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        燃煤鍋爐采用布袋除塵器方案的探討

        發布時間:2013-04-01

        山川秀美生態環境工程有限公司  張鐵寅

        隨著我國人民生活物質水平不斷提高,對環境的要求也提出更高的要求,國家也在致力于環境改善促進工作。國家環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局也聯合發布GB 13223-2011標準《火電廠大氣污染物排放標準》,明確指出:在2014年7月1日前,煙塵排放濃度控制在30mg/Nm3以下,個別地區20mg/Nm3以下。這意味著有相當一批燃煤鍋爐采用的普通電除塵器已經滿足不了這個新標準的要求了。我國自上世紀80年代開始大規模使用靜電除塵器以來,一直作為電廠建設的首選除塵方案,是目前普遍采用的除塵方式。

        一、靜電除塵器的應用特點:

        靜電除塵器以它自有的優勢廣泛受到用戶(發電廠)的青睞:

        1、運行阻力小,引風機容量小。靜電除塵器運行阻力為200~300Pa,而布袋除塵器正常運行時約為800~1200 Pa,運行阻力大就意味著風機容量要增大,以300MW發電機組為例,一般靜電除塵時風機容量在2600~2800KW,而采用布袋除塵時,風機要增加到3400~3600KW。

        2、過濾風速高。處理煙氣量大。單臺靜電除塵器最大截面達到800m2,處理煙氣量300萬m3/h。

        3、運行溫度高,可滿足不同運行工況,一般靜電除塵器可處理200℃以上煙氣,最高可以達到350℃,而布袋除塵器一般要求不大于160℃,最高不得超過180℃,因此如果鍋爐發生爆管、超溫等故障,靜電除塵器有更強的適應性。

        4、運行和檢修費用低,設備使用壽命長。靜電除塵器平時不用維護,只是在鍋爐機組大中修期間進行維修,主要是清理極板灰塵、檢查和維修振打器等工作。

        但是,由于靜電除塵器的選用對燃煤的灰分是有很高的要求的,一般要求燃煤灰分比電阻在1041012??㎝區間。比電阻低于104??㎝的粉塵,其導電性能強,在電除塵器電場內被收集時,到達沉降極板后會快速釋放其電荷,而變為與沉淀極同性,然后又相互排斥,重新返回氣流,可能在往返跳躍中被氣流帶出,所以除塵效果差;相反,比電阻高于1012??㎝以上的粉塵,首先是不容易帶電荷,其次是即使帶上電荷,在到達沉降極以后不易釋放其電荷,使粉塵層與電極板之間可能形成電場,產生反電暈放電,不能被吸附在沉淀極板上,被氣流帶走,影響除塵效果。

        靜電除塵器還有一個缺點就是耗電量大,如:一臺300MW發電機組的靜電除塵器,電場容量在1000KVA~1200KVA,給發電廠廠用電指標造成很大壓力。雖然目前應用了很多節能新技術,但合計電場容量最低也需要320KVA。

        針對目前使用的靜電除塵器,目前我國很多企業、研究院、設備制造廠等單位,都在致力于進行很多研究、開發工作,已經有很大收獲,靜電除塵器出口濃度大幅降低,可以達到40~50mg/Nm3,但仍不能達到排放標準,無奈下只能通過脫硫、脫銷裝置來降低煙塵量,加劇了脫硫、脫銷裝置工作負擔,增加了能耗,影響了脫硫、脫銷裝置的工作效果和其副產品的回收。同時在除塵器使用后期,出口煙塵濃度增高情況下,依靠脫硫、脫銷裝置降低煙氣含塵量,效果不很明顯,也不能達到煙塵排放要求。

        二、電袋復合型除塵器

        電袋復合的除塵器改造方案最早出現在美國。20世紀90年代初,美國的一些小型循環流化床鍋爐的煙氣粉塵達1000 g/m3以上,采用原有的靜電除塵器無法滿足要求,于是就出現了將一電場保留,二、三電場或二、三、四電場改造為布袋除塵的所謂電袋復合式除塵器。這種方式的初始想法是用一個電場除去70% 左右的灰塵,減少高濃度粉塵對濾袋的沖刷和減少濾袋的清灰次數,以延長濾袋壽命。

        我國在2004年開始研制電袋復合型除塵器并逐漸推向市場,由于這一理論很容易讓人們接受且出口煙塵排放也完全可以達標,因此,推廣速度也比較快,并且在設備開始使用中效果很好。但經過一段時間的使用后,出現過不同程度的大面積濾袋破損現象,這是由于其結構特點決定的。

        1、首先,靜電除塵器和布袋除塵器要求的過濾風速是不一樣的。靜電除塵器要求過濾風速在1m/s以上,使得荷電煙塵顆粒盡快附著在沉積板上;而布袋除塵器需要過濾風速比較低,一般小于0.85m/s,以利于減少對濾袋的過濾壓力。當在一起使用形成電袋除塵器就產生了矛盾,因此不得不減小靜電除塵器的過濾風速和提高布袋除塵器的過濾風速,既降低了第一電場的除塵效率,又加大了濾袋的過濾壓力,降低了濾袋使用壽命。

        2、其次,由于第一電場去除了60%~70%的顆粒,并且這些顆粒直徑相對較大,而留在后面濾袋上的顆粒比較細小,造成清灰困難,只能采取反吹壓力相對較大的脈沖行噴吹清灰(后述)方式,雖然清灰次數相對減少70%,但比普通脈沖清灰方式的脈沖壓力還要大,才能更有效的清灰,所以對更不利于延長濾袋的使用壽命。

