中小型工业锅炉烟气微细粒子高效控制技术研究
随着经济的高速发展和工业化、城市化进程的加快，大气污染物的排放总量也迅速增加，环境空气质量逐渐下降。燃煤锅炉烟气微细粒子高效捕集已构成社会的重大需求，袋式除尘器在燃煤锅炉烟尘排放治理方面扮演重要角色，是燃煤锅炉烟气排放达标的必由之路。本项目是在中小型工业锅炉烟气微细粒子高效控制技术研究与开发的中试的基础上，对气流分布，脉冲清灰，滤料性能，除尘控制等技术进行分析。
1 工程试验与方法
在旧有15 T/H工业燃煤锅炉上进行中试试验，此类中小型燃煤工业锅炉一般只配置麻石水膜除尘器，随着当地环保排放排准和要求的提高，需要对锅炉烟气脱硫除尘系统进行改造。根据烟气量，采用CMDZ型脉冲袋式除尘器。CMDZ型脉冲袋式除尘器主要由上箱体、中箱体、灰斗、卸灰装置、喷吹装置和控制系统等几部分组成。该除尘器具有清灰能力强，过滤负荷高，滤袋长，喷吹压力低，维修工作量小，更换和安装滤袋方便，控制技术先进等优点。
含尘烟气进入中箱体下部，在均风板形成的预分离室内，大颗粒粉尘因惯性作用落入灰斗。烟气沿均风板向上到达滤袋，粉尘被阻留在滤袋外面，干净烟气进入袋内，并经袋口和上箱体由排风口排出。当滤袋表面的粉尘不断增加，导致设备阻力上升到设定值时，微压差控制器有信号输出。控制装置便发出信号，使喷吹系统工作。此时压缩空气从气包顺序经脉冲阀和喷吹管上的喷嘴向滤袋内喷射。在滤袋膨胀产生的加速度和反向气流的作用下，附于袋外的粉尘脱离滤袋落入灰斗。粉尘由卸灰装置排出。喷吹一次的持续时间为0.1 s，喷吹结束后，滤袋立即恢复过滤状态。
CMDZ-2.0型除尘器采用单烟道结构，二个过滤室，每室135条滤袋，每室过滤面积为331 m2。在中箱体上均装有安全防爆阀，除尘器顶设有雨棚、检修电动葫芦。滤料选用具有良好的耐热性、阻燃性和耐化学腐蚀性的PPS滤料。脉冲阀采用澳大利亚GOYEN公司性能优良的淹没式电磁脉冲阀，以及独特的淹没阀安装方式。滤袋框架采用八角星形断面。对除尘器外壳及管道进行保温。配套的除尘器其主要技术参数见表1。
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表1 除尘器其主要技术参数
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中试试验系统平面布置如图1：
 图1 验系统平面布置图 |
3 试验结果与分析
经检测，除尘系统的烟囱排放浓度为28 mg/Nm3，系统运行阻力在1200 Pa左右，各运行参数达到设计要求值。中试期间系统运行稳定，清灰效果好，说明该技术设备是成熟可靠，说明脉冲袋式除尘器可以广泛应用于电厂及中小型工业燃煤锅炉的烟气净化。
3.1 气流分布对袋式除尘器的影响
除尘器内的气流分布均匀与否对电除尘器的除尘效率影响较大，而对袋式除尘器则影响主要是滤袋的寿命、系统阻力等方面。气流分布不均，会造成局部风速过高，对这些区域的滤袋寿命产生较大影响，将导致滤袋寿命缩短，而且会造成此区域灰斗的灰量增加。合理的气流分布可以避免气流对滤袋的直接冲刷，使气流均匀的分配至各仓室，并能保持各灰斗的灰量均匀。通过控制关键部位的气流速度，使烟气流动顺畅、平缓，可以减少局部阻力。
袋式除尘器内的气流分布技术是袋式除尘器的关键技术之一，在工程实践中，国家尚没有这方面的相关标准，对于大容量机组，由于烟气量大，气流分布是除尘的重点也是难点。袋式除尘器内的气流分布的关键是进出风总管配置、进风结构的配置、烟气流动状态、除尘器的结构布置，以及均流措施。
3.2 脉冲喷吹清灰技术
清灰系统是袋式除尘器的核心，清灰系统及清灰程序的设置合理与否将直接影响到袋式除尘器的运行及滤袋的使用寿命。从袋式除尘器的除尘机理来看，除了滤料本身的过滤作用外，滤袋外粘附的粉尘层也有过滤作用[1]。对袋式除尘器的清灰太彻底，会失去粉尘层的初滤作用，更多的超细粉尘会直接进滤料内部而引起过滤阻力不断上升，同时清灰过大会影响滤袋寿命等。清灰不彻底，会造成使滤袋的过滤阻力过高，从而影响整个机组的正常运行。袋式除尘器的清灰还必须尽可能地保证整个滤袋及各个区域清灰程度均匀，否则会引起整个系统阻力分布不均，影响除尘器内部的气流分布，增加系统的阻力。喷吹系统的设置，如气包的大小、喷吹管及喷嘴的管径、喷吹气量及喷吹压力的选择，以及喷吹程序的设置也是喷吹系统设计中的关键因素，需要依据有关的规程规范、或通过试验，再结合实践经验，通过计算得出。
