布袋除尘器在电厂锅炉烟尘治理的应用

摘要：针对我国烟尘排放标准日趋严格的现状，在介绍除尘器应用现状的基础上，分析了布袋除尘器的发展前景。结合75、670t/h锅炉设计，对布袋除尘器与静电除尘器进行了技术经济比较，建议有条件的火电厂锅炉应采用布袋除尘，以提高除尘效率，减少烟尘排放浓度，改善大气环境质量。
关键词：电厂环境保护；袋式除尘器；静电除尘器；除尘效率
根据国家环保总局测算，我国环境问题所造成的损失约占国民生产总值的1O％，污染问题已经十分严重，因此环保要求也日趋严格，国家已经对烟尘及SO2的排放提出更加严格的要求。自2004年1月1日起，通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目，烟尘最高允许排放质量浓度为50mg/m3。一部分地方环保部门提出了更严格的要求，北京市烟尘和SO2的排放允许质量浓度严于很多先进国家标准，从2005年l1月1日起，已运行的火电厂锅炉到时烟尘排放质量浓度仅允许30mg/m3，目前四电场静电除尘器改为五电场、六电场也很难满足上述要求。与此同时，SO2的排放标准也相应提高。为减少SO2排放，许多电厂将燃用低硫煤或采取相应的脱硫设施，从而导致静电除尘器的除尘效率下降，尤其对于煤中硅、铝含量超过85%的电厂，采用静电除尘器处理的烟尘排放质量浓度已远远达不到环保要求。根据当前形势，静电除尘器改造为布袋除尘器已经势在必行。
1.除尘器应用现状
在目前建设的火力发电厂中，除尘装置的选择以静电除尘器和布袋除尘器为主。静电除尘器在国内的应用较早，2O世纪7O年代就已经应用于火力发电厂，如吉林热电厂、保定发电厂；1974年福建邵武电厂在75t/h锅炉改造时首次采用国产双室二电场静电除尘器。经过多年的开发应用，静电除尘器技术成熟，除尘效率较高，目前已被广泛应用于电力、冶金、化工等行业。
从2O世纪8O年代开始，我国就在部分电厂就布袋除尘器处理锅炉尾部烟气进行了尝试，由于受当时工艺水平的限制，滤料质量不过关，滤袋破损，导致除尘效率低，换袋频繁，加之工作条件差，致使布袋除尘器没有得到推广应用。国外在火电厂采用布袋除尘器较早，据了解，美国、加拿大、澳大利亚及欧洲等地的一些火电厂采用了布袋除尘器，其效率高达99.9%。当时，由于国内环保要求不高，国外火
电厂采用布袋除尘器也不是很多，在引进火电厂设备时大多数引进了静电除尘器，而没有引进布袋除尘器。
近年来，随着滤布材料制造技术的发展，袋式除尘器在滤布的强度、耐高温、耐腐、耐磨等方面都有很大的提高。布袋除尘器的烟尘排放质量浓度可以控制在15～50mg/m3，已经广泛应用于电厂、矿山、冶金、化工、水泥、制药、食品等行业，作为环境净化及产品回收设备。例如内蒙古呼和浩特发电厂由于燃用准格尔煤，煤中SiO与AlO。含量高，KO与NaO含量低，导致静电除尘器收尘困难，在1、2、3、
4号机组中采用静电除尘器，其运行效率大大低于设计效率，烟尘排放质量浓度严重超标。在扩建2台670t/h锅炉时，经专家多次论证，决定采用脉冲反吹式布袋除尘器，2001年12月28日第1台机组并网发电后，布袋除尘器运行状况良好，达到了预期的效果。经有关部门多次检测，烟尘排放质量浓度约为28mg/m3，与前面采用静电除尘器的机组形成了鲜明对比，现在该厂已经对220t/h锅炉的静电除尘器进行了改造。
赤峰市富龙热力股份有限公司热电厂在5、6号锅炉(90t/h)的扩建工程中，选用回转式反吹布袋除尘器，效果很不理想，致使大家对布袋除尘器的使用效果产生怀疑。2002年7月东北电力设计院承接了该厂2台40t/h热水锅炉和2台75t/h循环流化床锅炉的除尘器改造任务。经过认真考证，最终决定仍然采用布袋除尘器。在选型上改用目前世界上较先进的脉冲反吹式布袋除尘器，滤料采用德国独资无锡BWF公司生产的聚苯硫醚针刺毡。第1台设备于10月15日投产，最后1台12月末投产，效果很好。经测试烟尘排放质量浓度在50mg/m3以下。
