燃煤锅炉袋式除尘应用新趋势：从ESP到布袋的技术迁移与材料选择

基于 BWF Envirotec 在燃煤电厂袋式除尘应用的工程经验解读 ICESP X（2006）研究

关键词
baghouse, coal fired boilers, textile filter media, PPS, P84, 静电除尘器, 工业烟气治理

在超低排放与协同脱硫脱硝的双重压力下，燃煤电厂烟气治理正经历一轮从静电除尘器（ESP）向袋式除尘器（Baghouse）的结构性迁移。来自德国 BWF Envirotec 的 Alexander Klotz 与 Bernd Haug 在 ICESP X（澳大利亚，2006）上发表的《Experiences in Bag House Applications after Coal Fired Boilers》[1]，系统总结了该公司在燃煤锅炉后布袋除尘的材料选型和工程运行经验，对当前我国燃煤电厂静电改袋和新建机组的技术路线仍具有重要参考价值。

论文给出的核心判断是：在日益严格的粉尘与 SO₂/NOx 排放标准约束下，袋式除尘器凭借更高的除尘效率和与脱硫、干法/半干法喷钙系统的良好耦合，正在逐步替代传统 ESP。尤其在欧洲，由于投运烟气脱硫（FGD）成为刚性要求，单一的静电除尘已难以兼顾低浓度排放与酸性气体控制，布袋除尘作为末端“精滤＋反应”平台的优势开始凸显。

BWF Envirotec 长期深耕工业烟气治理，以合成纤维及织物为基础的工业除尘滤料是其核心业务之一。论文指出，该公司在近十年已为各类燃煤电厂提供超过 100 万平方米袋式除尘滤料，通过完井供货、现场安装与更换、实验室粉尘与滤料分析以及复杂工况模拟等手段，形成了较为完整的工程经验体系。这为静电改袋项目中最具不确定性的环节——滤料选型和寿命评估——提供了可量化的工程依据。

文章首先从材料工程角度出发，对典型燃煤锅炉袋式除尘所用的关键纤维进行了梳理，包括聚丙腈（PAN）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（P84/PI）以及 PTFE 等。作者强调，滤料不仅仅是一层“布”，而是由表层纤维层与承载基布（scrim）构成的功能复合材料：支撑基布提供机械强度并参与控制排放，而表层纤维及其整理层直接决定粉尘捕集效率和清灰性能。

在热工与化学环境方面，论文提醒工程设计者不要简单照搬滤料样本中的“连续工作温度”和“峰值温度”指标。实验室标称温度是在理想、近惰性环境下测得，而燃煤锅炉真实烟气中普遍存在 O₂、SO₂ / SO₃、NO₂ 以及水汽等多种活性组分，其耦合作用会显著降低滤料的可用温度上限。对于所有非惰性纤维（除 PTFE 外），工程应用中需要在标称温度基础上留出充分安全裕度，并结合氧含量、NO₂ 浓度和运行启停特征进行重新评估。

在不同纤维特性方面，作者给出了一些典型的工程判断：

– PAN（聚丙腈）在中低温段具有较好的耐酸碱性和抗水解能力，但纤维本体机械强度偏弱，不适合高粉尘负荷、高比滤速和严重磨蚀工况，需要在 a/c 比和脉冲清灰强度上有所控制；

– PPS（聚苯硫醚）是目前燃煤电厂袋式除尘中极为重要的一类纤维，在适当控制 O₂ 与 NO₂ 的前提下，兼具性价比与耐温性。但 PPS 对氧化十分敏感，必须综合考虑连续温度、温度峰值、峰值持续时间和出现频次，尤其要严控高温富氧和 NO₂ 富集工况，以避免热氧化失效；

– 聚酰亚胺（P84/PI）凭借多叶形截面带来的高表面积，在精细粉尘捕集方面具有突出优势，适用于要求高过滤效率、低压损的场合。但 P84 对强酸、强碱及 ZnCl₂ 较为敏感，必须保证长期在酸露点温度以上运行，以避免冷凝酸加速水解和化学降解；

– 对于 P84，当烟气温度超过 140℃ 且水汽含量较高时，需要重点关注水解速率，可通过化学浸渍等方式减缓水解进程，从而提升滤袋使用寿命。

除了纤维本体，表面涂层和保护整理对布袋寿命与运行压损同样关键。BWF Envirotec 通过 PTFE 基防粘涂层（如 CS30、CS18 等）改善滤料表面特性，使粉尘主要停留在滤袋表面“蛋糕层”而非深层嵌入纤维孔道。这不仅优化离线或在线脉冲清灰效果，也显著降低压差爬升速率，从而延长换袋周期、降低运行能耗。

论文的一个重要贡献，是将这些材料与化学机理分析，系统映射到三类典型燃煤锅炉工况：链（往）条炉排（grate firing）、流化床燃烧（FBC）和粉煤燃烧（pulverized coal firing），并给出了若干工程案例数据。

