除尘器

布袋除尘器在收集超高粉尘浓度中的应用

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-01-30 15:21:58

摘要:文中通过循环半干法脱硫技术(NID)与布袋除尘器在玖龙纸业210MW机组上的工程应用介绍,对可用于收集超高浓度粉尘的布袋除尘器的原理、滤料选型、结构特点、应用前景进行了研究分析。

关键词:高粉尘浓度;布袋除尘器;应用;研究

1引言

随着火电厂大气污染物排放标准GB13223-2003颁布执行及全民环保意识的提高,对原有的环保装备如何去适应新环保标准提出了新课题,循环半干法烟气脱硫需要确定除尘方式的合理方案。

循环半干法烟气脱硫是一种目前市场占主导地位的半干法脱硫技术,是浙江菲达环保公司在1999年引进技术的基础上创新发展的最先进的半干法脱硫技术。在GB13223-2003颁布之前,国内与此类脱硫技术配套的除尘器几乎都采用电除尘器,通过浙江巨化热电厂70MW、包头电厂200MW等十多套工程的应用,也验证了采用电除尘器对于粉尘排放要求在100mg/Nm3左右是没有问题的。但GB13223-2003中规定的须执行50mg/Nm3标准的电厂及工业炉窑而言,选用更多电场的电除尘器或电除尘器改造,需要认真核算投资及运行成本的经济性。鉴于布袋除尘器的高效及稳定排放性能,在干法(或半干法)脱硫装置后应配设布袋除尘器是优先考虑的方案;而对于将设置或已建设有湿法烟气脱硫装置的场合则建议采用智能控制的电除尘器,如此一次投资及运行成本较采用布袋除尘器方案更有优势,且粉尘排放经运行参数优化也可达到低于50mg/Nm3的水平,不足的是当煤质有重大变化时,电除尘器的适应性稍差。

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广东玖龙纸业210MW机组的半干法脱硫系统后配设的是菲达公司从ALSTOM引进技术生产的LKPN长袋低压喷吹布袋除尘器。此工程于2005年8月完成安装,2006年2月通过广东省环保局的性能测试。测试及运行数据都表明脱硫效率大于90%,SO2和粉尘的排放浓度都低于合同要求及国家标准。该工程是全国至今已成功投运的首台200MW规模循环半干法脱硫后配设布袋除尘器且运行良好的工程。

2循环半干法脱硫技术

循环半干法脱硫技术(NID)的原理是利用脱硫终产物再循环作为冷却烟气温度所需的工艺水的载体,循环灰的增湿是在反应器外的一个专有设备混合器中完成的,NID技术是一种在烟道循环流化床(CFB)基础上创新开发的第三代半干法烟气脱硫技术。

反应器是烟气中的酸性组份与连续加入的碱性吸收剂发生化学吸收反应的脱硫核心设备,反应器通常设计成矩型,目的是为了使经混合器增湿的含钙循环灰在反应器截面上均匀分布,提高单位反应器容积的蒸发及吸收效率,降低反应器高度。

加入钙基吸收剂的循环灰具有以下特性:即喷水后,使增湿灰仍具有较好流动性的合理灰/水比值(质量比)是24,因而反应器出口烟气中的粉尘浓度高达1500g/Nm3,这要求与之配套设置的布袋除尘器应有特别的设计以适应如此项高浓度粉尘的烟气环境。

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3LKPN型布袋除尘器

LKPN型布袋除尘器主要由除尘器本体、预沉降室及旁路系统组成。

3.1布袋除尘器本体结构

LKPN型布袋除尘器是ALSTOM公司专门为适应粉尘浓度高且有一定粘性的场合使用的专用布袋除尘器,与传统布袋产品相比,其最大特点是烟气在除尘器内有二次整流分布,烟气中的粉尘有二次自然沉降过程,从而保证除尘器滤布使用寿命更长,体积小。为脱硫配套的收集高浓度粉尘的LKPN型布袋除尘器的主要构件的设置及性能如图1。

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3.2布袋除尘器预沉降室

由于来自反应器的烟气当中含有极高浓度的粉尘,为了减轻后续布袋除尘器的负荷,因此在反应器之后设置预沉降室,使得一些较重的粉尘颗粒能被预先收集下来,而直接进入物料循环。

3.3旁路系统

布袋除尘器旁路系统采用内置式结构,即直接在原烟气烟道和净烟气烟道之间开孔并设置提升阀来进行切换,这种旁路结构设置不需要以往常用的外置式旁路烟道,从而为客户节省了大量投资。