燃煤锅炉烟气除尘技术经历了水膜除尘、布袋除尘到静电除尘的过程，现在又有回到布袋除尘器的趋势。天津开发区5号热源厂、张家港保税区热电厂等均选用了布袋除尘器，近期将陆续投产布袋除尘器生产厂家
2.脉冲反吹式布袋除尘器
2.1 结构原理
袋式除尘器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，它利用纤维编制物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物。其作用原理是尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。细微的尘粒(粒径为1um或更小)则受气体分子冲击(布朗运动)不断改变着运动方向，由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径，尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来。其工作过程与滤料的编织方法、纤维的密度及粉尘的扩散、惯性、遮挡、重力和静电作用等因素及其清灰方法有关。滤布材料是布袋除尘器的关键；性能良好的滤布，除特定的致密度和透气性外，还应有良好的耐腐蚀性、耐热性及较高的机械强度，耐热性能良好的纤维，其耐热度目前可达到250～350℃。
袋式除尘器按清灰方式的不同可分为振动式、气环反吹式、脉冲式、声波式及复合式等5种类型。
其中脉冲反吹式根据反吹空气压力的不同又可分为高压脉冲反吹式和低压脉冲反吹式两种。脉冲反吹式布袋除尘器由于其脉冲喷吹强度和频率可进行调节，清灰效果好，是目前世界上最为广泛应用的除尘
装置，原理图见图1。含尘气体从袋式除尘器入口进入后，由导流管进入各单元室，在导流装置的作用下，大颗粒粉尘分离后直接落入灰斗，其余粉尘随气流均匀进入各仓室过滤区，过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体、提升阀、排风管排出。随着过滤工况的进行，当滤袋表面积尘达到一定厚度时，由清灰控制装置(差压或定时、手动控制)按设定程序关闭提升阀，控制当前单元离线，并打开电磁脉冲阀喷吹，抖落滤袋上的粉尘。落入灰斗中的粉尘经由卸灰阀排出后，利用输灰系统送出。
2.2 基本组件
脉冲反吹式布袋除尘器由滤袋组件、导流装置、脉冲喷吹系统、出灰系统、控制系统、离线保护系统、箱体等组成。
a．滤袋集成滤袋框架、布袋及挂袋板的连接设计采用了自锁装置，安装和更换方便，并能有效延长滤袋使用寿命。滤袋为直径160标准规格，采用聚苯硫醚针刺毡(进口PPS／PPS504CS17、防水防油处理)。
b．导流装置采用国际上先进的进风方式，设计了独特的烟气分配装置，可分配含尘气体，并对大直径颗粒进行分离，避免含尘气体冲刷滤袋，以提高整个除尘装置的效率及滤袋使用寿命。
C．脉冲喷吹系统脉冲系统由反冲联箱、电磁脉冲阀、承压接头、喷嘴管、支架等组成。在每个滤袋上部，均有1根压缩空气喷嘴管，运行时一般设定每一排滤袋每隔10S脉冲反吹清灰1次，定时器启动1次电磁脉冲阀，将脉冲反吹空气喷入滤袋内清灰。
d．控制系统主要由脉冲喷吹控制仪、BMC电脑控制柜、热电阻温度计、静压测点、料位指示器和测量元件组成。
e．离线保护系统主要由旁路阀、喷雾降温系统、测温仪、压力检测装置、滤袋检漏装置组成。