在炉排燃烧系统中，由于燃烧风从炉排下方进入，通过粗煤层上行，往往需要较高过量空气系数以保证燃尽，这不可避免地导致烟气中 SO₃ 生成量增加。细微烟尘颗粒能够吸附大量 SO₃，一旦除尘器入口温度低于酸露点，极易在滤袋表面形成硫酸冷凝，引起强烈酸腐蚀并伴随金属构件严重锈蚀。在无脱硫系统（FGD）或高硫煤条件下，作者认为基本只有 PTFE 滤料能够在长期周期启停的炉排锅炉上保持可靠运行；若通过脱硫降低 SO₂ / SO₃ 浓度，则可考虑使用 PI 滤料并配合 PTFE 表面涂层（如 PI/玻纤骨架＋PTFE 涂层），在实际工况中取得超过 4 年的寿命。

文中引用的捷克某褐煤链条炉排电站案例（Ref. No.1714）中，采用 PI 纤维＋玻纤基布并配 CS30 PTFE 防粘涂层的滤袋，入口烟气温度约 160℃，峰值 180℃，比滤速约 0.98 m³/(m²·min)，实现约 50 个月稳定运行。工程实践显示，滤袋退役主要源于笼骨腐蚀或机械损伤，而非滤料本体失效，这从侧面印证了在合理选材和温度控制条件下布袋系统的可靠性。

在循环流化床锅炉与鼓泡流化床锅炉中，作者指出，燃烧室内投加石灰石可实现高达 90% 的 SO₂ 原位脱除，同时较低燃烧温度有效抑制热力型 NOx 生成，使烟气 O₂/NO₂ 环境相对温和，利于 PPS 等中高温纤维的耐久性。在此类系统中，粉尘以飞灰和未反应石灰为主，常配合半干法喷钙或炉内喷钙，兼具除尘与脱硫的协同。德国某硬煤流化床电站案例显示，在入口烟温 60–156℃ 工况下，采用 100% PPS 滤料并覆以微孔 PTFE 泡沫涂层（CS18），比滤速约 1.11 m³/(m²·min)，单组滤袋寿命超过 6 年，期间逐步更换，排放控制在 35 mg/Nm³ 以下。这一数据对于当前我国大量 CFB 机组从 ESP 向布袋改造具有直接参考意义。

在传统粉煤炉中，作者区分了干式粉煤燃烧和熔渣燃烧两类工况。前者煤粉在悬浮状态下燃尽，但未达到灰渣熔融温度，大量不规则形态的燃料灰随烟气进入除尘系统，具有较强的团聚倾向；后者则在约 1600℃ 高温下使灰分完全熔融，冷却后形成近似球形、玻璃态的细小颗粒，炭含量极低且不易团聚，给布袋除尘带来更严苛的超细粉尘截留与压损控制挑战。

针对高细度灰分，论文建议采用含微细纤维（microfiber）的 MPS 系列滤料，以更均匀且可控的孔径分布实现表面过滤，提升亚微米级颗粒的截留效率。尽管高温燃烧可能带来更高的 NO₂ 浓度，但在 SO₃ 含量相对较低的粉煤炉尾部，经综合计算后，PAN、PPS 或 PI 等纤维在控制温度和氧化潜势的前提下均可使用，并可在表层复合少量 P84 纤维，以进一步提高表面过滤能力、改善压差曲线。

南非某大型燃煤电站的工程案例显示，6 台机组均采用 PI 滤料（PI-RI/RI 581），单机滤袋数 1.55–3.254 万条，对应过滤面积 5–10 万 m²，烟气量约 472 万 Nm³/h，比滤速控制在 1.08–1.26 m³/(m²·min)，在 100℃ 连续、130℃ 峰值的工况下，厂家提供 48 个月寿命质保，出口粉尘浓度控制在折算至 21% O₂ 条件下 50 mg/Nm³。这表明在合理温控和氧化环境下，PI 滤料可以在典型粉煤电站中实现 4 年以上稳定运行，为国内高参数机组静电改袋工程提供了可靠范例。

从行业风向看，这篇论文传递出几条值得关注的技术信号：其一，袋式除尘已从“末端除尘单元”演化为“除尘＋反应”的多功能平台，与 FGD、半干法喷钙、SNCR/SCR 等工艺形成系统集成，这对传统仅关注 ESP 荷电捕集的思路提出了挑战；其二，袋式除尘系统的核心不再是单一设备选型，而是围绕“滤料－烟气－粉尘－工艺”的综合匹配和精细化运行管理，材料工程和腐蚀化学成为关键基础；其三，长期运行数据（4–6 年换袋周期）证明，在严格控制酸露点、氧化环境和清灰制度的前提下，袋式除尘完全可以满足大型燃煤电站的高可用率与低故障率要求，为未来更严苛的超低排放和多污染物协同治理奠定了技术基础。

对于正在规划或实施静电改袋的电力企业而言，BWF Envirotec 的这些工程经验提示：滤料选型必须从煤种硫分、FGD 配置、锅炉型式、运行温度曲线、NOx 生成特征乃至启停制度等多维度出发，而非简单对标“温度＋价格”；同时要特别重视酸露点线上移、NO₂ 与 O₂ 协同氧化以及周期启停导致的冷凝腐蚀等问题，将滤料材料学与锅炉燃烧、脱硫脱硝工艺设计纳入同一技术决策框架，才能真正发挥袋式除尘在燃煤电厂烟气治理中的系统价值。

Keywords: baghouse, coal fired boilers, textile filter media, PPS, P84, 静电除尘器, 工业烟气治理

参考文献
[1] Klotz A, Haug B. Experiences in Bag House Applications after Coal Fired Boilers[C]//Proceedings of ICESP X. Australia: ICESP, 2006.

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