4LKPN型布袋除尘器的选型及控制方式

布袋除尘技术的关键是:有适应不同工况条件的优质滤料;有强劲可靠的清灰机构,控制设备阻力;有完善合理的自动控制程序,保持除尘设备连续稳定地运转。

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4.1布袋除尘器滤料的选择

一台好的除尘器设备,除尘效率至关重要。高除尘效率需要优良的过滤材料来保证。LKPN布袋除尘器采用高效优质的薄膜滤料,薄膜滤料在机织布和针刺毡等PPS滤料表面覆以带微孔的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜。这种滤料的关键在聚四氟乙烯薄膜,它是立体网装结构的微孔膜,孔径为0.2~3.5/μm,膜的空隙率达80%~90%,透气性好,滤尘效率高,耐化学腐蚀,表面光滑,摩擦系数低,剥离性好,耐连续高温。覆膜滤料用薄膜表面过滤积尘,压降低,节省风机电耗,减少清灰次数并延长清灰周期。对潮湿和粘性粉尘它不像普通滤料那样,在清灰不利的情况下,滤料表面粉尘越粘越多,造成糊袋、板结、压差迅速上升的现象。由于膜表面光滑及憎水性,即使有潮湿粉尘粘结,在清灰外力的作用下,也容易脱落,保持过滤阻力平稳。覆膜滤料的微孔结构滤尘效率极高,比普通滤料提高1-2个数量级,可满足最严格的排放要求,特别是对人体可吸入性粉尘(<5μm),同样有很高的过滤效率。

4.2布袋除尘器的清灰系统

LKPN布袋除尘器采用的是中压脉冲喷吹清灰技术。合适的清灰强度以保障清灰效果及滤袋的使用寿命之间应有一种合理的平衡,清灰强度不足会导致除尘器阻力过高,而清灰强度过大又会降低除尘效率,影响滤布寿命,增加压缩空气消耗量,为保证每根喷吹管下的滤袋有几乎相同的喷吹加速度,要求同一根喷吹管上的喷嘴不等径。菲达公司布袋除尘器的脉冲喷吹系统采用ALSTOM专利产品OPTIPOW脉冲阀及精心设计的均流管组成,为"中压中流量"喷吹方式。与"低压大流量"喷吹方式相比,喷吹力量更均匀,可确保系统在一个合适的清灰强度下工作。同时,辅以优化的气流分布设计,使系统的清灰更有效,可以长期稳定地运行。

脉冲清灰原理是:喷吹气流的充气作用将滤袋由过滤状态向中心收缩、向外鼓起变形、振动,导致滤袋外表面的粉尘层破裂,同时脉冲气流使袋内空气振动,带动滤袋的微振,加上喷吹气流和引射气流的逆向吹风作用,实现粉尘脱离滤袋表面的过程,达到清灰的目的。

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因粉尘收集在布袋的表面,压力降随之增加。堆积在布袋表面的粉饼层在清灰期间会根据布袋除尘器的差压设置被自动清除下来。布袋清灰由布袋除尘器的差压来进行控制,通过在布袋当中喷入一个短促的压缩空气脉冲来实现。当进行清灰的时候,每个除尘室的一排布袋将同时注入一个短促直接的压缩空气脉冲。通过这种方法驱使粉尘掉入到除尘室的底部灰斗当中。

在玖龙纸业项目当中采用在线清灰方式,布袋的清灰系统运行步骤如下:在达到某个压力降值(1500Pa)时清灰启动,当气包进气压力达到要求(0.35MPa),布袋喷吹控制器会给出一个脉冲信号,这个脉冲信号将使一条NID工艺线当中的两个不同气包上的两个脉冲清灰阀同时动作。

一个瞬间强力的脉冲气流从布袋气包喷射到与这个脉冲阀相连接的喷吹管并穿过喷嘴,位于喷吹管下方的布袋因脉冲空气的喷入而迅速膨胀。布袋外壁的迅速扩张及紧跟着的迅速收缩使得布袋表面的粉饼层破裂并掉落。

在第一个脉冲阀动作之后控制器将进入下两个布袋气包清灰,其清灰顺序将重复上一个顺序,直到压力低于设定值之后才停止喷吹。

4.3布袋除尘器阻力

布袋除尘器的另一个重要指标—设备阻力,同样是不可忽视的。控制阻力不单是设备本身的问题,对一个除尘系统来说,首先要明确系统的工况参数,选择合理的工艺措施和匹配的除尘设备,其中首要的是除尘器的滤料,它关系到除尘效率、运行阻力及使用寿命和投资等。除尘器的阻力80%取决于滤料,因而如何降低滤料的阻力成为主要矛盾。一般工况下,确定了合适的气布比(0.7~1.2),有完善的清灰系统,滤料阻力都能控制在合理的范围内。

