除尘器

布袋除尘器在电站锅炉除尘系统改造中的应用

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-03-26 15:45:16

摘要:介绍了中石化高桥分公司动力管理中心为使电站锅炉烟尘排放达到新的环保标准要求,采用布袋除尘器代替原电除尘器并对系统进行相应改造的方案、主要的改造内容以及改造效果。

关键词:布袋除尘器;电除尘器;应用

中石化高桥分公司动力管理中心现有6台220t/h电站锅炉,建造于上世纪八、九十年代,配套有6台静电除尘器。2005年,根据环保要求,已将静电除尘器由三电场改为四电场,但远不能满足上海市DB31/387-2007《锅炉大气污染物排放标准》和GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》的要求。为此,选用布袋除尘器对除尘系统进行了改造。

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1布袋除尘器工作原理

1.1布袋除尘器工作原理

布袋除尘器是一种高效、稳定的干式除尘器,主要由清灰室、滤袋、清灰系统和控制系统组成。在这种除尘器中,含尘气体单向通过滤布,尘粒留在上游或滤布的含尘气体侧,而干净气体通过滤布到下游或干净气体侧,尘粒借助于自然或机械的方法得以除去。根据清灰方式的不同,布袋除尘器可分为振动布袋除尘器和脉冲布袋除尘器。

滤袋的形式有多种,按形状可分为圆袋、扁袋,按含尘气流进入滤袋的方向可分为内滤式和外滤式,按进气口的位置可分为下进风和上进风。为保持滤袋在运行中的良好状态,还可加装袋笼(支撑框架),防止变形。部分滤袋的形式见图1。

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滤料是布袋除尘器重要部件滤袋的缝制材料,通常采用天然纤维或合成纤维为原料制成,从编织方法来分,有织布和针毡等结构。振动布袋除尘器采用织布纤维滤料,脉冲布袋除尘器采用针毡纤维滤料。

1.2布袋除尘器过滤过程

纤维层过滤是各种纤维制滤袋主要的过滤方式。纤维层过滤分内部过滤和表面过滤两种过滤方式。内部过滤又称深层过滤,首先是含尘气体通过洁净滤料,粉尘被阻留在滤料内部,这时起过滤作用的主要是纤维。随着过滤过程的进行,沉积在滤料中的粒子如同球形捕集体,开始与纤维共同参与对后续粒子的收集作用。当纤维层达到一定的容尘量后,后续的尘粒将沉积在纤维表面。此时,在滤料表面所形成的粉尘层对含尘气流将起主要的过滤作用,这就是表面过滤。对于厚而蓬松、孔隙率较大的过滤层,如针刺毡,内部过滤作用较为明显;对于薄而紧、孔隙率较小的的过滤层,如编织滤布、覆薄滤料,主要表现为表面过滤。

如上所述,过滤过程分为洁净滤料过滤、含尘滤料过滤和滤料表面过滤3个阶段。其中后2种过程中,收集效率和过滤阻力都随过滤时间而变化,称为非稳态过滤。从实际应用情况看,洁净滤料只有在新滤料开始使用的很短时间内出现,在以后的过滤过程中,洁净滤料将不复存在,非稳态过滤贯穿整个过程。

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1.3布袋除尘器滤料选择

滤袋是布袋除尘器的最关键部件之一,它直接影响除尘效率。滤袋寿命的长短,对除尘器运行性能的评定和减少维修费用起着关键的作用。它的寿命长短一般与滤料材质、制作质量、过滤烟气温度及流穿滤袋速度等有关。此外,与清灰压力、清灰时间、清灰频率也有关。

滤料的选择一般要综合考虑含尘气体性质和粉尘的性质,如气体温度、气体湿度、气体化学性、粉尘的黏着性、粉尘磨损性、颗粒大小和可燃性等,结合粉尘气布比、清灰方式、安装方式,合理选择耐温、耐酸碱、抗氧化、耐磨等需要的滤料。另外,由于烟气高温运行,紧急喷水系统启动时烟气的湿度可能增大,抗水解能力也是选择滤料必须考虑的一个因素。由于滤料材质的不同,其价格差异很大,所以最终的选择往往是一次性投资和运行成本及效果综合比较的结果。不同滤料的使用温度、除尘效率、清灰性能、费用以及对烟气中不同化学成分的耐腐蚀程度都不一样,需要根据综合技术经济比较后进行选择。

