0.概述
隨著排放標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)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，截留煙氣中顆粒度的粉塵。這種機(jī)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(diǎn)，因此能夠解決電除塵器無法實(shí)現(xiàn)的50mg/Nm3(甚至30mg/Nm3)以下的排放濃度和PM2.5微細(xì)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(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用獲得了空前的機(jī)遇。
雖然袋式除塵是一項(xiàng)歷史比較悠久的技術(shù)，但在我國燃煤電廠的成功應(yīng)用卻只有十年左右的時(shí)間。由于對燃煤電廠鍋爐煙氣除塵技術(shù)特殊性認(rèn)識不足、相關(guān)技術(shù)的發(fā)展沒有適應(yīng)燃煤電廠的特殊情況等原因，使得該項(xiàng)除塵在燃煤電廠鍋爐煙氣除塵應(yīng)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(dá)標(biāo)、除塵器性能不穩(wěn)定等幾個(gè)方面，因此可以這樣說：目前這項(xiàng)技術(shù)距離“、低阻、長壽命、穩(wěn)定”運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)電主業(yè)順利進(jìn)行的目標(biāo)還有很長的路要走。
本文通過對袋式除塵器的關(guān)鍵技術(shù)、運(yùn)行過程故障類型及原因的分析，從工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)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(shù)（設(shè)計(jì)）措施做以歸納和總結(jié)。
1.袋式除塵器的關(guān)鍵技術(shù)
所謂“關(guān)鍵技術(shù)”是指對設(shè)備運(yùn)行或性能影響大，相對比較復(fù)雜的技術(shù)，如果要使設(shè)備能夠穩(wěn)定、可靠、的運(yùn)行，對各關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入、細(xì)致的研究，掌握其核心和要點(diǎn)，還要充分利用模型試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬等手段獲得相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)論，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
袋式除塵器有四大關(guān)鍵技術(shù)：
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(gè)方面：一是費(fèi)用比例高：對高溫?zé)煔獯匠龎m器而言，濾料的費(fèi)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(dá)標(biāo)和除塵器阻力、壽命等重要指標(biāo)的優(yōu)劣都要靠濾料（袋）的性能來實(shí)現(xiàn)；三是故障率高，而且大多數(shù)除塵器的故障終都表現(xiàn)在濾料上。因此濾料的選擇和應(yīng)用技術(shù)就尤為重要。
關(guān)于濾料的技術(shù)包括：濾料配方（各成分配比）、纖維制造、濾料結(jié)構(gòu)、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(gè)方面。作為從事除塵工藝或設(shè)備設(shè)計(jì)的技術(shù)人員，雖然不需要掌握濾料全部知識，但對其做比較詳細(xì)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(biāo)及其隨著使用時(shí)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(xiàng)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(fù)雜和綜合性的技術(shù)，涉及到流體力學(xué)、工程流體力學(xué)、空氣動力學(xué)、氣溶膠力學(xué)等相關(guān)知識，而氣流組織的好壞是關(guān)系到除塵器能否達(dá)到預(yù)期性能的關(guān)鍵。
對氣流組織進(jìn)行研究的目的是：控制袋束的迎風(fēng)速度，避免含塵氣流沖刷濾袋導(dǎo)致濾袋破損；防止濾袋的擺動和碰撞，濾袋的長壽命；引導(dǎo)除塵器內(nèi)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(fù)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(jìn)風(fēng)方式、出風(fēng)方式、濾袋布置、濾袋形式和清灰方式等諸多因素有關(guān)[1]。因此，這么多因素的綜合交錯(cuò)，互相作用，要想達(dá)到完全合理是非常難的。這就需要采取多種手段，進(jìn)行研究和驗(yàn)證，大限度的達(dá)到目的。對此類問題的研究有三種手段：物理模型試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和理論解析，從研究的數(shù)據(jù)和結(jié)論中，得到氣流組織措施設(shè)計(jì)依據(jù)。
1.3清灰技術(shù)
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(shù)的成熟度和應(yīng)用的廣泛性上看，脈沖清灰是清灰技術(shù)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(zhuǎn)噴吹，國外燃煤電廠80%以上應(yīng)用的是固定行噴吹技術(shù)。
清灰技術(shù)的研究主要是解決清灰系統(tǒng)的操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(nèi)壓力）、脈沖間隔等。
其中結(jié)構(gòu)參數(shù)是在設(shè)計(jì)階段就確定下來的；操作參數(shù)是在調(diào)試階段進(jìn)行整定的，而且隨著除塵器運(yùn)行時(shí)間的變化，會對操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不斷變化的工況條件。
1.4自動控制技術(shù)
相對電除塵器而言，袋式除塵器需要控制的設(shè)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(yùn)行參數(shù)，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)情況，采取相關(guān)動作（如切換至旁路、啟動緊急噴水降溫系統(tǒng)等）。
在四大關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上的工藝和設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)是進(jìn)行所有研究和分析的目的和歸宿，因此各類技術(shù)的研究和設(shè)計(jì)、使用都不是孤立的，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)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
