Если вы занимаетесь пылеулавливанием на угольной электростанции или теплоэлектростанции с циркуляционными котлами с кипящим слоем, вы, вероятно, сталкивались с подобной ситуацией: фильтровальные мешки, рассчитанные на два года, изнашиваются за восемь месяцев. Затраты на техническое обслуживание постоянно растут. Ваша команда проводит замену фильтров чаще, чем кто-либо планировал. И где-то на заднем плане постоянно ужесточаются требования по соблюдению норм выбросов.
Это не невезение. Это проблема выбора материала — и это одно из наиболее часто допускаемых ошибок в промышленной фильтрации пыли.
Дымовые газы, выходящие из угольного котла или системы отопления с циркулирующим кипящим слоем, не просто горячие. Они химически агрессивны. Высокие концентрации диоксида серы, риск образования кислой точки росы в переходных режимах работы, влага от процесса сгорания, мелкая летучая зола, абразивная при многократной очистке импульсными струями — всё это создает огромную нагрузку на обычные фильтрующие материалы. Стандартные полиэстеровые мешки для этого не предназначены. Они гидролизуются и корродируют. И даже материалы, способные выдерживать химические реакции, иногда оказываются неэффективными с точки зрения выбросов, особенно когда нормативные пороги приближаются к 10 мг/Нм³ и ниже.
Фильтрующие мешки из полифениленсульфида (PPS) — это правильное инженерное решение для таких применений. Не повсеместно — существуют условия, когда другие материалы более подходят, — но для температурного диапазона и химического состава газов, типичных для сбора пыли в угольных электростанциях и отопительных котлах, PPS является оптимальным решением с точки зрения производительности, срока службы и экономической эффективности.
Вот чем это отличается и как выглядят результаты на практике.
Почему стандартные фильтровальные мешки выходят из строя в угольной энергетике и системах отопления
Три основных механизма отказа, преобладающих в этих условиях, заслуживают четкого понимания, поскольку они определяют, что именно вам нужно от фильтрующего материала.
Кислотный гидролиз
Полиэфирное волокно содержит сложноэфирные связи в своей полимерной цепи, которые химически уязвимы для воздействия кислот, особенно в присутствии влаги. В дымовых газах с содержанием SOx, особенно во время циклов запуска и остановки, когда температура проходит через точку росы кислоты, на поверхности фильтра конденсируется туман серной кислоты. Полиэфирные мешки, подверженные воздействию этой химической реакции, разрушаются снаружи внутрь — прочность на разрыв падает, структура волокна ослабевает, и мешки выходят из строя значительно раньше срока. Понимание того, что на самом деле определяет срок службы фильтровальных мешков, является первым шагом к предотвращению преждевременного выхода из строя.
Термическая деградация
В системах угольных и циркулирующих кипящих котлов обычно поддерживаются непрерывные рабочие температуры в диапазоне 120–150 °C, при этом пиковые значения во время аварий или изменения нагрузки достигают 160 °C и выше. Полиэфирные волокна становятся ненадежными при температуре выше 130 °C в условиях непрерывной эксплуатации. Даже арамидные волокна, которые выдерживают такие температуры, могут быть уязвимы для воздействия кислот в зависимости от их химического состава.
Недостаточная эффективность фильтрации для соответствия действующим стандартам выбросов.
Многие старые установки проектировались с учетом целевых показателей выбросов 20–50 мг/Нм³. В большинстве стран нормативные требования ужесточены до 10 мг/Нм³ или ниже, а в некоторых странах действуют сверхнизкие требования к выбросам, достигающие 5 мг/Нм³ или ниже. Обычный иглопробивной войлок для глубинной фильтрации не обеспечивает надежную работу на таких уровнях. Необходима поверхностная фильтрация — точно спроектированный слой тонких волокон, который улавливает частицы на поверхности рукава, а не по всей толщине ткани. Если вы не уверены, как оценить производительность вашей текущей системы, наша статья о мониторинге перепада давления в рукавном фильтре станет полезной отправной точкой.
Что обеспечивает оптоволокно PPS?
Полифениленсульфид (PPS) — это полукристаллический термопластик с ароматической полимерной основой, что обеспечивает ему принципиально иной профиль химической стабильности по сравнению с органическими фильтрующими материалами.
Высокая температура сопротивления
Иглопробивной войлок Omela PPS обеспечивает непрерывную работу при температуре 160 °C, с кратковременным пиковым допуском до 190–200 °C в зависимости от конкретного сорта материала. Для режимов работы, типичных для угольных электростанций и систем централизованного теплоснабжения, это обеспечивает реальный запас прочности, а не работу вблизи предельных параметров материала.