电厂常见滤料的性能见表1。

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根据表1数据,3种滤料都能符合电厂的实际运行情况,相比较而言PTFE的性能指标最好,但PTFE的造价却比前两者高很多。目前,国内外燃煤电厂使用较多的滤料是PPS和复合PPS(PPS+P84表面处理)。复合PPS是一种新型耐高温滤料,根据使用检验,该滤料性能优良。在烟气含氧量小于10%、烟气温度最高不超过160℃的条件下,国外使用寿命已经达到42000h,国内使用寿命接近30000h。

1.4布袋除尘器清灰方式

布袋除尘器的清灰方式有多种,如机械清灰、逆气流清灰、脉冲喷吹清灰和声波清灰等。

机械清灰振动分布不均、对滤袋损害大、清灰效率低,已经逐渐被其他清灰方式所代替。逆气流清灰在整个滤袋上的气流分布比较均匀,但是清灰强度小,过滤风速不宜过大,通常都要采用停风清灰。声波清灰是采用声波发生器使滤料产生附加的振动而进行清灰,有时也可以用作反吹风、反吸风清灰的补充。

脉冲喷吹清灰的基本原理是将压缩空气在极短暂的时间内(不超过0.2s)高速喷向滤袋,同时诱导5~7倍的二次气流形成空气波,使滤袋由袋口至底部产生急剧的膨胀和冲击振动,在短促的时间内形成滤袋反复地鼓、瘪、鼓的波浪形变形,使粉尘层发生变形、断裂,以团块状脱离滤布并受重力作用下落。此种清灰方式具有清灰效果好、净化效率高、处理气量大、滤袋寿命长、能在线清灰等优点,在国内外取得了较广泛的应用。

脉冲喷吹系统简图见图2。

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如前所述,滤袋过滤效率高,滤料上形成的粉尘层起了重要的作用,因此清灰时应保留粉尘初层,过度清灰会引起效率显著下降,加快滤袋的损伤。最佳的清灰状态应该是有效清灰时间最少,又能确定适当清灰周期,使平均阻力接近相等,这样将使清灰周期尽可能长,清灰时间尽可能短,从而能在最佳的阻力条件下运转。

清灰周期和清灰时间对除尘器的性能影响很大,如清灰周期过长,则会缩短滤袋寿命,增加能耗。但如果清灰周期过短,则不仅易发生泄漏,而且经常有分室处于清灰中,作为整体则阻力增高。清灰时间如果过长,会造成滤袋堵塞,滤袋的寿命缩短,驱动部分的寿命也会缩短。但清灰时间也不能过短,否则除尘不彻底,阻力会慢慢增高,影响运行。

2改造方案

针对220t/h锅炉及以上机组电站工程的具体情况,可供选择的除尘设备有静电除尘器、布袋除尘器及电袋组合式除尘器3种。静电除尘器在我国电站锅炉上使用十分广泛,电袋除尘器及布袋除尘器在国外已有较长时间的研究和应用,国内在最近10a才在电站锅炉除尘中得到应用。

静电除尘器、布袋除尘器及电袋除尘器各有优缺点,其综合比较见表2。

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在国内,电站锅炉除尘采用布袋除尘器替换电除尘器已有成功应用的实例,新建电厂目前大都采用布袋除尘器。结合高桥分公司实际情况,综合考虑到电袋除尘器布袋不能在线换袋、气流分布较难满足除尘要求,以及电除尘产生臭氧(O3)对PPS滤袋腐蚀而影响除尘效率等因素,考虑选用布袋除尘器更换静电除尘器的改造方案。

根据前文分析,此次布袋除尘器采用固定行脉冲喷吹系统清灰,滤袋选用进口优质PPS滤料缝制,表面采用PPS浸渍处理工艺,并配有袋笼(支撑框架)。

3主要改造内容

3.1除尘器本体改造

(1)为降低投资,减少施工工期对机组运行的影响,改造后的除尘器尽可能保持原基础尺寸,除尘器长度及宽度不变。

(2)拆除原一、二、三、四电场内外顶盖与全部内件(包括极线、极板、阴阳振打、气流分布板),把原4个电场的空间改为布置滤袋,甲乙侧共设置12个滤室,每个滤室均可单独关闭,便于在线检修。除尘器进口安装一次气流分布板,可使各个滤室的烟气流量均匀,滤室内的二次导流板不仅可减少高速气流对滤袋的冲刷,而且还可避免清灰下来的粉尘又被吸附到滤袋上去的二次吸附现象。

