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垃圾焚烧炉所用除尘布袋除尘技术分析与探究

时间:2015-02-09  点击:7978次

 

我国是人口大国,所产生的垃圾如不妥善处理对环境和人们生活会带来极大不便。目前主要以垃圾掩埋来处理垃圾,虽然成本低但是需要几十年的时间垃圾才会自动分解。于日本发达国家相比,我国大型垃圾焚烧发电站只有30多座,日本有100多座。用垃圾焚烧来发电是目前最合理的处理方式,成本高,回报率低是目前阻碍垃圾焚烧的主要难题。

摘要:本文介绍了垃圾焚烧发电厂烟气净化处理工艺、袋式除尘器的工况及垃圾焚烧烟气特点,并就如何合理地选择垃圾焚烧发电厂用袋式除尘器滤料进行了分析;同时还介绍了几种适合于垃圾焚烧发电厂的袋式除尘器新型滤料。

随着人民生活水平的不断提高,城市生活垃圾的处理方式已成为新的课题。目前,生活垃圾的处理方法正由以前的填埋逐渐向焚烧方式过渡。

采用焚烧技术处理生活垃圾,可将垃圾彻底处理并能外供能源或回收废金属,因此可达到垃圾处理无害化、 减量化、资源化的目的。但由于垃圾在焚烧中会产生有害、有毒的烟尘,尤其是需要解决垃圾焚烧尾气中的二恶英的问题,所以必须对焚烧产生的烟气进行严格净 化。在我国颁布的《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2012)中特别规定:生活垃圾焚烧炉除尘装置必须采用袋式除尘器。

袋式除尘器运行稳定、操作方便、除尘效率高、适应性强,因而得到了广泛应用。据统计,袋式除尘器运行中出现的问题有一半以上与滤料有关。所以袋式除尘器性能的优劣主要取决于滤料。全面掌握滤料性能及其选择方法,对研究、设计和使用袋式除尘器,具有十分重要的意义。

1 垃圾焚烧发电厂袋式除尘器工作环境

1.1 垃圾焚烧烟气处理工艺

目前垃圾焚烧烟气净化处理多采用半干法,即石灰浆中和+活性炭喷入+袋式除尘器的组合工艺,其工艺流程如图所示。

垃圾焚烧工艺流程图

其工艺原理为,利用Ca(OH)2吸收烟气中的HClHFSO2等酸性气体,HCl等在反应塔中只能保持1s左右的反应时间,Ca(OH)2SO2反应生成的CaSO4固态小颗粒,进入袋式除尘器时被滤袋从烟气中分离出去。

在反应器烟气出口处加入活性炭,可吸附烟气中的二恶英等其它有害成分。

袋式除尘器为该净化处理系统的主体设备,垃圾焚烧烟气先进入反应塔,其中的酸性气体与在塔顶中部喷入的石灰浆进行中和反应,自反应塔出口起始端喷入活性炭,烟气中的重金属与二恶英被吸附后进入袋式除尘器。袋式除尘器将烟气中的颗粒物、中和反应物、活性炭以及被吸附的污染物加以捕集、净化,净化后的清洁烟气自除尘器出口管道经引风机由烟囱外排。

1.2 垃圾焚烧尾气中的污染物

1)不完全燃烧产物

碳氢化合物燃烧后主要的产物为水蒸汽及二氧化碳,可以直接排入大气。不完全燃烧产物(简称PIC)是 燃烧不良而产生的副产品,包括一氧化碳、炭黑、烃、烯、酮、醇、有机酸及聚合物等。一个设计良好且操作正常的焚烧炉内,不完全燃烧产物的生成量极低,通常 不会造成空气污染,因此设计尾气处理系统时,可不将其考虑在内。

