大型袋式除尘器在火电厂烟气除尘中的应用情况分析
摘要:分析比较了袋式除尘器与静电除尘器的优缺点,论证了国内火电厂采用袋式除尘器的可行性,并介绍了国内外袋式除尘器的应用情况。
关键词:袋式除尘器,应用
我国的资源国情决定了我国能源结构以火电为主、水电为辅、核电风能作补,电力结构发展很不平衡,预计在近十年内火力发电所占的比重仍将在70%以上。而我国要保持7%的经济增长速度,每年就要新增装机容量约25000MW,其中,火电厂要新增装机约18000MW。
新增的燃煤锅炉每年耗标准煤约5000万t,这将产生大量含尘烟气。随着我国社会、经济的不断发展和人民生活水平的不断提高,国家对烟尘的排放标准也将越来越严格。因此,这些含尘烟气都需要经过高效的除尘器处理后才能够排放,从目前的技术来看,静电除尘器和袋式除尘器将分享这块市场。加上一批老除尘器会改造成袋式除尘器,预计今后袋式除尘器将会得到较大的发展。
1 袋式除尘器的原理及其分类
袋式除尘器也称过滤式除尘器,是一种干式高效除尘器, 它是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的除尘装置。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1μm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。滤布材料是袋式
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。耐热性能好的纤维,其耐热度目前已可达到250℃~350℃。
袋式除尘器的运行效果在很大程度上取决于清灰机构及其控制系统。布袋除尘器按其清灰方式的不同可分为:机械振动式、气环反吹式、脉冲式、声波式及复合式等五种类型。其中脉冲反吹式根据反吹空气压力的不同又可分为:高压脉冲反吹和低压脉冲反吹两种。从世界范围来看,脉冲清灰袋式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,有用得越来越多的趋向。以下是脉冲袋式除尘器的工艺流程图:
2 两种除尘器的比较
对于目前运用最多的两种高效除尘设备:静电除尘器和袋式除尘器,它们各有自己的优势和缺点。现比较如下:
电除尘器的优势:
(1)除尘效率高,可达99%以上。
(2)烟气通过设备的压力损失低,一般大约只有几十毫米水柱。
(3)可以适用较广的温度范围(从露点到金属的温度极限)。
(4)对于亚微米粒子和粗粒子的除尘效率高。
(5)如果运行得当,需要的维护量少。
电除尘器的缺点:
(1)锅炉工况和负荷的变化等影响其净化效率,从而导致排放的不稳定。
(2)除尘效率受粉尘的比电阻影响大,也就是说,煤质的改变会影响其效率。
(3)维修时需要停止设备的运行。
袋式除尘器的优势:
(1)除尘效率高,可以达到99.99%以上。
(2)除尘效率不受粉尘比电阻、浓度、粒度的影响,锅炉负荷的变化、烟气量的波动对袋式除尘器的出口的排放浓度影响不大。
(3)一般袋式除尘器采用分室结构,并在设计中留有裕量,使除尘器可以轮换检修而不影响锅炉的运行。
(4)由于袋式除尘器捕集微细粉尘更有效,它除去飞灰中所含重金属微粒比静电除尘器除去的多。
(5)附属设备较少,技术要求没有静电除尘器那么高。
(6)结合喷雾干燥等设备,可以解决烟气的SO2污染问题。
袋式除尘器的缺点:
(1)袋式除尘器对操作和维护的要求比较高。
(2)锅炉运行中的负荷不稳定,尤其是在点炉、启动、停炉等情况下,烟气的性质也不同,这也会影响到袋式除尘器的使用寿命。
(3)压力损失较大,一般在1000Pa～1500Pa,甚至更高。若清灰系统失灵,将形成恶性循环,导致阻力急剧升高,甚至影响锅炉运行。
3 袋式除尘器在火电厂应用的可行性
3.1 环境保护要求日趋严格,锅炉上使用袋式除尘器增加
随着我国对环境保护越来越重视,目前《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-200X版已经由国家环境保护总局发布,第三时段烟气允许排放浓度由原标准的200mg/m3(标准状态下)降为50mg/m3(标准状态下)。有些煤种采用静电除尘器将达不到排放标准要求,需要采用袋式除尘器。预计今后火电厂采用袋式除尘器将会逐渐增多。
3.2 使用袋式除尘器在技术上是可行的
我国在前一阶段有些电厂的锅炉使用袋式除尘器没有取得成功,有多方面的原因。这并不能说明锅炉上运用袋式除尘技术是不可行的。
首先,对于袋式除尘器的核心部件———滤袋,其关键技术早已解决。滤料的加工、表面处理、后处理技术发展迅速,解决了耐高温、耐腐蚀、耐水解等问题,滤袋缝制技术和袋式整体技术也得到了提高,滤料的使用寿命在各种工艺条件下得到了大幅度延长。我国的滤料工业底子较差,但近10年来取得了较大的进步,开发了针刺毡及机织布两大系列产品,在表面处理技术方面,也取得了很大的进步。
