大型袋式除塵器在火電廠煙氣除塵中的應用情況分析
摘要:分析比較了袋式除塵器與靜電除塵器的優缺點,論證了國內火電廠采用袋式除塵器的可行性,并介紹了國內外袋式除塵器的應用情況。
關鍵詞:袋式除塵器,應用
我國的資源國情決定了我國能源結構以火電為主、水電為輔、核電風能作補,電力結構發展很不平衡,預計在近十年內火力發電所占的比重仍將在70%以上。而我國要保持7%的經濟增長速度,每年就要新增裝機容量約25000MW,其中,火電廠要新增裝機約18000MW。
新增的燃煤鍋爐每年耗標準煤約5000萬t,這將產生大量含塵煙氣。隨著我國社會、經濟的不斷發展和人民生活水平的不斷提高,國家對煙塵的排放標準也將越來越嚴格。因此,這些含塵煙氣都需要經過高效的除塵器處理后才能夠排放,從目前的技術來看,靜電除塵器和袋式除塵器將分享這塊市場。加上一批老除塵器會改造成袋式除塵器,預計今后袋式除塵器將會得到較大的發展。
1 袋式除塵器的原理及其分類
袋式除塵器也稱過濾式除塵器,是一種干式高效除塵器, 它是利用纖維編制物制作的袋式過濾元件來捕集含塵氣體中固體顆粒物的除塵裝置。其作用原理是塵粒在繞過濾布纖維時因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截。細微的塵粒(粒徑為1μm或更小)則受氣體分子沖擊(布朗運動)不斷改變著運動方向,由于纖維間的空隙小于氣體分子布朗運動的自由路徑,塵粒便與纖維碰撞而被分離出來。其工作過程與濾料的編織方法、纖維的密度及粉塵的擴散、慣性、遮擋、重力和靜電作用等因素及其清灰方法有關。濾布材料是袋式
除塵器的關鍵,性能良好的濾布,除特定的致密度和透氣性外,還應有良好的耐腐蝕性、耐熱性及較高的機械強度。耐熱性能好的纖維,其耐熱度目前已可達到250℃~350℃。
袋式除塵器的運行效果在很大程度上取決于清灰機構及其控制系統。布袋除塵器按其清灰方式的不同可分為:機械振動式、氣環反吹式、脈沖式、聲波式及復合式等五種類型。其中脈沖反吹式根據反吹空氣壓力的不同又可分為:高壓脈沖反吹和低壓脈沖反吹兩種。從世界范圍來看,脈沖清灰袋式除塵器由于其脈沖噴吹強度和頻率可進行調節,清灰效果好,有用得越來越多的趨向。以下是脈沖袋式除塵器的工藝流程圖:
2 兩種除塵器的比較
對于目前運用最多的兩種高效除塵設備:靜電除塵器和袋式除塵器,它們各有自己的優勢和缺點。現比較如下:
電除塵器的優勢:
(1)除塵效率高,可達99%以上。
(2)煙氣通過設備的壓力損失低,一般大約只有幾十毫米水柱。
(3)可以適用較廣的溫度范圍(從露點到金屬的溫度極限)。
(4)對于亞微米粒子和粗粒子的除塵效率高。
(5)如果運行得當,需要的維護量少。
電除塵器的缺點:
(1)鍋爐工況和負荷的變化等影響其凈化效率,從而導致排放的不穩定。
(2)除塵效率受粉塵的比電阻影響大,也就是說,煤質的改變會影響其效率。
(3)維修時需要停止設備的運行。
袋式除塵器的優勢:
(1)除塵效率高,可以達到99.99%以上。
(2)除塵效率不受粉塵比電阻、濃度、粒度的影響,鍋爐負荷的變化、煙氣量的波動對袋式除塵器的出口的排放濃度影響不大。
(3)一般袋式除塵器采用分室結構,并在設計中留有裕量,使除塵器可以輪換檢修而不影響鍋爐的運行。
(4)由于袋式除塵器捕集微細粉塵更有效,它除去飛灰中所含重金屬微粒比靜電除塵器除去的多。