        3、再次,煙塵在電場作用下會產生臭氧,有試驗表明,這些臭氧對濾袋有腐蝕作用,是造成濾袋破損的原因之一。

        4、最主要的原因就是對濾袋的電腐蝕。煙塵顆粒在電場作用下,帶有一定電荷,這些荷電粒子附著在濾袋上,對質地是化學纖維材料的濾袋有極強的電腐蝕性,是造成濾袋出現大面積破損的最主要原因。雖然,目前采取了一些對策,如:改變電場和濾袋間的導流均布板形狀和孔徑,并使其和沉氣室可靠接地,可以使60%~70%的荷電粒子放電,減少附著在濾袋上灰塵的帶電量,降低對濾袋的腐蝕性。這個方法在安裝初期收到一定效果,但隨著導流均布板和沉氣室灰層增厚,放電效果不盡人意,因此不能完全、徹底解決電腐蝕問題。

        5、電袋復合的除塵器的維護工作量較大且耗電較高。保留了原一電場,就保留了一個電場的電耗;還要保留一個電廠的備品備件和增加布袋除塵設備的備品備件。還有,更換濾袋時,一電場電除塵器也要停止供電,使工作量增加了一倍。

        雖然電袋復合式除塵器存在以上問題,濾袋壽命也只有一年半至兩年,但現在很多電廠運行普遍不正常,負荷率較低,煙塵灰分比額定狀態減少,使得濾袋清灰次數更少,濾袋壽命也會相應,更能顯示出其優越性,也是目前一些發電廠能夠接受的另一個原因。

        三、幾種常用袋式除塵器優缺點分析

        1、脈沖行噴吹強力清灰:

        這是目前我國使用最多的布袋除塵器方式,是廣泛用于電力、冶金、建材等行業的主流技術,目前技術已經相當成熟。其具有的主要優點是:結構比較簡單,脈沖閥強力清灰,清灰效果好,無加工復雜的運動部件,可以模塊化裝配,運行穩定可靠。

        但是,它也有一些缺點。其一,脈沖閥采用3~4寸的小型脈沖閥,每臺除塵器脈沖閥數量多達幾百個,無論是安裝、電控、成本控制難度都比較大,而且經常要進行檢修。其二,需要高質量的無油無水高壓清灰氣源,一般必須配置壓縮機、過濾器、冷干機等設備,清灰氣源無論初期設備投資以及以后的設備運行成本均較高。其三,噴吹壓力較高,一般為0.2~0.3Mpa,高強度的清灰對濾袋的壽命延長有不利影響。其四,噴嘴制造、安裝精度要求高,噴吹嘴必須對準濾袋的中心,使氣流能到達袋底,如果偏心則會直接吹到濾袋上,很容易將濾袋吹壞。其五,濾袋檢修難度稍大:由于必須拆下噴吹管才能檢修更換濾袋。

        2、大脈沖閥回轉強力清灰技術

        該技術最初是由德國魯奇公司研發成功,后轉讓給國內幾個公司,是目前除塵行業中也比較常用的一種布袋除塵器。

        它有以下主要優點:首先,采用了12~14寸大型脈沖閥,使每臺除塵器的脈沖閥用量大大減少;其次,其脈沖清灰的氣源通常為0.1Mpa的空氣,由羅茨風機提供即可,大大降低造價;再次,清灰過程是噴吹嘴邊旋轉邊噴吹,屬于幾率清灰,噴嘴不會長期在一個位置固定噴吹,對濾袋的損傷要遠遠低于行噴吹,從而有利于濾袋壽命的延長;還有,將噴吹臂置于十字交叉位置,即可對所有濾袋進行安裝或檢修,其方便性遠遠超過脈沖行噴吹清灰技術。

        但是,它也存在一些技術缺點。其一,濾袋形狀為扁圓形并呈圓環形布置,每個花板過濾單元濾袋布置密度非常大,遠超過其他技術,這將使濾袋束區間的氣體分布較為不均勻,且流速較大;其二,花板布置中,靠近圓心比較密集,遠離圓心比較稀疏,經濟效果差;其三,每個過濾單元的花板為拼裝而成,加工要求高,現場安裝同心度要求較高,安裝難度大;其四,龐大的回轉機構加工較復雜。

        四、分室凈煙氣反吹回轉清灰技術

        這種技術基于大脈沖閥回轉強力清灰理論,是我國自主知識產權的技術,是目前最有效、最穩定、最經濟的除塵器,雖然應用案例不是特別多,但使用效果非常好,其最大的特點就是采用出口煙道的煙氣的作為清灰反吹風,壓力不是很大但足夠達到清灰目的,這樣做的具有很多好處。

        1、省去了空氣壓縮和干燥系統,降低了造價;

        2、反吹風與排煙風溫差小,含氧量低,對濾袋損傷??;

        3、運轉機構設備數量少且容量小,節能效果好;

        4、清灰強度弱,對延長濾袋的使用壽命有幫助。

        但是:這種技術也曾存在過一些問題,通過詳細計算、改造和試驗,目前已經完全解決,剩下的問題已經不是主要的了。

        采用電袋復合式除塵器及各種布袋除塵器,如果制造和安裝沒有問題,均可以達到除塵效果,滿足煙塵排放的要求,關鍵是造價和濾袋壽命,特別是濾袋壽命問題,更是電廠選用除塵器首先考慮的問題。通過技術比較和市場調查,在同樣條件下,分室凈煙氣反吹回轉清灰布袋除塵器是所有布袋除塵器中濾袋壽命最長的,一般可以達到4~5年,可以滿足電廠一個大修期的運行要求,就是可以在電廠大修期間進行更換布袋等檢修工作,平時不用檢修的目的,很值得大范圍推廣。

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