2)粉尘

粉尘包括垃圾中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧产物等。

3)酸性气体

包括氯化物、卤化物(氯以外的卤素,氟、溴、碘等)、硫氧化物(二氧化硫及三氧化硫)、氮氧化物(NOX)、以及五氧化二磷(P2O5)和磷酸(H3PO4)。

4)重金属污染物

包括铅、汞、铬、镉、砷等的元素态、氧化物及氯化物等。

5)二恶英(PCDDS)及多氯二苯并呋喃(PCDFS)。

1.3 垃圾焚烧炉飞灰的特性

生活垃圾焚烧飞灰中最多的颗粒是黑色或白色颗粒,形状有扁平和球型的,渣结块时也有球型的,但球型的颗粒并不多。

垃圾焚烧炉的飞灰按粒径可分为七档:<20μm2041μm4260μm61110μm111149μm150230μm>230μm。粒径大于230μm的,主要是焦炭的薄片,焦炭片越少,颗粒燃烧得越完全。

1.4 垃圾焚烧烟气特点

1)由于生活垃圾含水量较大,而且在燃烧中一些碳氢化合物也会生成水汽,因此烟气的含湿量也较大,一般为烟气总量的23%30%

2)由于垃圾成分复杂,燃烧后产生的烟尘中有毒、有害成分也较复杂,其中包括一些微量金属,如汞、镉、铅、钼、铬、镍、铜等。

3)与燃煤锅炉不同,垃圾焚烧烟气除含有O2SOXCO2NOX等外,还含有HClHF等酸性气体,以及水蒸汽和烃类(THC)。

4)由于燃烧中还可能产生二恶英和多氯二苯并呋喃等致癌物质,对人体极其有害。一般都需在袋式除尘器前喷入活性炭以吸附去除。

5)烟尘的粒径较细、粘度较高。

从以上特点可以看出,生活垃圾焚烧烟气净化袋式除尘器滤料的选择具有很大的难度。

2 垃圾焚烧发电厂袋式除尘器滤料的选择

2.1 袋式除尘器滤料选用的一般原则

1)根据含尘气体的特性选用滤料

滤料通常是由棉、毛等天然纤维或合成纤维为原料制成的。原材料具有各自不同的理化特性,不可能在温度、湿度及耐化学性等方面都具有完全优良的性能和抵抗性。故此,作为选用滤料的原则,必须充分掌握含尘气体的特性(包括含尘气体的温度、湿度、腐蚀性、可燃性及爆炸性等),认真对照各种纤维所具有的性能,加以合理选择。

2)根据粉尘的性状选用滤料

粉尘的性状包括粉尘的化学性和物理性。主要是从粉尘的物理性能角度考虑对滤料的材质、结构以及后处理等方面的选用。这些性状主要包括粉尘的形状和粒径分布、粉尘的附着性和凝聚性、粉尘的吸湿性和潮解性、粉尘的磨啄性等。

3)根据除尘器的清灰方式选用滤料

袋式除尘器的清灰方式是选择滤料结构品种的一个主要因素。不同清灰方式的袋式除尘器因清灰能量、滤袋形变特性的不同,宜选用不同结构品种的滤料。

4)根据其他特殊要求选用滤料

主要包括高浓度收尘工艺、高标准排放和具有净化要求的场合、具有稳定低阻运行要求的场合、含油雾等粘性微尘气体的处理以及特殊结构除尘器的要求等。

2.2 从使用角度选用袋式除尘器滤料的原则

1)过滤性能好,阻力低;

2)质地均匀,尺寸稳定,机械强度高,使用寿命长;

3)化学稳定性好,耐酸耐碱,耐较高温度,抗氧化;

4)原料来源广泛,价格较便宜。

很显然,能满足以上所有条件是很困难的,这是由于这些条件互相矛盾和制约的缘故。因此,在选择滤料时应考虑主要因素。

2.3 常用的垃圾焚烧炉用袋式除尘器滤料

目前,垃圾焚烧炉袋式除尘器采用的滤料主要有PPS滤料、P84滤料、玻璃纤维膨体纱及覆膜滤料、玻璃纤维针刺毡、PTFE纤维复合滤料和GORE-TEX等品种,其他的还有PTFE纤维或者PTFE覆膜滤料。其中使用比较广泛的是PPS滤料和P84滤料,尤其在国外的垃圾焚烧炉袋式除尘器中,这两种滤料的使用量较大;玻璃纤维膨体纱覆膜滤料和玻璃纤维针刺毡在国内和日本等地使用的比较普遍。