(5)附屬設備較少,技術要求沒有靜電除塵器那么高。
(6)結合噴霧干燥等設備,可以解決煙氣的SO2污染問題。
袋式除塵器的缺點:
(1)袋式除塵器對操作和維護的要求比較高。
(2)鍋爐運行中的負荷不穩定,尤其是在點爐、啟動、停爐等情況下,煙氣的性質也不同,這也會影響到袋式除塵器的使用壽命。
(3)壓力損失較大,一般在1000Pa～1500Pa,甚至更高。若清灰系統失靈,將形成惡性循環,導致阻力急劇升高,甚至影響鍋爐運行。
3 袋式除塵器在火電廠應用的可行性
3.1 環境保護要求日趨嚴格,鍋爐上使用袋式除塵器增加
隨著我國對環境保護越來越重視,目前《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223-200X版已經由國家環境保護總局發布,第三時段煙氣允許排放濃度由原標準的200mg/m3(標準狀態下)降為50mg/m3(標準狀態下)。有些煤種采用靜電除塵器將達不到排放標準要求,需要采用袋式除塵器。預計今后火電廠采用袋式除塵器將會逐漸增多。
3.2 使用袋式除塵器在技術上是可行的
我國在前一階段有些電廠的鍋爐使用袋式除塵器沒有取得成功,有多方面的原因。這并不能說明鍋爐上運用袋式除塵技術是不可行的。
首先,對于袋式除塵器的核心部件———濾袋,其關鍵技術早已解決。濾料的加工、表面處理、后處理技術發展迅速,解決了耐高溫、耐腐蝕、耐水解等問題,濾袋縫制技術和袋式整體技術也得到了提高,濾料的使用壽命在各種工藝條件下得到了大幅度延長。我國的濾料工業底子較差,但近10年來取得了較大的進步,開發了針刺氈及機織布兩大系列產品,在表面處理技術方面,也取得了很大的進步。
其次,清灰系統及其控制系統技術的進步。從國外鍋爐應用袋式除塵器來看,早期的清灰方式有反吹式和機械振打式,現在大型的高氣布比脈沖袋式除塵器的應用快速增加,它的氣布比比反吹風等低氣布比的袋式除塵器高1.5～2倍。這樣,不僅減少了過濾面積,還減少了除塵設備的占地面積、設備費用。袋式除塵器的控制簡單,采用可編程控制器(PLC)即可滿足袋式除塵器的控制要求。
3.3 使用袋式除塵器在經濟上是可行的
袋式除塵器的投資與需要的濾袋過濾面積有關,而所需濾袋過濾面積與氣布比直接相關。氣布比取決于袋式除塵器的類型和濾料,由于脈沖型袋式除塵器具有較高的氣布比,投資比較低。因此,目前新建的袋式除塵器絕大多數會選擇脈沖型。
袋式除塵器的運行費用主要是更換濾袋費用和使煙氣通過袋式除塵器的風機電耗費用。考慮到耐溫的要求,又符合耐酸、增濕的條件,現在一般采用合成纖維濾料,其使用壽命在2年以上,實際上已有可達4年的實績。而且,隨著新濾料的不斷開發及其逐漸國產化,濾料的性能將會更好,價格將會更低。
3.4 運行經驗的積累
我國從上世紀80年代開始探索鍋爐應用袋式除塵器的工作,在大型除塵設備的設計、制造、安裝、應用方面也已積累了不少經驗。例如,在鋼鐵、水泥等行業上設計制造了很多大型袋式除塵設備,這些經驗對于鍋爐除塵也是很寶貴的。另一方面,國外多年來在鍋爐使用袋式除塵器方面所積累的成熟經驗,我們也有所了解。因此,今后我國鍋爐使用袋式除塵器獲得成功的可能性將比過去大得多。
4 袋式除塵器的運行與維護
