煤粉气化袋式过滤器
在煤化工行业，煤粉的制造和输送属于粉体工艺中的重要组成部分，而煤粉分离在这个工艺段中处于一个重要环节。
1、煤粉分离工艺描述
原煤经过磨煤机碾磨后，经热风炉加热的惰性化气体在风机的作用下，携带大量合格煤粉（烟气与循环气混合而成，一般氧含量小于8%(vol)）进入煤粉袋式过滤器，分离后的煤粉依次通过旋转给料机、袋滤器排料螺旋输送机和排料螺旋输送机排出，送至煤粉贮仓贮存。尾气部分排放，部分循环，保证H2O含量＜30vol％。
煤粉仓装料袋滤器位于煤粉贮仓之上。煤粉贮仓的排出气（N2或CO2）以及煤粉锁斗、煤粉给料仓的卸压气（N2）等均通入煤粉仓装料袋滤器，分离后的煤粉通过煤粉螺旋输送机排出，送至煤粉贮仓贮存。尾气排放。
2、物料及气体性能分析
煤粉袋式过滤收集器处理的物料具有磨琢性、粘着性、腐蚀性、降解性、可流态化、吸湿性、含粉尘分散在空气中具有爆炸性等。因此，该工况对煤粉过滤收集器的设计和制造具有非常高的技术要求。
3、基本结构
由壳体（包括箱体、灰斗、蒸汽保温伴热设施）、布袋（含袋笼）、氮气清灰设施（含相关阀门）以及配套控制设备等组成。
4、工作原理
高浓度含尘气体由楔形风道进入布袋室，因流速大大减低（约3m/s），约70％以上的煤粉直接掉入灰斗，其余30％煤粉经导流板碰撞约有60％以上的煤粉再次调入灰斗，进入袋室和中箱体的煤粉（不足总量的12％）经滤袋过滤区，气体穿过滤袋时，粉尘被阻留在PTFE滤膜外表面，净化后的气体经滤袋口进入清洁室，由出风口排出。
含尘气体过滤达到一定时间，由于滤袋阻留粉尘的增多，气体过滤阻力将增大，当滤袋内外压差达到设定值时收粉器将对滤袋进行清灰，可选择按时间顺序、差压及混合方式清灰。清灰开始时由大流量脉冲阀（3英寸阀）在瞬间喷射出压缩氮气，射出的压缩氮气诱导大量清洁气体急速涌入布袋，使本来吸瘪的布袋鼓涨同时引起布袋剧烈振动，使吸附于布袋外的煤粉剥落调入布袋室灰斗。
分离器一般可采用在线喷吹清灰方式，减少清灰时对系统的压力冲击。由PLC自控系统按照设定的控制程序，逐室、逐行执行自动脉冲喷吹，清落的粉尘集于灰斗进入下部粉尘输送流程。该低压脉冲袋式收粉器在运行过程中自动重复控制程序。
5、主动安全性措施
袋式煤粉过滤收集设备的主动安全性措施主要有以下几点:
（1）设备采用防静电滤袋；
（2）设备采用耐压、防粉尘堆积设计；
（3）仪电选型根据可燃性粉尘环境用电气设备标准等。
6、被动安全性措施
袋式煤粉过滤收集设备的被动安全性措施主要有以下几点:
（1）设备设计泄爆门；
（2）设备设计N2灭火接口；
（3）设备漏风率小于2%，控制O2含量；
（4）设备考虑防雨、防雷措施等。
7、设备的可靠性指标及设计
鉴于袋式煤粉过滤收集器设备在煤化工项目上的重要性，因此对于它的使用寿命（设备整体寿命要求达到20年，滤袋2年以上，脉冲阀开关一百万次或6年以上等）和故障频率有比较严格的要求，不能因为煤粉过滤收集器的运行故障影响整个系统的运行。
8、滤袋的材质选择
根据煤粉烟气的温度和腐蚀性不同，过滤器的滤袋基布采用PPS或AC针刺毡材质，耐温要求达到130-150℃。
9、滤袋的表面处理工艺
针对煤粉袋式过滤收集器处理的工艺要求和粉尘特性：本系统为煤磨收粉系统，处理的是高浓度煤粉，煤粉细且具有一定的粘性，针对这样的粉尘特性，目前一般对滤袋的表面处理采用两种：化学涂层和聚四氟乙烯复膜。
滤料是否进行表面处理的性能对照表