Кислото- и химическая стойкость
Полифениленсульфид (PPS) не имеет гидролизуемых связей. Он устойчив к серной кислоте, соляной кислоте, щелочам и большинству органических растворителей при повышенных температурах. В средах дымовых газов с высоким содержанием серы, где существует риск кислотной конденсации при перепадах температур, это напрямую приводит к увеличению срока службы. Механизм химической деградации, разрушающий полиэфирные мешки, просто не применим к PPS.
Сопротивление гидролиза
В условиях высокой влажности, повышенной сырости или дымовых газов, содержащих значительное количество водяного пара от сгорания, PPS сохраняет свою структурную целостность. Это особенно актуально для котлов с циркулирующим кипящим слоем, где химический состав продуктов сгорания производит больше влаги, чем при сжигании сухого измельченного угля.
Эффективность поверхностной фильтрации выше 99.99%.
Иглопробивной войлок PPS от Omela изготавливается с использованием смешанного процесса кардочесания и перекрестного перекрытия, что обеспечивает равномерный, плотный сверхтонкий слой волокон по всей фильтрующей поверхности. В результате достигается эффективность поверхностной фильтрации выше 99.99%, с подтвержденными показателями выбросов 10 мг/Нм³ и ниже. Наши марки OM-PPS160D и OM-PPS160E специально разработаны для достижения сверхнизких целевых показателей выбросов 10 мг и 5 мг соответственно. Для более подробного обзора различий в эффективности различных типов фильтрующих материалов см. наше руководство по фильтрующим материалам для рукавных фильтров.
Механическая прочность при импульсно-струйной очистке
Волокно PPS сохраняет высокую прочность на разрыв при механическом воздействии многократных циклов импульсно-струйной очистки — прочность на разрыв по основе превышает 900 Н, а по утку — 1,200 Н. Стабильность размеров, измеренная по 24-часовой усадке, составляет менее 1.5% в обоих направлениях. Эти характеристики важны для реального срока службы в системах высокочастотной очистки. Более подробную информацию о том, как циклы очистки влияют на срок службы мешков, вы найдете в нашем руководстве по режимам импульсно-струйной очистки, где описаны важные рабочие параметры.
Маркировка фильтровальных мешков Omela PPS
| Модель | Рабочая температура (°C) | Пиковая температура (°C) | Целевой показатель выбросов (мг) | Вес (г / м²) | Толщина (мм) |
|---|---|---|---|---|---|
| OM-PPS160N | 160 | 190 | - | 550 ± 5% | 2.0 ± 10% |
| OM-PPS160T | 160 | 190 | - | 550 ± 5% | 2.0 ± 10% |
| OM-PPS160D | 160 | 190 | 10 | 580 ± 5% | 2.2 ± 10% |
| OM-PPS160E | 160 | 190 | 5 | 530 ± 5% | 1.9 ± 10% |
| OM-PPS170D | 170 | 200 | - | 650 ± 5% | 2.0 ± 10% |
Все марки: прочность на разрыв (основа ≥900 Н / уток ≥1,200 Н) · относительное удлинение (основа ≤25% / уток ≤50%) · термоусадка (основа ≤1.5% / уток ≤1.0%) за 24 часа
Варианты постобработки включают термофиксацию, опаливание и ламинирование мембраной из ПТФЭ — выбор зависит от химического состава газа и требований к выбросам в каждом конкретном случае. Более подробно о том, когда ламинирование мембраной из ПТФЭ на подложке из ППС целесообразнее, чем стандартная конструкция из ППС, см. в нашей статье о применении ламинированных пакетов из ППС + ПТФЭ.
Качество изготовления: почему важны детали конструкции.
Фильтрующий материал — это лишь одна часть уравнения. Мешок, изготовленный из высококачественного войлока PPS, может преждевременно выйти из строя, если конструкция швов неправильная, соединение каркаса не соответствует требованиям или обработка поверхности не подходит для используемого химического состава.
Варианты конструкции шва
Наши пакеты из полифениленсульфида (PPS) доступны в трех вариантах конструкции швов. Бесшовная трубчатая конструкция исключает пути протечек, которые образуются в местах швов со временем. Клеевое соединение обеспечивает надежную герметичность для применений, требующих этого. Механическое закрытие используется там, где этого требуют геометрия пакета или условия эксплуатации. Все варианты конструкции сочетаются с двухслойным усилением в зонах контакта защелки и каркаса для распределения механической нагрузки от импульсной струи и сопротивления истиранию, которое приводит к преждевременным структурным разрушениям в высокоскоростных системах.
