何使用、管理,都有了较丰富、充分的认识和理解。从除尘系统的设计、制造、安装及运行管理,到滤料设计、制造、选用、检测都积累了一定经验,从而使得滤袋早期破损情况发生的情况大大减少。但是对燃煤电厂袋除尘器因化学致因使滤袋老化及破损的进一步认识和相应对策的提出和实施仍是今后一段长时间的重要课题。

 

  某燃煤热电厂袋除尘器2013年3月开始运行,2014年1月发现大面积漏袋。东北大学滤料检测中心通过对现场观察、测试,并对现场采样的滤袋进行实验室测试,经一系列工作后,发现滤袋损坏主要是烟气腐蚀所致。滤袋强力测试如下表:

根据表中数据可知,无论经向还是纬向,其断裂强力基本丧失殆尽,纬向断裂伸长率大幅度降低,这表明滤料纤维的分子结构已经变化。

 

  滤袋测试显示PH值为5.64,呈较强的酸性,对除尘器烟气进行测试,烟气中硫氧化物含量达1247mg/m3。进一步了解到该除尘器运行初期进风温度波动较大,有时温度低到80~90℃。也就是说有时在远低于酸露点的温度下工作,所以滤袋受到了强烈的酸腐蚀作用,使得强力迅速降低,或者说滤料在酸露点上、下反复穿梭,往往进一步加快了滤料破损的过程,见照片。

 

 

  根据对国内多台袋除尘器的技术诊断,发现滤袋出现早期失效问题,特别是破损问题,往往不是单一原因,常常是多种问题并存。

 

  四、滤料选用监控与失效处理。

 

  袋除尘器的核心是滤袋,滤袋的效率关系到排放的高低,滤袋的阻力影响到系统的能耗,滤袋的寿命影响系统的可靠性,即无故障运行时间。

 

  滤料的效率、阻力、寿命,即与滤料本身的性能、质量有直接关系,也与运行密不可分。只有对滤料本身的性能、质量及其运行进行有效、严密的掌控,才能充分提高袋除尘的技术性能与经济性能。本文就一些电厂的做法予以介绍。

 

  一、采购时,明确提出滤袋、滤料技术要求应达到国家标准GB/T 6719-2008袋式除尘器技术要求中有关滤料的要求。

 

  滤料的制造是一个复杂的工艺过程,该过程的每一个细节都影响到产品的技术含量及产品质量。国内各滤料企业滤料生产的装备水平、工艺水平、管理水平不尽相同,产品的水平也截然不同,产品的稳定性也时有变化。按照此条件可以将达不到国际要求的低水平产品拒之门外。

 

  二、招标过程优选滤料生产厂。在招标过程中将投标的滤袋样品送到专业的检测机构进行检测,将检测结果作为评价技术标准是否入围的基础依据,确保优良产品得到高分而被选中;在中标企业将制作的滤袋运抵厂后,按抽样方法,抽取适量滤袋,再次的抽检,以检验滤料生产产品的质量稳定性和可靠性。这种程序本应是企业采购的基本程序,但往往被一些企业忽略,而因此一些企业蒙受了巨大损失。东北大学滤料检测中心每年至少处理数十起涉及滤料质量纠纷的检测,殊不知,如果在招标和采购中先行把握住产品质量这一关,会给日后增加多少经济效益,会给日后的管理工作减少多少麻烦。

 

  三、对运行滤袋运行定期监测、评估。其做法是滤袋运行后每年定期抽取1~2条滤袋,送到专业检测机构,由其对滤袋做系列检测,并通过系列检测,对滤袋的现行状态做出评估,提出相关建设性意见,提高袋除尘器的运行效果,并且对滤袋寿命做出预测。在这种意见指导下,企业可以有条不紊的安排生产计划,提前做出更换滤袋的系列安排,减少或避免因滤袋失效临时仃机造成的违规超排等一系列问题。无准备的临时仃机换袋通常容易造成不能优选滤袋生产厂商,生产商由于临时安排生产,容易产生质量问题,现场更换滤袋的操作常常会粗糙。这一系列的弊端往往会导致之后滤袋寿命大大降低,甚至有些企业每一、二个月就不得不仃机,检查更换滤袋。

 

  使用袋除尘器的企业,通过对滤袋的定期监测评估,可使相关人员尽快了解、掌握袋除尘中滤袋的特性及失效渐变的过程与规律,从而使袋除尘器系统科学地运行,达到节能减排的目的。