|
编 号 |
处理方式 性能比较 |
PTFE复膜技术 |
表面涂层 |
未经处理 |
|
1 |
过滤效率 |
＞99.999% |
＞99.95% |
＞99% |
|
2 |
过滤方式 |
表面过滤 |
深层过滤 |
深层过滤 |
|
3 |
防水防油性 |
优 |
良 |
差 |
|
4 |
稳定性 |
优（三年） |
差（六个月） |
|
|
5 |
清灰动能需求 |
低 |
中 |
高 |
|
6 |
清灰难易程度 |
低 |
中 |
中 |
|
7 |
本工况可达到的排放浓度 |
＜10mg/Nm3 |
＜30mg/Nm3 |
＜50mg/Nm3 |
|
8 |
滤袋寿命增加 |
可延长30% |
无 |
无 |
滤料表面经两种不同工艺：化学涂层和聚四氟乙烯复膜处理后，滤料表面的电镜照片对比如下：
化学涂层薄膜放大1000倍 聚四氟乙烯膜放大1000倍
可以看出来，经过复膜处理后的滤料表面孔径比经过化学涂层处理后的滤料表面孔径要细得多：聚四氟乙烯膜的孔径可以达到0.1～1μm，而化学涂层处理后的孔径一般只能达到10μm以上。
Ⅰ．微孔薄膜覆合滤料与普通滤料的除尘效率性能曲线比较：
微孔薄膜覆合滤料它的过滤效率取决于其表面的薄膜材料，该材料特殊交叉微孔特性极大地阻隔了微尘的通过,使其具有极好的过滤效果。相比普通滤料效率提高了1个数量级，近乎实现“0”排放。对颗粒直径大于5微米的粉料，达到100%过滤，小如0.1微米的粉料仍可达到99.2%的高效（有测试报告和证书）。
Ⅱ. 微孔薄膜覆合滤料与普通滤料的压力损失性能曲线比较：
从上面性能曲线可以看出：普通滤料的起始阻力虽然比微孔薄膜覆合滤料的起始阻力低，但是普通滤料的阻力上升很快，而微孔薄膜覆合滤料的阻力比较平稳。因此，微孔薄膜覆合滤料的使用寿命要优于普通滤料的使用寿命。
产尘点的治理效果主要取决于流量Q，而流量意味着消耗功率，根据除尘系统的能源公式：N（功率）=Q（流量）×△P（压损）×η（系数）
因此，要降低耗用功率，唯一的途径是降低△P。当系统一定时，△P的变化取决于滤袋阻力。由于微孔薄膜覆合滤料特殊的表面过滤机理，其低阻力的特性，使电机耗用功率下降，达到节费的目的。另外，由于基布受膜的保护，粉尘颗粒对基布的破坏力大大降低，保证高透气性，其理化性能长期稳定，增加了滤袋的使用寿命。
覆膜滤料和未覆膜滤料的×1000倍电镜对比照片：
未复膜滤料 复膜滤料
通过以上分析，滤料采用PTFE微孔薄膜复合防静电滤料。首先，PTFE微孔薄膜具有良好的清灰性能，保证滤袋的阻力的稳定性，比常规滤袋对微米级颗粒的粉尘捕捉更为有效；另外，PTFE微孔薄膜滤料由于降低了布袋的正常运行阻力，因此滤袋的使用寿命也比不进行复膜处理的使用寿命要长；滤料的防静电功能可以保证煤粉过滤设备的安全运行。以下照片为同一台过滤设备内未复膜滤料和复膜滤料的粉尘附着情况对比照片（有低于烟气露点的温度出现），从照片可以看出：复膜滤料上附着的粉尘没有粉块出现。
覆膜滤袋和未覆膜滤袋的对比照片：
未复膜滤袋 复膜滤袋
10、滤袋的缝制工艺
目前，滤袋的缝制主要采用双线型缝线，排放要求比较高的也有些采用三线缝制。但是采用缝线形式制作的滤袋，由于缝线时形成的针孔会比粉尘的粒径大得多，因此过滤器运行时部分粉尘会从针孔逃逸，造成排放难以达到≤30mg/Nm3，而在煤气化工程中，由于工艺要求十分严格，过滤器的出口浓度甚至要求达到≤10mg/Nm3，采用热熔技术缝制滤袋，这样大大减少了粉尘的排放，使过滤器的出口浓度能够达到≤10mg/Nm3标准要求。以下为两种工艺的性能参数对比：