Обработка поверхностей для защиты от агрессивных химических веществ
Для применений, связанных с риском образования кислотной точки росы, высоким содержанием влаги или особенно мелкими частицами, обработка поверхности, включая ламинирование мембраной из ПТФЭ, подбирается в соответствии с фактическим химическим составом газа в каждой конкретной установке, а не применяется по умолчанию. Правильное определение этого параметра на этапе спецификации во многом определяет, достигнет ли мешок своего номинального срока службы в вашей системе, а не выйдет ли он из строя раньше срока.
Пример из практики 1: Крупная угольная тепловая электростанция
Применение: Один большой рукавный фильтр, предназначенный для очистки 260 000 м³/ч дымовых газов угольной тепловой электростанции, работающей на смеси топлива, состоящей примерно из 10% шлама и 90% угля.
Проблема
Существующая система использовала стандартные фильтровальные мешки, срок службы которых составлял в среднем восемь месяцев до необходимости замены. Основные факторы: высокое содержание серы в дымовых газах, постоянные рабочие температуры 120–130°C, пиковые значения температуры до 160°C. Конфигурация очистки: импульсно-струйная очистка в режиме онлайн. Ежегодные затраты на техническое обслуживание превышали семизначную сумму из-за частоты замены фильтров и связанных с этим трудозатрат. Кроме того, предприятие находилось под давлением регулирующих органов, требующих демонстрировать выбросы ниже 10 мг/Нм³, и испытывало трудности с поддержанием стабильного уровня выбросов с имеющимися фильтрующими мешками.
Что мы сделали
После анализа условий эксплуатации — объема дымовых газов, температурного профиля, содержания серы, конфигурации системы очистки и размеров корпуса — мы выбрали высокотемпературные коррозионностойкие фильтровальные мешки Omela PPS с обработкой поверхности, соответствующей кислотной среде. Спецификация также включала соотношение воздуха и ткани, а также параметры импульсно-струйной системы, чтобы гарантировать правильное соответствие мешка фактической работе системы, а не только номинальным параметрам.
Результаты
Срок службы фильтровальных мешков увеличен с восьми месяцев до трех лет, что снижает частоту их замены примерно на 75%. Ежегодная экономия на техническом обслуживании исчисляется десятками тысяч долларов. Через месяц после установки независимые сторонние испытания показали, что фактическая концентрация выбросов пыли составляет менее 1.2 мг/Нм³ — что значительно ниже нормативного целевого показателя в 5 мг/Нм³ и намного ниже порогового значения в 10 мг/Нм³. Система продолжает работать на этом уровне производительности. Более подробную информацию о том, как выглядит подобный подход к контролю пыли на тепловых электростанциях, см. в нашем обзоре систем фильтрации пыли на угольных электростанциях.
Пример из практики 2: Региональное централизованное теплоснабжение — Пять линий котлов с циркулирующим кипящим слоем
Применение: Региональная теплоэнергетическая компания, эксплуатирующая пять циркуляционных котлов с кипящим слоем, производительностью 75–130 т/ч пара, каждый из которых соединен с отдельным пылеуловителем. Требуемый стандарт выбросов: ниже 3 мг/Нм³.
Условия эксплуатации — Подробное описание двух устройств.
Применение котлов с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) представляет собой иную задачу фильтрации по сравнению с традиционным сжиганием пылевидного угля. Химический состав продуктов сгорания отличается, распределение частиц по размерам также отличается, а конфигурация систем очистки варьируется в зависимости от установки. Две установки из этого проекта иллюстрируют этот диапазон:
Блок 3 — Технологический процесс: SNCR + сухой метод внутри печи + полусухой метод вне печи + рукавный фильтр
- Объем газа: 138 000 м³/ч
- Очистка: в автономном режиме, соотношение воздуха к ткани 1.03 м/мин.
- Рабочая температура: 70–90 °C в непрерывном режиме, 145 °C в пиковом режиме.
- Требуемый уровень выбросов: <3 мг/Нм³
Раздел 5 — Технологический процесс: Сжигание с низким содержанием азота + SNCR + полусухой метод + гибридный электростатический рукавный фильтр + PPCP
- Объем газа: 138 000 м³/ч
- Очистка: вращающаяся продувка, соотношение воздуха к ткани <0.65 м/мин
- Рабочая температура: 80–100 °C в непрерывном режиме, 160 °C в пиковом режиме.