其次,清灰系统及其控制系统技术的进步。从国外锅炉应用袋式除尘器来看,早期的清灰方式有反吹式和机械振打式,现在大型的高气布比脉冲袋式除尘器的应用快速增加,它的气布比比反吹风等低气布比的袋式除尘器高1.5～2倍。这样,不仅减少了过滤面积,还减少了除尘设备的占地面积、设备费用。袋式除尘器的控制简单,采用可编程控制器(PLC)即可满足袋式除尘器的控制要求。
3.3 使用袋式除尘器在经济上是可行的
袋式除尘器的投资与需要的滤袋过滤面积有关,而所需滤袋过滤面积与气布比直接相关。气布比取决于袋式除尘器的类型和滤料,由于脉冲型袋式除尘器具有较高的气布比,投资比较低。因此,目前新建的袋式除尘器绝大多数会选择脉冲型。
袋式除尘器的运行费用主要是更换滤袋费用和使烟气通过袋式除尘器的风机电耗费用。考虑到耐温的要求,又符合耐酸、增湿的条件,现在一般采用合成纤维滤料,其使用寿命在2年以上,实际上已有可达4年的实绩。而且,随着新滤料的不断开发及其逐渐国产化,滤料的性能将会更好,价格将会更低。
3.4 运行经验的积累
我国从上世纪80年代开始探索锅炉应用袋式除尘器的工作,在大型除尘设备的设计、制造、安装、应用方面也已积累了不少经验。例如,在钢铁、水泥等行业上设计制造了很多大型袋式除尘设备,这些经验对于锅炉除尘也是很宝贵的。另一方面,国外多年来在锅炉使用袋式除尘器方面所积累的成熟经验,我们也有所了解。因此,今后我国锅炉使用袋式除尘器获得成功的可能性将比过去大得多。
4 袋式除尘器的运行与维护
(1)运行时,应保持除尘器内温度高于露点,一般应大于140℃~150℃,对壳体应采取保温措施。在启动和停炉时为防止除尘器内产生水分冷凝,可用加热器使内部任何时间都高于露点或启动前预热除尘器,也可以在停炉前停止清灰,在滤袋上形成灰尘层,以便在下次开车时保护滤袋。
(2)注意烟气气流分布的影响。由于锅炉烟气量一般较大,除尘器分成若干个小室,如不注意气流的分布往往使小室气流分布不均,阻力上升快,清灰频率高,滤料容易破损。
(3)注意锅炉负荷、燃烧工况的变化。在运行中要注意温度、阻力、清灰程序、清灰压力、除灰情况等的控制。在启动和停炉时要遵循严格的操作程序,防止启动时燃油的不良影响,防止冷凝、结露现象的发生。
(4)确保喷水减温系统、旁路保护系统、PLC保护系统等这些保护系统的正常稳定工作。
5 应用实例
国外较早就在火电厂采用了袋式除尘器,上世纪80年代初期就有不少厂商到国内介绍袋式除尘器在火电厂的应用,美国、加拿大、澳大利亚、德国、英国等欧洲一些国家的火电厂都采用了袋式除尘器,其除尘效率高达99.9%以上。现在,澳大利亚人口最多、工业最密集的新南威尔士州各个发电厂已把原有的电除尘器全部改为袋式除尘器。其中Liddell电厂4台500MW机组使用的脉冲袋式除尘器,每台处理烟气量达306×104m3/h。
国内袋式除尘器主要在矿山、水泥、冶金钢铁、粮食、机械等行业得到广泛的应用,在电力行业火电厂中仅限于单机袋式除尘器在输煤系统除尘、气力除灰除尘中应用。袋式除尘器在电站锅炉的尾部除尘中没有得到实质性的广泛应用。但是,随着袋式除尘器滤料等配件生产技术的日益提高,原来布袋除尘器在燃煤锅炉烟气除尘运用中失败的因素,都在逐步得到解决,袋式除尘器推广应用的时机日渐成熟。例如,内蒙古丰泰发电公司2001年扩建2台200MW机组上安装的就是袋式除尘器。丰泰发电公司燃用的是准格尔
煤,煤灰中SiO2与Al2O3含量太高,K2O与Na2O含量太少,这就导致飞灰的比电阻极高,采用电除尘器收尘困难,难以达到排放标准。经过论证,决定采用大型袋式除尘器,两台机组分别于2001-12-28和2002-08-26建成投产。至今,袋式除尘器运行稳定,达到了预期的效果。
6 结 语
(1)静电除尘器和袋式除尘器都是被证明了的高效除尘技术,都可以应用于燃煤电厂的烟气除尘。
(2)袋式除尘器对捕捉细微尘粒更有效,因此除尘效率比电除尘器更高,排放烟尘浓度小于50mg/m3,甚至可达10mg/m3左右,且袋式除尘器能更好地控制微量重金属排入大气。
(3)袋式除尘器不受烟气含尘浓度、比电阻等性质的影响;锅炉负荷的变化,烟气量的波动对袋式除尘器的影响也很小。
(4)一般袋式除尘器采用分室结构,并在设计中留有裕量,使除尘器可以轮换检修而不影响锅炉的运行。
(5)由于循环硫化床锅炉在火力发电厂中的大力推广应用,循环硫化床锅炉的飞灰循环燃烧和为了炉内脱硫添加了大量石灰石,锅炉飞灰很细而且灰分比电阻增大,直接导致了电除尘器的除尘效率下降,采用袋式除尘器是理想的选择。
从这个角度上讲,循环硫化床锅炉加袋式除尘器是对于当今燃煤锅炉脱硫和除尘的理想组合。
随着环保标准的不断提高以及袋式除尘技术的不断发展,袋式除尘器在火电厂锅炉中应用潜力很大,具有广阔的发展空间。
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