目前国内外垃圾焚烧炉袋式除尘器常用滤料的主要性能如下:

1聚苯硫醚(PPS

聚苯硫醚(PPS)纤维可以在190下连续工作运行,瞬间可以承受232的高温(无其他化学成分影响)。PPS纤维滤料除耐氧化性较弱以外,耐酸、耐碱性能都十分优越,因此被广泛地应用于垃圾焚烧炉。但当被处理烟气中氧(O2)含量超过10%、运行温度超过165时,PPS纤维也会发生分解。

2)玻璃纤维

玻璃纤维可用于制成玻纤织布、玻纤膨体纱织布或针刺毡。玻璃纤维滤料的最高连续承受温度可达260,瞬间耐温为290。在260以上的条件下,玻璃纤维滤料本身不会被直接破坏,但用于增加玻璃纤维(纱)间润滑性的后处理物质会被蒸发,最终会导致玻璃纤维(纱)间的机械磨损。玻璃纤维滤料是阻燃的,几乎不吸湿(不会发生水解),具有极佳的尺寸稳定性和合理的强度特性。玻璃纤维织布抗拉强度较好,但抗折性相对较弱,因此在处置时应避免折弯和摩擦。玻璃纤维滤料的耐酸性相对良好,但HF、浓硫酸和热磷酸会对玻璃纤维滤料有腐蚀作用,在高温状态下,弱碱、酸酐以及金属氧化物对玻璃纤维滤料也会有损伤。因此,玻纤滤料一般不能在露点温度下应用。

3聚亚酰胺(P84

聚亚酰胺纤维滤料是一种阻燃且耐温性能稳定的纤维滤料,在240的条件下,P84纤维滤料的机械性能不会发生变化,最高耐温可达260P84纤维滤料没有熔点温度,呈自然的金黄色,纤维可用作滤材的基布和纺制长丝纱。P84纤维滤料不是吸湿性的纤维滤料(在65%的相对温度条件下,吸水量约为3%)。此外,由于P84纤维是异型(叶子型)断面结构,具有很大的过滤面积,过滤性能优异,所以P84纤维也通常被植入滤料表层(迎尘面侧)以改善滤料的过滤性能。由于P84纤维滤料具有一定的水解性,因此建议使用条件中的水汽含量应小于38%。该滤料对SO2浓度的适应性强,对烟气的含氧量亦无特殊要求。

4聚四氟乙烯(PTFE

聚四氟乙烯合成纤维滤料是一种独特的材料,在运行温度为240、瞬间温度为260的条件下,能承受任何酸度的酸侵蚀。聚四氟乙烯合成纤维滤料自润性极佳,不吸潮,能承受紫外线辐射。但PTFE纤维的耐磨性一般,所以对滤袋框架的光洁度有严格要求。PTFE纤维可适用于腐蚀性的恶劣条件及对滤料使用寿命要求较高的场合,也可与玻璃纤维混合制成性价比更合理的滤料。

5)聚四氟乙烯覆膜滤料

聚四氟乙烯薄膜表面光滑且耐化学物质,将其覆合到普通过滤材料的表层,可将粉尘全部截留在膜表面,实现表面过滤;又因该薄膜表面光滑,有极佳的化学稳定性,憎水,不老化,使截留在表面的粉尘很容易剥落,因而可提高滤料的使用寿命。其与普通滤料相比,具有如下优点:

1)薄膜孔径为0.23μm,过滤效率可达99.99%以上,几乎零排放。清灰后不改变孔隙率,除尘效率稳定。

2)覆膜滤料在开始使用时,压力损失要高于普通滤料,但在投入运行后,随着使用时间的增加,压力损失的变化却不大,而普通滤料的压力损失会随使用时间的延长而越来越大。

3)普通滤料在使用中,粉尘很容易进入到内部,而且越积越多,直到将滤料的孔隙堵死,导致不能继续使用。而PTFE覆膜滤料,可将过滤的粉尘很容易地从膜表面清除,清灰效果好,周期长,使用的清灰压强较低,从而可提高滤料的使用寿命,降低产品的运行费用。常用于垃圾焚烧炉的PTFE覆膜滤料有PPSP84和玻纤膨体纱机织布等。