布袋除尘器阻力另一部分来自于除尘器的结构。各种除尘器的结构阻力的构成无大差异,数值在300~500Pa左右。

4.4控制方式

控制袋除尘器运行阻力的最有效方法之一为差压自动控制,即压差达到布袋除尘器设计阻力上限时,通过变送器自动启动清灰程序,以往国内很多工程中使用较多的是定时控制方法,而在玖龙210MW项目当中采用了差压、时间混合的控制程序和灰饼控制程序,能使除尘器运行状态更趋合理,减少不必要的清灰动作次数,延长了滤袋及脉冲阀等部件的使用寿命。

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5玖龙纸业210MW工程应用

在玖龙210MW项目中,NID反应器之后安装了两台LKPN型布袋除尘器,并在每台除尘器的正中间设置了隔板,相当于每台除尘器包含了两台相互独立的布袋除尘器,每台除尘器分4个室,每个室对应一个气包,每个气包设置18只脉冲阀,每只脉冲阀对应21或22只布袋。

在空预器出口总烟道之后分成4条相对独立的烟道,每条烟道支路上设置一套脱硫除尘系统,即相当于4条独立的脱硫除尘工艺线,在各条工艺线的进出口设置了烟道挡板。因此如果其中有任何一条工艺线发生故障,可以关闭该工艺线的进出口烟道挡板,同时适当降低锅炉运行负荷来进行在线检修。

布袋除尘器旁路系统采用内置式结构。配合出口挡板的开关动作来进行主路与旁路之间的切换。旁路挡板采用专利设计的提升式双挡板,并采用净烟气回抽进行密封,密封性能达到100%。这种挡板设置省却了密封空气再热系统,结构紧凑。

对于电厂除尘装置,由于存在投油燃烧情况,所以一般都采用预涂层技术,即在除尘器未投入正式运行前人为发尘。粉尘种类有白云石粉、石灰石粉和氧化铝粉等,它们均是较松散、易清灰、对粘性烟尘有吸附作用的物质,让这种特定的粉尘在滤布上形成较牢固的一次粉尘层。否则粘性粉尘和烟气凝结出的油渍直接粘连在纤维上,堵塞小组料纤维间的空隙,形成糊袋,使清灰困难,造成除尘器阻力上升过快,直到最后无法运行。这种特定的粉尘层在滤料纤维与粘性粉尘或油渍间起到隔离作用。预涂层还相应带来其他的辅助作用。种种措施的目的都是为了降低滤袋阻力或将其稳定在合理的范围内。菲达公司在东莞玖龙纸业210MW脱硫除尘项目当中这项技术已得到了应用,效果良好。

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菲达公司从ALSTOM公司引进了先进的EFFIC控制器,能够对布袋除尘器的压差、温度、流量等状态参数进行实时监控,并可以实现对运动部件和滤袋进行故障和破损检测。并在该项目当中采用了差压、时间混合的控制程序和灰饼控制程序,如图5所示。布袋阻力与时间的比例关系曲线如图6所示。

6建议

由于中国煤种变化比较大,为了保证一定的发热量Q,有时锅炉一次风的鼓入量会比较大,导致锅炉出口烟气量F的增加,甚至会超出设计烟气量的20%~30%,因此在气布比的设计选型阶段必须考虑到此项因素,为了留有足够的余量,一般在0.7~1.0之间选取。

旁路系统紧急启动时间应进行调试优化,在紧急启动旁路的情况下保证不影响锅炉负荷调节,避免MFT动作。旁路风门与主烟道的出口风门启闭切换时应遵循快开慢关的原则,且两者不能同时动作。

在系统通烟气之前必须对所有挡板风门进行密封性能测试,如果此项工作不到位,会对将来的设备在线检修、系统达标排放等产生严重影响。

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7结语

LKPN型布袋除尘器是一种非常稳定的除尘设备,与粉尘的一些特性因素无关,并具有如下优点:

(1)整体结构紧凑,占地面积小;

(2)滤室内气流分布均匀,且可消除粉尘二次吸附现象;

(3)能处理超高粉尘浓度的烟气并保证达标排放;

(4)中压中流量清灰,耗气量小,清灰强度设计合理;

(5)专利产品OPTIPOW脉冲阀,响应速度快,清灰效果好,性能可靠;

(6)均流喷吹管可使每条滤袋都受到相同的喷吹力,且拆卸方便;

(7)高效的脉冲喷吹阀加上良好的气流分布使得可以采用长袋,一般可以达到8m;

(8)专利产品笼骨可减小滤袋的摩擦且插拔更容易,表面特殊工艺喷涂令使用寿命更长;

(9)运行维护方便。

因此,在目前环保标准不断提高的时机下,LKPN型布袋除尘器的优越性更加明显,在与NID半干法脱硫配套等领域当中将得到更加广泛的应用。

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