- Требуемый уровень выбросов: <3 мг/Нм³
Что мы сделали
Перед тем как рекомендовать какой-либо продукт, были проведены обследование на месте и анализ дымовых газов. Инженерный анализ показал, что высокоточные фильтрующие мешки из полифениленсульфида (PPS) — правильно подобранные для механизма очистки каждого блока и соотношения воздуха к ткани — обеспечат требуемую производительность менее 3 мг/Нм³ при большей экономической эффективности, чем рассматриваемые альтернативные материалы. В рамках проекта мы взяли на себя установку фильтрующих мешков, полную проверку рукавного фильтра и ввод системы в эксплуатацию, что делает нас ответственными за результат, а не только за поставку продукции.
Результаты
Независимые испытания, проведенные сторонней организацией на выходе из рукавного фильтра, показали фактическую концентрацию пыли менее 2 мг/Нм³ в обоих блоках — практически нулевой уровень выбросов при целевом показателе 3 мг/Нм³. Обе системы стабильно работают на этом уровне с момента ввода в эксплуатацию.
Как выбрать подходящий пакет PPS для вашего применения
PPS — это платформа материалов, а не отдельный продукт. Технические характеристики должны точно соответствовать условиям эксплуатации. Вот ключевые параметры, определяющие выбор:
Непрерывная рабочая температура
Это определяет, подходят ли стандартные марки PPS или требуется более плотная ткань или дополнительная обработка поверхности для обеспечения запаса прочности по тепловым характеристикам. Наша марка OM-PPS170D обеспечивает более высокий показатель непрерывной эксплуатации — 170°C — для применений, работающих в условиях, близких к верхним пределам PPS.
Нагрузка серой и кислотой
Высокие концентрации SO₂ в сочетании с проникновением влаги создают риск образования кислой точки росы во время температурных переходов, особенно при запуске и остановке. При выборе обработки поверхности и, иногда, плотности ткани необходимо учитывать этот фактор. Это один из наиболее недооцененных параметров в технических характеристиках фильтровальных мешков для угольных электростанций.
Механизм очистки
Импульсно-струйная, реверсивная и роторная системы продувки предъявляют разные механические требования к мешку. Вес ткани и метод изготовления корректируются соответствующим образом. В двух котлах с циркулирующим кипящим слоем, рассмотренных в тематическом исследовании 2, использовались разные системы очистки и были получены мешки с разными характеристиками — это нормально и ожидаемо, поэтому проверка на месте имеет важное значение. В нашей статье о механизмах реверсивной воздушной очистки рассматриваются основные моменты, если вы хотите понять, как метод очистки влияет на загрузку мешка.
Цель по выбросам
Если вы стремитесь к целевым показателям ниже 5 мг/Нм³, необходима поверхностная фильтрация с помощью точно спроектированного слоя тонких волокон. Глубинная фильтрация иглопробивным войлоком не обеспечит стабильного уровня выбросов на этом уровне. Наш материал марки OM-PPS160E специально разработан для этого диапазона. Вы также можете ознакомиться с нашей статьей о фильтрующих мешках из PPS нового поколения для электростанций, чтобы получить более подробную информацию о том, как точное проектирование волокон обеспечивает сверхнизкий уровень выбросов.
Совместимость и установка клеток
Диаметр, длина и конфигурация воротника или застежки мешка должны соответствовать размерам вашей существующей клетки, если вы заменяете мешки без модификации системы. Проверка размеров проводится на этапе инженерной проверки, до подтверждения заказа. Для понимания того, как выглядит правильный процесс замены с точки зрения установки и защиты системы, стоит ознакомиться с этой статьей перед любой заменой.
Для получения полного обзора наших решений по фильтрации пыли на электростанциях или для обсуждения вашей конкретной задачи посетите страницу нашей продукции — фильтровальные мешки из PPS — или свяжитесь напрямую с нашей инженерной командой.
Часто задаваемые вопросы
Как долго служат фильтрующие мешки из полифениленсульфида (PPS) в условиях дымовых газов с высоким содержанием серы?
В типичных условиях дымовых газов с высоким содержанием серы — при постоянной температуре в диапазоне 120–150 °C и стандартной нагрузке диоксидом серы — правильно подобранные фильтрующие мешки из полистирола (PPS) служат от 2 до 3 лет. Точный срок службы зависит от состава дымовых газов, пиковых температурных колебаний, влажности и параметров работы системы очистки. По сравнению со стандартными полиэфирными мешками, которые обычно выходят из строя через 8–12 месяцев в таких условиях, общая стоимость владения PPS, как правило, выгодна, несмотря на более высокую первоначальную стоимость материала. Для особо агрессивных химических условий мы проводим детальный анализ состояния и можем порекомендовать обработку поверхности или использование материалов более высокого качества для дальнейшего увеличения срока службы.