(1)運行時,應保持除塵器內溫度高于露點,一般應大于140℃~150℃,對殼體應采取保溫措施。在啟動和停爐時為防止除塵器內產生水分冷凝,可用加熱器使內部任何時間都高于露點或啟動前預熱除塵器,也可以在停爐前停止清灰,在濾袋上形成灰塵層,以便在下次開車時保護濾袋。
(2)注意煙氣氣流分布的影響。由于鍋爐煙氣量一般較大,除塵器分成若干個小室,如不注意氣流的分布往往使小室氣流分布不均,阻力上升快,清灰頻率高,濾料容易破損。
(3)注意鍋爐負荷、燃燒工況的變化。在運行中要注意溫度、阻力、清灰程序、清灰壓力、除灰情況等的控制。在啟動和停爐時要遵循嚴格的操作程序,防止啟動時燃油的不良影響,防止冷凝、結露現象的發生。
(4)確保噴水減溫系統、旁路保護系統、PLC保護系統等這些保護系統的正常穩定工作。
5 應用實例
國外較早就在火電廠采用了袋式除塵器,上世紀80年代初期就有不少廠商到國內介紹袋式除塵器在火電廠的應用,美國、加拿大、澳大利亞、德國、英國等歐洲一些國家的火電廠都采用了袋式除塵器,其除塵效率高達99.9%以上。現在,澳大利亞人口最多、工業最密集的新南威爾士州各個發電廠已把原有的電除塵器全部改為袋式除塵器。其中Liddell電廠4臺500MW機組使用的脈沖袋式除塵器,每臺處理煙氣量達306×104m3/h。
國內袋式除塵器主要在礦山、水泥、冶金鋼鐵、糧食、機械等行業得到廣泛的應用,在電力行業火電廠中僅限于單機袋式除塵器在輸煤系統除塵、氣力除灰除塵中應用。袋式除塵器在電站鍋爐的尾部除塵中沒有得到實質性的廣泛應用。但是,隨著袋式除塵器濾料等配件生產技術的日益提高,原來布袋除塵器在燃煤鍋爐煙氣除塵運用中失敗的因素,都在逐步得到解決,袋式除塵器推廣應用的時機日漸成熟。例如,內蒙古豐泰發電公司2001年擴建2臺200MW機組上安裝的就是袋式除塵器。豐泰發電公司燃用的是準格爾
煤,煤灰中SiO2與Al2O3含量太高,K2O與Na2O含量太少,這就導致飛灰的比電阻極高,采用電除塵器收塵困難,難以達到排放標準。經過論證,決定采用大型袋式除塵器,兩臺機組分別于2001-12-28和2002-08-26建成投產。至今,袋式除塵器運行穩定,達到了預期的效果。
6 結 語
(1)靜電除塵器和袋式除塵器都是被證明了的高效除塵技術,都可以應用于燃煤電廠的煙氣除塵。
(2)袋式除塵器對捕捉細微塵粒更有效,因此除塵效率比電除塵器更高,排放煙塵濃度小于50mg/m3,甚至可達10mg/m3左右,且袋式除塵器能更好地控制微量重金屬排入大氣。
(3)袋式除塵器不受煙氣含塵濃度、比電阻等性質的影響;鍋爐負荷的變化,煙氣量的波動對袋式除塵器的影響也很小。
(4)一般袋式除塵器采用分室結構,并在設計中留有裕量,使除塵器可以輪換檢修而不影響鍋爐的運行。
(5)由于循環硫化床鍋爐在火力發電廠中的大力推廣應用,循環硫化床鍋爐的飛灰循環燃燒和為了爐內脫硫添加了大量石灰石,鍋爐飛灰很細而且灰分比電阻增大,直接導致了電除塵器的除塵效率下降,采用袋式除塵器是理想的選擇。
從這個角度上講,循環硫化床鍋爐加袋式除塵器是對于當今燃煤鍋爐脫硫和除塵的理想組合。
隨著環保標準的不斷提高以及袋式除塵技術的不斷發展,袋式除塵器在火電廠鍋爐中應用潛力很大,具有廣闊的發展空間。
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