电袋复合除尘器在燃煤锅炉除尘改造的应用
摘要：对某燃煤热电厂燃煤锅炉烟气干式电除尘器改造成电袋复合除尘器的工程内容进行探讨，分析改造方案应注意的关键技术内容。改造后，燃煤锅炉烟尘排放指标符合现行标准的要求。
1概述
近年来，国家对环境保护日趋重视，GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》第4．1节规定：自2014年7月1日起，既有火力发电燃煤锅炉烟尘排放质量浓度限值为30mg／m3。因此，很多既有发电厂燃煤锅炉降低烟尘排放质量浓度已经成为亟待解决的问题。
除尘器按工作机理通常分为：依靠重力作用除尘的重力除尘器，依靠惯性除尘的惯性除尘器，依靠离心作用除尘的旋风除尘器，依靠惯性、扩散力与筛分共同作用除尘的袋式除尘器，依靠静电力除尘的电除尘器[1-2]，依靠惯性、扩散力与凝集力除尘的自激式、喷雾除尘器等。按被捕集烟尘的干湿情况，可分为干式除尘器、湿式除尘器：干式除尘器主要包括重力除尘器、惯性除尘器、旋风除尘器、袋式除尘器、干式电除尘器等；湿式除尘器主要包括自激式除尘器、喷雾除尘器、文氏管除尘器、湿式电除尘器等[3]。
很多大型电厂燃煤锅炉选用干式电除尘器。干式电除尘器是利用静电力(库仑力)实现粒子与气流分离的一种除尘装置，与其他除尘器相比显著特点是：除尘效率较高，可适用于高温、高压气体，阻力小(300Pa以下)，处理烟气量大，维护维修简单等。但干式电除尘器的除尘效率对煤种变化(主要表现为实际煤种低位发热量比设计煤种低，灰分、含硫量比设计煤种高等)、烟气条件(主要表现为烟气温度、烟气流速、飞灰特性等)变化的适应性差，捕集粒径在10mm以下细微颗粒物能力较弱。本文对某燃煤热电厂干式电除尘器改造成电袋复合除尘器工程进行探讨。
2电袋复合除尘器机理
电袋复合除尘器由电除尘单元、布袋除尘单元以及两个单元之间的过渡段等组成，必要时还需设置内旁路。电除尘单元布置在前部，利用静电力对粒径在10mm以上的粉尘进行捕集；布袋除尘单元布置在后部，利用滤袋的过滤作用捕集少量的残余粉尘。并利用电除尘单元使粉尘荷电，使得粉尘形成“蓬松”堆积结构，提高滤袋的透气性，清灰效果得到大幅改善，从而实现低阻高效过滤粉尘。电袋复合除尘器结合了干式电除尘器、布袋除尘器的优势，除尘效率基本不受煤种、烟气条件变化的影响，处理效果理想。
过渡段位于电除尘单元与布袋除尘单元之间，作用是：a．为电除尘单元、布袋除尘单元提供必需的检修空间。b．避免电除尘器电场闪络火花飞溅到滤袋上，损坏滤袋。c．避免电除尘器电场内最后一排极线对靠近的滤袋内的袋笼放电，造成滤布和袋笼的损坏。d．为内旁路提供布置空间[4]。e．当布袋除尘单元的滤袋采用竖袋布置时，将电除尘单元出口烟气的水平流向比较平缓地变为自下至上的流向进入布袋除尘单元。
设置内旁路的目的在于：当烟气条件超出滤袋适用条件时，将烟气直接排出，不经过布袋除尘单元，避免损伤滤袋，缩短滤袋使用寿命。内旁路有3种布置形式(以烟气的流程作为区分)：第1种形式，烟气不经过电除尘单元、布袋除尘单元，直接进入烟道；第2种形式，烟气进入电袋复合除尘器，经过电除尘单元除尘后，从电除尘单元顶部进入烟道；第3种形式，烟气进入电袋复合除尘器，经过电除尘单元、过渡段后，从过滤段的顶部进入烟道。显然，第3种布置形式最理想，即使烟气不经过布袋除尘单元，直接由内旁路经烟道排出，也会保证一定的除尘效率。
3工程概况
中国石油乌鲁木齐石化分公司(以下简称乌石化公司)热电厂1、2号燃煤锅炉配套的3电场干式电除尘器于1992年建成投运，3号燃煤锅炉配套的4电场干式电除尘器于1997年建成投运。受煤种、烟气条件变化的影响，3台干式电除尘器除尘效率不断下降，造成烟尘排放指标不达标。
2009年的运行数据显示：1、2号燃煤锅炉排烟温度为140～190℃，烟尘排放质量浓度为124.0～324.5mg／m3，平均为286mg／m3；3号燃煤锅炉排烟温度为120～175℃，烟尘排放质量浓度为92.8～183.5mg／m3，平均为117mg／m3。由以上数据可知，l～3号燃煤锅炉的烟尘排放指标均不符合GB13223—2011规定的限值。为满足环保要求，乌石化公司对热电厂1～3号燃煤锅炉干式电除尘器进行改造，以降低烟尘排放质量浓度。