Могут ли фильтрующие мешки из полифениленсульфида (PPS) обеспечить уровень выбросов ниже 10 мг/Нм³?
Да — при изготовлении с использованием высокоточного тонковолоконного поверхностного слоя фильтрующий материал PPS обеспечивает концентрацию выбросов пыли значительно ниже 10 мг/Нм³. Результаты наших проектов, подтвержденные независимыми измерениями сторонних организаций, показывают значения ниже 1.2 мг/Нм³ на угольной электростанции и ниже 2 мг/Нм³ в системах теплоснабжения с циркулирующим кипящим слоем. С помощью нашего материала марки OM-PPS160E можно достичь показателей ниже 5 мг/Нм³. Стандартный иглопробивной войлок для глубокой фильтрации не обеспечит надежную работу на таких уровнях.
Совместимы ли фильтровальные мешки PPS с имеющимся у меня оборудованием рукавного фильтра?
В большинстве случаев — да. Фильтровальные мешки из PPS могут быть изготовлены в соответствии с размерами ваших существующих корпусов фильтрующих мешков — диаметром, длиной и конфигурацией воротника или застежки. Перед подтверждением спецификации замены мы проверяем размеры существующих корпусов, тип системы очистки и соотношение воздуха и ткани, чтобы убедиться, что новые мешки правильно спроектированы для работы вашей системы. Доступны услуги по установке на месте и вводу в эксплуатацию фильтрующего блока — подробности на нашей странице услуг по фильтрации.
В каком температурном диапазоне могут работать фильтровальные мешки из полифениленсульфона (PPS)?
Фильтровальные мешки Omela PPS обеспечивают непрерывную работу при температуре 160 °C (170 °C для марки OM-PPS170D), при этом кратковременная пиковая нагрузка достигает 190–200 °C. Это обеспечивает значительный запас прочности для угольных электростанций, где непрерывные рабочие температуры обычно составляют 120–150 °C, а кратковременные пиковые значения достигают 160 °C. Для применений с устойчивыми температурами выше 170 °C более подходящими могут быть фильтрующие мешки из полиимида P84 или композитные материалы из стекловолокна.
Чем отличается мембранный фильтрующий мешок из полифениленсульфида (PPS) от фильтрующего мешка из ПТФЭ?
Иглопробивной войлок из полифениленсульфида (PPS) с прецизионным тонковолоконным поверхностным слоем обеспечивает эффективность фильтрации выше 99.99% при, как правило, более низкой стоимости, чем фильтрующие мешки из ПТФЭ , и часто является более выгодным выбором для угольных электростанций и отопительных котлов, где основной проблемой является термостойкость и кислотная коррозия. В некоторых случаях для сочетания кислотостойкости и улучшенных характеристик поверхности используется подложка из PPS с ламинированной мембраной из ПТФЭ. Подробное сравнение см. в нашем руководстве по ламинированным мешкам из PPS + ПТФЭ .
В чём разница между онлайн- и офлайн-химчисткой, и как это влияет на выбор мешка для белья?
При онлайн-очистке фильтрующие мешки подвергаются более частым импульсным циклам и более высоким механическим нагрузкам. Офлайн-очистка снижает механическую нагрузку за один цикл очистки, но работает при более низком соотношении воздуха к ткани. Плотность ткани, метод изготовления и усиление швов регулируются в зависимости от механизма очистки — более плотная ткань и усиленная конструкция для импульсно-струйных систем; оптимизированная эффективность поверхностной фильтрации для офлайн-систем или роторных систем продувки. Для получения дополнительной информации о том, как оптимизировать частоту и время очистки для продления срока службы мешков, стоит прочитать эту статью.
Автор
Jessica Ма – старший инженер по фильтрации, компания Omela Filtration.
Jessica Ма — старший инженер-фильтратор в компании Omela Filtration, специализирующаяся на фильтрации пыли и жидкостей. Обладая более чем 15-летним опытом, она занимается оптимизацией работы рукавных фильтрующих установок, повышением эффективности фильтрации и разработкой высокоэффективных решений для промышленных пылеуловителей и систем прецизионной фильтрации жидкостей.