|
编号 |
技术性能 |
热熔技术 |
线缝合技术 |
|
1 |
过滤效率 |
＞99.999% |
＞99.95% |
|
2 |
强 度 |
优 |
良 |
|
3 |
本工况可达到的排放浓度 |
＜10mg/Nm3 |
＜30mg/Nm3 |
11、滤袋框架对滤袋的影响
滤袋的使用寿命除了和滤料的质量有关，还与滤袋龙骨有关。由于滤袋在使用过程中，会反复出现过滤和清灰两种不同的状态：过滤时，滤袋处于“塌陷”状态；清灰时，滤袋处于“膨胀”状态，在两个状态反复交替的过程中，滤袋与龙骨会反复摩擦造成滤袋的磨损，严重时还会导致滤袋破裂。
12、PPS-氧化反应
PPS纤维（Ryton）要求含氧量小于10%(Vol)、NOx小于500mg/ Nm3左右，总之含氧量越高，所使用的温度就要越低，因为每增加10℃，化学反应成双倍的增加，烟气温度最高不得超过170℃。PPS-氧化反应曲线图如下：
13、袋笼（滤袋框架）要求和生产工艺
标准要求袋笼的直线度误差小于3毫米，对刚度和环隙无要求。袋笼材质采用20#优质钢冷拔钢丝制作，表面防腐处理，使袋笼不仅有良好的钢度，同时不会因锈蚀现象影响排放效果和滤袋寿命。
袋笼采用微机控制的多点焊接生产线制作。焊接过程分为：加压、预热、焊接、缓冷、成型、泄压等工艺，自动按序完成。保证框架焊接质量、整体钢度、表面质量提高使用寿命。这样布袋的寿命有较好的保证。并对滤袋与框架的环隙作出科学的界定，以增加滤袋使用寿命，减少压缩气体的消耗。
14、花板与密封
一般除尘器对净化效率的要求为50－100mg/Nm3,工艺要求尾气循环再用，故对尾气排放的要求更高（10mg/Nm3以下），确保泄漏率低于0.002%。
15、脉冲喷吹清灰系统
脉冲喷吹清灰系统主要包括：气源供应系统、储气包、脉冲阀、喷吹管、喷嘴和诱导器等。过滤器清灰依靠脉冲阀通过电磁阀在瞬间释放压缩氮气喷吹来完成，脉冲阀的寿命直接影响过滤器的可靠性。
脉冲喷吹清灰系统各部分具体要求如下：
（1）气源供应系统必须保证喷吹气源的质量无尘、无油、无水，供气压力保证达到0.30MPa以上；
（2）储气包必须保证足够的容量，以保证脉冲阀喷吹量，气包容量要求达到300～450升；
（3）脉冲阀由于在过滤器上使用数量多，必须保证其可靠的质量和使用寿命，要求其流量系数大，因此在选择时一般选用进口产品：美国ASCO，它的使用寿命能达到100万次以上或6年；
（4）喷吹管、喷嘴和诱导器的作用主要是保证喷吹的气体能很好的作用于布袋，因此它们的制作精度都要求十分高。
16、设备保温及伴热
由于过滤器在运行时有可能存在气流死角，并且在设备检修或临时停运后，设备内部温度下降等情况会造成设备结露，并造成滤袋粉尘板结、箱体壁板腐蚀等不良后果，影响过滤器的正常运行和滤袋的使用寿命。过滤设备容易发生结露的部位主要是灰因此在设计时必须充分考虑其保温设计。
考虑对设备本体进行全部保温，顶部采用双层保温密闭检修门。并对灰斗及设备顶部设置伴热装置。
（1）保温外材：采用彩钢压型板；
（2）保温材料：采用岩棉保温层，厚度100mm左右；
（3）灰斗及设备顶部伴热装置：采用蒸汽盘管。
17、合理的气布比和导流系统