 

  下表是某电厂滤袋使用二、三、四年后,滤袋的监测数据。

 

 

  上述表明该电厂滤料经向变化很小,且使用4年后强力性能基本没有下降。

 

  滤料非正常失效处理。

 

  所谓滤料非正常失效是指滤料在没有达到预期寿命指标前,就发生失效。

当发生这种情况时,多数用户要求滤袋供应商予以部分甚至全部赔偿,多数情况下,双方往往更注意经济层面上的东西,而忽略技术层面的工作。但常常由于忽略技术层面上的工作,不仅失效原因难以深层次挖掘,且导致这种纠纷难以得到科学、公正的合理解决。东北大学滤料检测中心通过多年的除尘器失效检测与评估总结以下几点可供企业参考。

 

  1企业在购进滤袋时应在所购滤袋中随机抽取一至两条滤袋,由供需双方签字封存,直至此次合同解除。此封存滤袋供日后发生非正常失效时,作为双方向检测机构提供检测的初始滤料样品。当然,滤料非正常失效时间若距初始工作时间较长(例如2年),这时的检测数据有时会较初始状态略有降低,这是由于滤料存在自然老化的现象。若保存不当还会加速这种自然老化,所以如前所述,最稳妥的是同时在所购滤袋中随机抽取一条送检测机构做全面检测,并将所测结果双方签字存档。

 

  2.袋式除尘器一旦出现排放浓度增高,基本上表明有滤袋破损。发生这种情况,必须尽早将破损滤袋找出并更换,同时务必找出破损原因,防止之后滤袋发生大面积破损。

 

  大多数用户由于各种原因,没有及降负荷,查找并更换破埙滤袋,之后就发生成片滤袋破损的情况,所谓一针不补,十针难缝。这主要是一旦有滤袋破损,就会发生如本文前面所述的情景,即大量粉尘沉积到花板上,并进而导致滤袋成片成片的破损,因此尽早发现滤袋破损并尽快更换是企业必须做到的,企业应当做到每个班次都认真观察、发现问题及时处理。

 

  如果滤袋发生破损,应当对除尘器及滤袋实时状态予以全面记录。当发现有一条乃至数条滤袋破损时,应按如下方法处置,否则和没有进行处置几乎是同样的,处置方法如下。

 

  在净气侧逐室查看,如有滤袋破损,袋口花板上必有粉尘沉积。这时首先要用工业吸尘器将该室花板内粉尘全部清除,然后将破损滤袋以外的花板全部严密覆盖。上述工作的目的是防止人员进入净气室抽取破损滤袋过程中,将净气室花板及破损滤袋外侧上的粉尘掉落到其他滤袋中,或将袋内粉尘掉落到周边滤袋中。当把所有破损滤袋及接近破损滤袋全部取出,并将净气室内掉落的粉尘全部清除后。需要将该室所有完好滤袋内的粉尘全部清除干净。比较简单的做法是用工业吸尘器通过一长吸管伸到袋内,从上到袋底抽吸,从而清除附于袋内,特别是袋底的粉尘。做完之后,再把破损滤袋补换上新滤袋,这个工作虽然费时费力,但能保证破损滤袋更换之后能长时间稳定工作。

 

  目前,我国各企业基本上破袋后没有按照上述程序操作,大多数是打开净气室,发现破袋,直接抽出,然后换新袋。其结果就是基本上不会出一个月就会再次发生更多滤袋破损,如此循环往复。

 

  再一点就是原因分析,如果企业有能力,可以自行处置。如果涉及多方面问题,最好请具有经验的专业机构检测分析。为了使专业分析人员能完整真实了解滤袋破损时的状态,应当全面完整的记录破损相关信息。并取袋后将滤袋尽可能在完全保持原来状态下,用塑料袋密封寄送到专业机构。很多单位将放置在外面多日,受日光暴晒,或风吹雨淋的滤袋再送到专业检测机构分析,就很难取得科学准确的结果。

 

  五、结束语

 

  滤料(滤袋)是关乎燃煤电厂长期稳定工作的重中之重,本文仅就滤袋选用与监控管理方面的一些问题做一些介绍。因篇幅所限,其他相关问题待以后讨论。应当说只有文中所述问题引起企业有关人员重视后,才能使袋除尘器在电力行业应用的愈来愈广。

 

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