2.4 垃圾焚烧炉用袋式除尘器新型滤(袋)料

1GORE-TEXr)薄膜滤袋

GORE-TEXr)薄膜滤袋的过滤表面是一层多微孔、极光滑的ePTFE(膨体聚四氟乙烯)薄膜。由于薄膜的纤维组织极为细密,能使粉尘粒子无法穿越薄膜而使粉尘排放量接近于零;又由于ePTFE薄膜本身具有不粘尘、憎水和化学性能稳定等特性,因此清灰性能极佳。

GORE-TEXr)薄膜滤袋具有以下性能特点:

1)纤维结构极为细密,初始运行压降要比未经使用的普通滤袋高,但在运行过程中能始终保持比普通滤袋低得多的运行阻力。

2)运行阻力低,气流量通常可增加30%以上,可大大提高系统的生产效率;过滤风速比普通滤料提高13倍,可使除尘器体积减小;滤袋寿命大大延长,减少了设备的维护费用和停工时间;降低了系统的风机动力和压缩空气消耗,减少了系统的运行费用。

3)过滤效率高,能达到较高的粉尘排放标准。

2)尤尼吉可玻纤织物

在日本垃圾焚烧市场,滤袋玻纤滤料的使用占70%,尤尼吉可玻纤织物又占其中的60%以上。尤尼吉可玻纤袋的特征为:

1)耐高温,与PPSP84相比,可在260的工作环境下连续运行。

2)尺寸稳定性极好,绝不会因热产生收缩,易于从龙骨架上脱下,特殊的双重构造确保了高速过滤。

尤尼吉可最新推出的GM800滤料具有 以下特点:玻纤织物上覆着PTFE多孔膜,高技术含量膜很均匀,由于采用均匀的膨体纱,所以织物组织很细致,提高了膜的粘着性。寿命长,在压力损失低的状 态下也可以运行,由于采用PTFE膜,所以灰尘的剥离性很好,玻纤织物和膜的粘着性很好,用脉冲方式也很难剥离;可捕捉微粒子,由于是多孔膜构 造,0.30.5μm的微粒子捕捉率可达99%以上;环境适应能力强,玻纤织物作基布表面覆上PTFE膜,耐药品性和耐热性都很好。

3)普耐系列复合滤料

普耐系列复合滤料是将两种或两种以上的耐高温纤维(包括PPS纤维、P84纤维、玻璃纤维以及PTFE纤维)混纺制成的,其采用的成分需经特殊化学处理,并根据需要而决定。普耐系列复合滤料具有以下特性:

1)纤维层采用渐进式结构,即在迎尘侧面层采用超细纤维或异型纤维(如P84),以提高过滤精度;其余面层采用较粗的纤维组合,以提高透气性能,降低运行阻力;

2)采用超细纱玻璃纤维基布(160支)或合成纤维基布,改善了基布耐折性能,延长了使用寿命;

3)加强了滤料的化学处理,改善了滤料的耐温以及耐化学性能;

4)改善了滤料与PTFE薄膜的亲和性能,进一步提高了薄膜滤料的过滤精度并降低了压差。

3 结语

随着我国滤料生产技术的提高,国产滤料各方面的性能都有了很大提高。

复合滤料是垃圾焚烧炉用袋式除尘器滤料的一个发展方向,目前已有多个滤料生产厂家将已有的几种耐高温纤维中的两种或两种以上纤维混纺制成复合滤料。

选择过滤袋和材料时,了解其应用环境的详细情况是至关重要的。选择垃圾焚烧尾气处理袋式除尘器滤料的材质时,应考虑的主要因素为耐温、耐酸、耐碱、耐氧化等;另外,垃圾焚烧烟气的湿度较大,抗水解能力也是选择滤料时必须考虑的一个因素。由于滤袋材质的不同,其价格差异很大,而且不同滤料的使用温度、除尘效率、清灰性能、费用及对烟气中不同化学成分的耐腐蚀程度都不一样,所以最终选择滤料时应综合考虑一次性投资和运行成本及使用效果等。

 

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