关于气流速度和分布会涉及到两个概念：气布比和可用速度。气布比是烟气经过滤袋的速度，而可用速度是烟气通过滤袋底部空隙的速度。
气布比是确定过滤器大小的主要因素，也是过滤效果及清灰效果好坏的一个重要原因，一般脉冲过滤器的气布比为1.0～1.5m/min，而在煤气化项目上，根据多项工程的经验总结，设计的过滤器过滤速度控制在1.0m/min以下，这样更能提高清灰效果和延长滤袋的使用寿命。可用速度是过滤器内烟气不应超过的最大速度，否则滤袋就容易损坏，而且烟气容易带走颗粒物，不利于清灰后粉尘的沉降。最大可用速度一般是70～75 m/min，这样更有利于煤粉的沉降。
以上两个速度在过滤器内部各处都保持基本相同，这就要求过滤器必须有很好的使气流均匀分布的措
18、灰斗防结料装置
为防止积料，灰斗上设有空气炮助力落灰装置，确保正常卸料不堵塞，灰斗设料位报警装置。
空气炮的工作原理为：当灰斗的粉尘出现粘壁搭桥的情况下无法卸下来时，通过PLC控制程序，使空气炮的脉冲阀工作，压缩氮气的压缩能在瞬间释放转化为动能，搭桥的粉尘被破拱之后掉下来，而且在一段时间内，粉尘不易搭桥。
以下附图说明空气炮和仓壁振动器的效果对比图。
19、过滤器的安全保护措施
(1) 过滤器内部压力≥设计压力---实施泄爆。
在过滤器过滤段箱体上设置超压爆泄阀，分离器内部压力≥设计压力时泄爆，防止过滤器本体受损。
(2) 入口烟气温度高----报警.
当系统运行温度超过设计温度时（温度值可设定），报警显示，由中央控制室作出反应。
(3) 过滤器内部温度超高----充氮气灭火。
为防止发生非常事故，在每个灰斗上设置灭火气源气接口二个。
(4) 过滤器阻力高报警----自动执行清灰程序。
(5) 灰斗料位高、低报警----启动或停止排灰程序，高料位为故障报警。
(6) 灰斗防结料装置。
为防止积料，灰斗上设有空气炮助力落灰装置，确保正常卸料不搭桥或堵塞。
(7) 压缩氮气供气压力低----报警显示。
由于本系统处理的是高浓度煤粉，为保证系统的正常安全运行，故脉冲喷吹的气源采用压缩氮气，同时在压缩气源供气系统设置压力检测装置。正常情况下，压缩氮气供气压力≥0.3MPa。
(8) 压缩氮气气源处理。
为防止因喷吹氮气含水、含油及其他杂质，造成滤袋不能正常运行，对气源进行脱油、脱水和过滤处理。
(9) 设备内部杜绝积粉平面和死角。
(10) 设备及相关配套设施设防静电装置。
控制箱的结构，电器安装，电路的布置安全可靠，操作方便，维修简单，控制箱内的裸露带电导体之间和带电导体对地的电气间隙不小于20mm，设备接地电阻＜3Ω。
电气设计防护等级符合相关通用国家标准和行业标准。
20、现场和远程控制
当系统处于运行工况时，可选择按现场、远程二种模式工作，通常情况下，置于远程控制，该设定可在控制柜中自由切换。
煤粉袋式过滤器将系统重要参数（系统差压、供气压力、箱体温度等）通过协议通讯给中控室，中控室能适时监控煤粉袋式过滤器运行状态。
21、清灰控制
过滤器的清灰遵循时间为主、压差优先的原则：
(1) 采用时间进行控制
通常情况下，按设定时间周期连续循环清灰，清灰周期可调。
煤粉袋式过滤器采用逐室、逐行在线清灰。脉冲间隔时间约15秒，脉冲喷吹持续时间0.1～0.15秒，每次喷吹耗气量约300L（0.25MPa）。
(2) 采用压差进行控制
测压点测得压差高于设计值（可调）时，则开始强制逐室清灰。测压点测得压差正常时，则恢复时间控制清灰程序。