大孔径、低喷吹压力也能使滤袋产生更大的加速度[2]。实验证明，脉冲阀的喷吹气量大并不能说明脉冲阀的性能优越，延长喷吹时间不能提高喷吹时滤布的效率，无益于提高清灰效果，而脉冲阀的响应速度才是一个重要的技术指标。在袋式除尘器的喷吹系统中，从设备角度来看，脉冲阀的可靠性尤为关键。不同厂家生产的脉冲阀，具有不同的响应速度，在喷吹气量上造成的差别很大。响应速度慢的脉冲阀不仅要多消耗压缩空气，由于在喷吹时滤袋内部反向压力上升的速度慢，还会影响到滤袋的加速度，也就是说影响清灰效果。
3.3 滤料的分析与选择
袋式除尘器对所选用的滤料的基本要求是高效、低阻、长寿命。作为一种过滤材料，它的过滤性能是首先需要得到保证的，包含了对微细粉尘的过滤性能。袋式除尘器的运行阻力包括系统阻力和过滤阻力，其中系统阻力与袋式除尘器的系统及结构布置有关，而过滤阻力则取决于滤料的结构和性能。滤料的过滤阻力包括使用初期过滤阻力和寿命终期过滤阻力，在确保过滤效率的前提下，这两者的过滤阻力越低越好。滤料在袋式除尘器中的投资约占20～25%，滤料的寿命直接关系到系统运行的可靠性。当前国内燃煤电站袋滤技术中，单一的PPS滤料，以30000小时寿命是大家关注的热点。
目前燃煤电厂袋式除尘器所用的滤料从材质来看主要是PPS（聚苯硫醚）或与P84（共聚酰亚胺）、PTFE（聚四氟乙烯）及玻璃纤维等的混纺滤料。PPS 滤料是目前作为燃煤电站的首选滤料。PPS 滤料虽然适用于燃煤电站，但最致命的缺点是易氧化，烟气中的O2及NO2含量都会影响PPS滤料的寿命。
价格是制约滤料质量的极为重要的因素。燃煤电站袋滤技术与其他行业的环保要求最主要的区别在于燃煤电站采用袋滤技术是作为发电设备的组成部分，不仅对其有效性而且对其可靠性、安全性的要求更为突出，对袋滤设备(含滤料配件)的品质要求极高。为此，必需充分关注﹑熟悉产品不同品质的价位，否则价位达不到一定程度时，不可能配备高品质的材质及其配件，将直接影响电站锅炉及中小型工业锅炉烟气净化系统的正常运行。
3.4 除尘控制技术
影响除尘器性能的因素很多，如滤料的性能、过滤风速、滤料的尺寸、清灰方式以及除尘室和滤袋中的流场都对性能有较大的影响。袋式除尘器的自动控制已普遍采用PLC机，工控机（IPC）也进入这一领域。
袋式除尘器的控制包括运行控制及保护，是根据设定的清灰程序，通过对脉冲阀的程序化动作来实现。袋式除尘器的保护主要是对滤袋的保护，而在锅炉异常工况下对滤袋产生危害的因素包括：烟温及烟气中的氧含量超过限定值，以及新建的袋式除尘器投运前、锅炉点炉或低负荷时的喷油助燃，未完全燃烧油污对滤袋的粘附。一般采取的保护措施包括预涂灰、设置旁路烟道及紧急降温系统。其中烟温及氧含量超限的报警直至停炉，均需要通过控制系统来实现。因此，袋式除尘器的控制系统对确保其正常、安全及稳定运行至关重要。
4 结 论
袋式除尘系统配置及功能设计应根据炉型、容量、炉况、煤种、气象条件、操作维护管理等具体情况确定，每种类型因各自的特点而适合一定的工艺条件。根据中试的结果分析，对袋式除尘器的选用，提出以下建议：
（1）烟气中存在有爆炸危险的易挥发性灰分时，应该避免在烟道中出现容易引起烟尘沉淀的结构形式，如集尘箱和挡风板等。在不可避免的条件下，则在运转时应及时清理。除尘装置的安装位置要有利于出灰和对灰尘的管理，防止除尘系统的漏风和末端金属表面的低温腐蚀。
（2）设计进风均流和导流装置，保证各室气流分配均匀和卸灰畅通。气流分布设计时要控制滤袋的迎面风速，尽量控制在1.0 m/s以下，避免气流冲刷滤袋。控制烟气上升的速度和比例，以有利于粉尘的沉降。保证整个气流在除尘器内的流动的平缓、顺畅，一般要求均匀度大于90%以减小流动阻力。
（3）滤料的使用寿命是一项涉及袋式除尘器使用的经济性指标，袋式除尘器的维护费用主要来自更换滤袋的费用，因此，滤袋的使用寿命越长，经济性越好。
（4）注意除尘设备的设计、制作和安装质量。优先选用脉冲喷吹式。注意滤袋尤其是袋口的加工质量，袋口的弹性胀圈使滤袋嵌入花板孔内，确保二者公差配合，密封性好。脉冲喷吹系统的各部件、组件，各检查门，出灰、输灰装置、滤袋与花板的配合、滤袋笼骨的设计及加工质量(光洁度和垂直度等)都要好，否则会影响设备的长期良好运行。
（5）对除尘系统的改造项目，除尘专业对原有的风机、电机进行能力的计算和改造或选配新的风机和电机。
（6）必须严格按照规程操作设备，袋式除尘器受烟气性质的影响较大，应加强日常的维护，尤其是投运初期，及时发现问题及时处理。
参考文献：
[1] 孙一坚.简明通风设计手册[M].北京: 中国建筑工业出版社,1997
[2] 杨复沫.脉冲袋式除尘器清灰能力的评价方法和手段的试验研究[R].冶金部环境保护研究院,1994.
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