4改造内容
4.11、2号燃煤锅炉
①除尘器改造
1、2号燃煤锅炉干式电除尘器为3电场结构，在保留前两个电场的前提下，若滤袋采取竖袋布置，由于前部电除尘单元烟气流向接近水平，而竖袋布置的布袋除尘单元需要烟气的流向为自下而上，则必须设置较长的过渡段，这易造成滤袋的布置空间不足。而横袋布置需要的烟气流向与电除尘单元出口烟气流向基本一致，过渡段所需空间不大，只需将第3电场改造为过渡段和布袋除尘单元，改造较顺畅。因此，在进行1、2号燃煤锅炉干式电除尘改造时，选用横袋布置的布袋除尘单元。1、2号燃煤锅炉干式电除尘器改造前后结构分别见图1、2。
其他改造内容为：a．检修原干式电除尘器相关设备，存在问题的设备应予以更换。b．拆除第3电场内部设备，增设过渡段，并安装布袋除尘设备、配套电气及控制设备。c．增设PLC控制系统，实现除尘设备在PLC控制系统上的集中监控。
②滤布选用
滤袋的滤布选用尤为关键。1、2号燃煤锅炉设计排烟温度为139℃，但在夏季实际排烟温度达190℃，烟气氧含量达到8％以上，因此滤布选用EWTF-900型玻璃纤维滤布。EWTF-900型玻璃纤维滤布以玻璃纤维膨体纱作为基材，斜纹机织的滤布经PTFE(聚四氟乙烯)乳液浸渍后，再经PTFE覆膜处理，覆膜后的滤布表面光滑，粉尘不易嵌入纤维深处，沉积在滤袋内壁的粉尘在清灰时容易脱落。EWTF-900型玻璃纤维滤布具有很好的抗氧化性、耐高温、耐水解性，但抗折性比较差，只适合低动能清灰方式(如分区反吹清灰方式)。由于耐水解性好，电袋复合除尘器不必设内旁路，即使烟气含湿量较高时，也可安全运行。
③布袋除尘单元清灰系统
布袋除尘单元选用分区反吹清灰方式，清灰介质为洁净烟气。清灰系统由清灰风机、进出烟管、脉动阀、活塞总成(包括管道、气箱)等组成，见图2。洁净烟气引自引风机进口烟道，当布袋除尘单元的阻力增大至设定阻力上限(清灰阻力)时，压差变送器将信号传至PLC控制系统，启动清灰程序。
清灰风机开启，将洁净烟气从引风机进口烟道吸入，经过清灰风机加压自出口烟管排出。此时，装配在清灰风机出口烟管的脉动阀开始工作，洁净烟气通过脉动阀变为脉动气流，并由活塞总成管道进入气箱。洁净烟气进入气箱的同时牵引传动机构带动气箱开始上下移动，脉动洁净烟气经气箱出口喷出进入滤袋内。滤袋由于洁净烟气的灌入产生鼓胀抖动，滤袋内壁沉积的粉尘在鼓胀抖动下自然掉落，从而实现清灰。当布袋除尘单元阻力回落至设定下限时，PLC控制系统控制清灰系统停止工作。
由于EWTF-900型玻璃纤维滤布抗折性较差，因此清灰压力不宜过高。通过气箱的上下移动，实现布袋除尘单元的分区清灰，保证了布袋除尘器的连续运行。
④引风机更换
排烟系统阻力包括炉膛出口烟道阻力、除尘器阻力、脱硝系统阻力、脱硫系统阻力、烟囱阻力等，由引风机风压、烟囱抽力共同克服。当干式电除尘器改造为电袋复合除尘器后，烟囱不考虑改造，改造引起的附加阻力应由引风机风压克服。原干式电除尘器阻力不大于300Pa，改造后电袋复合除尘器阻力增加至不大于1200Pa，原有引风机风压无法克服改造后排烟系统阻力，需更换引风机。根据校核计算结果，更换后的引风机风量不变，风压增至6600Pa。
4.23号燃烧锅炉
①除尘器改造
3号燃煤锅炉干式电除尘器为4电场结构，改造时保留前两个电场，将第3电场前半部分改造为过渡段，将第3电场后半部分以及第4电场改造为布袋除尘单元，由于改造空间充足，布袋除尘单元采取竖袋布置，其他改造内容与1、2号燃煤锅炉基本相同。3号燃煤锅炉干式电除尘器改造前后结构分别见图3、4。
②滤布选用
选用P84型滤布，以聚酰亚胺纤维滤料为基材，为化学纤维针刺毡滤布，抗折性好，并具有优良的耐高温性能，可在260℃下连续运行，瞬间工作温度可达280℃。纤维细密，表面积大，孔隙微小，粉尘只能停留在滤布表面而不能穿入纤维中，阻力小，除尘效率高。经聚四氟乙烯浸渍及覆膜，增强了滤布的抗腐蚀能力。但P84型滤布不耐水解，因此电袋复合除尘器须设置内旁路，当烟气含湿量较高时，内旁路烟气闸板打开，将烟气切换至内旁路，正常工况下内旁路烟气闸板为关闭状态。