在除尘器的入口安装测温仪。当烟气温度过高或锅炉尾部复燃时，喷雾降温系统启动，紧急喷水降温，以免烧坏滤袋。如果在一定时间内降温系统不能使烟气温度降至布袋除尘器正常运行范围内，或锅炉点火及低负荷需要喷油助燃时，为避免含油烟气直接进入除尘器，造成滤布粉层板结，影响除尘器的正常运行，开启旁路阀，烟气经旁路烟道直接排放，避免损坏滤袋。在净气室设有滤袋检漏装置，以便在滤袋损坏时及时报警。
2.3 滤料选择
滤料质量直接影响除尘器的除尘效率，滤袋的寿命又直接影响到除尘器的运行费用。根据锅炉尾部除尘器运行环境和介质情况，选择合适的滤料，是保证布袋除尘器性能的关键。要配备1台好的除尘器，首先要选用透气性能好、耐腐蚀、耐磨损、适合现场工艺要求(如温度、化学侵蚀等)的滤料，以高质量缝制技术加工而成的滤袋。如果滤料选用不恰当或加工质量差，易产生水解、酸解、温度过高、覆膜剥落、滤袋破裂等现象。目前锅炉尾部经常选用的滤料有来登针刺毡(聚苯硫醚)和P-84针刺毡(聚酰亚胺)，这两种滤料的抗氧化性及耐高温性能均较好，其中来登针刺毡对氧化敏感，P-84对水解敏感，对氧化也较敏感；选用时注意烟气中氧气及Nox含量；降低使用温度，可以减轻氧化。
Arrhenius Rale规则认为：温度每升高10℃，氧化性增加1倍。如：烟气温度由140℃增加到160℃ ，t=20℃ ，氧化性增加4倍，布袋寿命只有原来的1/4。
滤料的种类很多，特性和使用范围各不相同，表1为除尘器常用纤维的各项性能指标以及目前常用滤料的性能参数。
3.布袋除尘器与静电除尘器技术经济比较
3.1 静电除尘器
a. 优点　除尘效率较高，可达99%以上；压力损失小，本体阻力100～2OOPa；技术成熟，应用广泛；
b．缺点　设备庞大，占地面积大；需要高压直流电源系统，一次性投资费用高；对煤种变化较敏感，除尘效率受飞灰电阻影响大；制造、安装及运行管理水平要求高。
3.2 布袋除尘器
a. 优点　除尘效率很高，可达99.98%以上；适应力强，能处理不同类型的颗粒物，特别对电除尘器不易捕集的高比电阻尘粒亦很有效；适应的质量浓度范围大，对烟气流速的变化也具有一定的稳定性；结构简单，内部无复杂结构。
b. 缺点　压力损失大，本体阻力800～1500 Pa；在国内大型机组的应用依赖进口。
4.结论及建议
4.1 结论
通过工程实践，火力发电厂锅炉尾部烟气处理采用布袋除尘器是完全可行的，它除尘效率高，一次性投资省，设备占地小(相对于四电场以上电除尘器)，运行成本及排污收费低。尤其是近年来，由于制造技术的发展，滤袋的腐蚀、磨损等问题都得到了有效地解决，为袋式除尘器的应用提供了有力保证。另外，由于除尘器的运行、故障及异常诊断均采用自动化监控管理，其操作管理均较简便。
4.2 布袋除尘器选型应注意的几个问题
a. 对静电除尘器难收尘的煤种(如SiO+AlO质量分数大于85%的煤、含硫特低的煤、比电阻太高的煤)，建议采用布袋除尘器；
b. 对烟尘排放质量浓度要求高(不高于100 mg/m3)，需要采用四电场以上的电除尘器，宜改用布袋除尘器；
C. 对于已经建成的机组，如果原机组采用水膜除尘器、多管陶瓷除尘器等阻力较大的除尘设备，如水膜除尘器计算阻力一般为1400 Pa，可不更换引风机；如果原机组采用静电除尘器，则需要更换或改造引风机；
d. 静电除尘器改造为布袋除尘器的工程，可以局部拆除除尘器本体内部结构，保留壳体、保温、输灰设备，以降低改造费用；
e. 用于处理相对湿度高的含尘气体时，应采取保温措施(特别在冬天)，以免因结露而造成“糊袋”；当净化腐蚀性气体时，应选用适宜的耐腐蚀滤料；用于处理高温烟气应采取降温措施，将烟温降到滤袋长期运转所能承受的温度以下，并尽可能采用耐高温的滤料。

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