按照可靠性合理定義，可靠和故障是相對的概念，所謂故障是指產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能（對不可修復(fù)的產(chǎn)品稱失效，對可修復(fù)的產(chǎn)品稱故障）。根據(jù)這個(gè)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(biāo)、鋼結(jié)構(gòu)故障（包括坍塌、漏風(fēng)、振動等）等等。
袋式除塵器故障分為幾個(gè)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(yán)重故障（除塵器不能正常工作，需停機(jī)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(shí)處理或處理不正確，可能發(fā)展為高等級的故障，終引起致命故障。
2.2故障原因分析
從構(gòu)成上看，除塵器包括除塵器本體鋼結(jié)構(gòu)、過濾系統(tǒng)、清灰系統(tǒng)、清灰氣源供應(yīng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)等，每個(gè)部分都發(fā)揮著各自的功能，一部分出現(xiàn)故障都會引起整臺設(shè)備運(yùn)行不良、甚至整體失效。
總結(jié)起來，袋式除塵系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因有：部件和零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、加工制作和材質(zhì)不良，安裝調(diào)試和維護(hù)管理不當(dāng)，以及應(yīng)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(xiàng)目的實(shí)施階段包括設(shè)計(jì)、加工制造、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等幾個(gè)環(huán)節(jié)，哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，都會引起設(shè)備的故障，從而造成項(xiàng)目的失敗。從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對各部件和參數(shù)進(jìn)行縝密的設(shè)計(jì)，是可以實(shí)現(xiàn)“本質(zhì)上”的可靠的。
3.提高袋式除塵器可靠性的技術(shù)措施
按照可靠性和故障的定義，提高除塵器的可靠性，實(shí)質(zhì)上就是減少除塵器運(yùn)行的故障，特別是要抓住幾個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)，從“本質(zhì)上”減少故障發(fā)生的概率。
3.1設(shè)計(jì)階段工作流程
一個(gè)燃煤電廠鍋爐煙氣袋式除塵項(xiàng)目，完整的設(shè)計(jì)工作流程應(yīng)該如圖1。需要特別指出的是，該流程圖中的“試驗(yàn)或模擬”是不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，特別是關(guān)系到除塵器性能的氣流組織和清灰系統(tǒng)時(shí)，做試驗(yàn)或計(jì)算機(jī)模擬是必要的步驟。試驗(yàn)的方法是利用相似理論，按比例（確保幾何相似、運(yùn)動相似和動力相似）建立物理模型，進(jìn)行氣流組織和氣流分布裝置的試驗(yàn)；而計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬是以計(jì)算流體力學(xué)為基礎(chǔ)，以商用流體軟件為平臺，根據(jù)實(shí)際工程建立模型，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并以圖形化界面的直觀方式表達(dá)。
從理論上講，物理模型和實(shí)型一一對應(yīng)的，即要想大限度的確保模型試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)型接近，就每次設(shè)計(jì)都要新建模型，起碼要對原有模型進(jìn)行改造，而這樣做顯然從時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上都是不劃算，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，使得利用計(jì)算機(jī)模擬來替代或部分替代成為可能。
3.2重要設(shè)計(jì)參數(shù)確定
1.過濾風(fēng)速
過濾風(fēng)速的取值對確保除塵效果、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(guān)鍵性的作用。正確地選定過濾風(fēng)速是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作，它與粉塵性質(zhì)、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(guān)系[2]。過濾風(fēng)速過高，會增加除塵器阻力、引起清灰頻率增大、過濾室內(nèi)的風(fēng)速過高、產(chǎn)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(yùn)行。
過濾風(fēng)速的選取無脫硫時(shí)不宜大于1.2m/min，脫硫時(shí)不宜大于0.85m/min。[4]。根據(jù)這個(gè)數(shù)值計(jì)算過濾面積，布置濾袋，并終核算實(shí)際過濾風(fēng)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(xué)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。
當(dāng)然，隨著濾料材料技術(shù)和加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，已經(jīng)使復(fù)合濾料的應(yīng)用成為一種趨勢，可以根據(jù)各材料的特性進(jìn)行配比，取長補(bǔ)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?yàn)V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(gè)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(shí)際情況選用。這里要提出一個(gè)濾袋長徑比（濾袋長度和口徑的比值）的概念，按照有關(guān)試驗(yàn)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(gè)綜合考慮濾料性能、氣流組織和清灰性能而給出的一個(gè)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(fēng)速的前提下，盡量能夠使煙氣流動更順暢合理，可以用幾個(gè)風(fēng)速（注意：風(fēng)速值是通過計(jì)算得到的，為了更加可靠，應(yīng)該通過物模試驗(yàn)測試或者計(jì)算機(jī)模擬的定量功能獲得）來衡量其效果。一般情況下，袋束迎風(fēng)斷面氣流平均速度應(yīng)控制在0.85m/s以下，大速度應(yīng)控制在1.0m/s以下；袋束下方煙氣平均上升速度應(yīng)小于1.0m/s[1];袋口平均風(fēng)速應(yīng)控制在3m/s以下。