③布袋除尘单元清灰系统
布袋除尘单元选用脉冲喷吹清灰方式，清灰系统由压缩空气系统(包括空气压缩机、管道过滤器、压缩空气干燥机、精过滤器、储气罐、调压器、压缩空气管道等)、吹灰系统(包括脉冲阀、喷吹管等)组成，见图4。
空气压缩机将空气压缩至0.7MPa，经管道过滤器过滤后，进入压缩空气干燥机干燥，经精过滤器过滤后进入储气罐。储气罐出口空气经调压器调压至0.4MPa，经脉动阀、喷吹阀进入喷吹管。当布袋除尘单元阻力增大至设定阻力上限时，压差变送器将信号传至PLC控制系统，启动清灰程序。压缩空气经脉冲阀、喷吹管向滤袋内喷吹，滤袋向外迅速膨胀，当膨胀到最大时，又急速收缩，从而获得最大反向加速度，产生冲击振动，使滤袋内壁的积灰脱落。脉冲阀采取分区设计，每1个脉冲阀对应一排滤袋，通过控制脉冲阀的启闭，实现布袋除尘单元的分区清灰，保证了布袋除尘器的连续运行。
④引风机更换
经校核计算，更换的引风机风量不变，风压增至6600Pa。
5改造中应注意的关键技术内容
①合理确定改造方案
干式电除尘器一般布置几个电场，改造时应根据电除尘单元、布袋除尘单元的过滤负荷分配，确定保留的电场数量。保留的电场数量应保证对粒径10mm以上颗粒的除尘效率在90％左右，并使进入布袋除尘单元的粉尘充分荷电。
②过渡段
根据工程经验，建议过渡段宽度在1～2m。
③滤布选择
很多燃煤锅炉由于省煤器换热效率下降，以及锅炉空气预热器漏风量增加等原因，造成排烟温度远高于设计值，虽然电除尘单元的除尘效率基本不受排烟温度的影响，但滤布对排烟温度比较敏感。在选择滤布时一定要考虑排烟温度的影响，当排烟温度较高时，应选用耐温性能好的滤布；当烟温较低时，特别是接近烟气露点时，应选用耐酸腐蚀性能好的滤布。
此外，烟气成分对滤袋的使用寿命影响很大，当烟气中SOx、NOx含量较高且无法控制时，应选用化学稳定性强的滤布。电袋复合除尘器前增设脱硝装置、脱硫装置以及燃用低硫煤，可延长滤袋寿命。
④清灰方式
分区反吹清灰方式属于低动能清灰，适用于质地轻柔、尺寸稳定的薄型滤布，优先选用缎纹(或斜纹)机织滤布。
脉冲喷吹清灰方式属于高动能清灰，适用于厚实、耐磨、抗折性强的滤料，优先选用化学纤维针刺毡或压缩毡滤布。
⑤引风机更换
应根据改造后排烟系统阻力变化，重新校核计算所需引风机的参数。干式电除尘器阻力一般不大于300Pa，而电袋复合式除尘器阻力一般不大于1200Pa。因此，原有引风机风压无法克服改造后排烟系统的阻力，必须更换引风机，并考虑一定的富裕量。
⑥滤袋预涂灰措施
在电袋复合除尘器初次投运时，必须对滤袋采取预涂灰措施，避免点炉时未燃尽物质附着在滤袋表面，对滤袋造成损伤和堵塞，降低除尘效率，增加阻力。
6改造效果
1、2号燃煤锅炉除尘器于2011年底改造完成，2012年的运行数据显示：1号燃煤锅炉烟尘排放质量浓度平均为14.53mg／m3，2号燃煤锅炉烟尘排放质量浓度平均为13.93mg／m3。3号燃煤锅炉除尘器于2012年底改造完成，2013年的运行数据显示：3号燃煤锅炉烟尘排放质量浓度平均为12.64mg／m3。改造后l～3号燃煤锅炉的烟尘排放质量浓度均符合GB13223—2011的规定限值。
参考文献：
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[2]程福林．静电除尘器的安全使用及事故处理[J]．煤气与热力，2002，22(4)：331-332．
[3]张殿印，申丽，张学艺，等．工业除尘设备没计手册[M]．北京：中国机械工业出版社，2012：140-148．
[4]卢徐生，明平洋．电袋复合除尘器的设计要点及工程应用[J]．中国环保产业，2011(8)：34-37．
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