(3)保留利用原电除尘器的梁、混凝土支架和灰斗等部件,将底梁部分加强,保留原壳体不变并封堵所有缺口,在其上架设净气室与雨棚,重新布置袋区电控系统。

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(4)结合除尘器出口与引风机接口情况,对出口封头重新设计布置。

(5)固定行喷吹布袋除尘器单台机组喷吹用压缩空气耗量为约7m3/min(标准体积),喷吹用压缩空气需要满足较高的品质要求,需要除油、除尘和干燥净化。本次改造利用动力管理中心原有的压缩空气系统,经核算,其余量可满足本次改造工程压缩空气的用量,故仅增加到布袋除尘器的压缩空气管路。除尘器改造后的主要技术指标和参数:布袋除尘器型号LKPB90,处理烟气量45万m3/h,设计除尘效率大于99.96%,总有效过滤面积8353m2,出口烟尘质量浓度小于30mg/m3(标准体积),第一年设备运行阻力不大于1200Pa,寿命终期运行阻力不大于1500Pa,本体漏风率小于1.5%,每台除尘器单元数量12个,每单元滤袋数量189/202条,滤袋材料PPS/PPS,滤袋规格(直径×长度)135mm×8400mm,滤袋数量2346条,气布比为0.898m2/(m3·min),滤袋的使用寿命大于30000h。

3.2引风机改造

由于将静电除尘器改造为布袋除尘器后,除尘器的阻力将增加约1200~1500Pa,原引风机已不能满足设计需要,必须进行改造。

原引风机为离心式风机,结构简单,运行情况良好,而且除尘器出口至烟囱之间距离非常紧凑,如选用轴流式风机,只能纵向布置,气流情况不佳且除尘器出口烟道框架均无法实现利旧。综合上述因素,本次引风机改造仍采用离心式风机。改造前引风机为上海鼓风机厂制造的Y4-73-11NO20D,全压为3880Pa,体积流量为218000m3/h,进口温度为133℃,转速960r/min,轴功率310kW。经选择比较,改造后采用的引风机为沈阳鼓风机有限公司制造的SFY23F-C5A,新风机的全压5700Pa,体积流量237703.3m3/h,进口温度140℃,转速943r/min,轴功率529kW。

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3.3除灰系统改造

原有电除尘器3个电场共有6个灰斗,每个下方设1台仓泵,共6台仓泵。由于静电除尘器的一电场收尘最多,二、三电场等依次减少,故原一电场仓泵体积最大,为1.5m3,二、三电场依次为1.0m3和0.5m3。改造后的灰量稍有增加,可视为灰量基本相同,但现在前后滤室的收尘量是基本相同的,因此仓泵的体积也须随之变化。将灰斗及仓泵设置保持不变,仍为6台,但将原第原二、三电场的仓泵体积增加至同原一电场的仓泵体积即可,即每台均为1.5m3。

4改造效果

从2011.06起,公司动力管理中心对6台220t/h电站锅炉开始逐台进行改造。每台改造施工工期约为2个月,至2012年下半年完成全部改造任务。

改造投用后,布袋除尘器运行状况良好。与电除尘器比较,运行中的故障和缺陷有较大幅度降低。在投用1a后的检查中,随机抽取部分布袋目视检查,均完整无损伤。

在布袋除尘器改造投用2~3个月后,委托华东电力试验研究院进行性能试验,通过试验定量了解除尘器现有运行状况,评价性能指标是否符合设计规范。已完成性能参数试验的布袋除尘器试验结果见表3。

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由表3可知,布袋除尘器在入口烟气参数、烟尘质量浓度符合设计规范的运行情况下,出口烟尘质量浓度、除尘效率、除尘器本体阻力以及吸风机设备噪声均达到设计规范,其中烟尘排放质量浓度符合DB31/387-2007《锅炉大气污染物排放标准》中50mg/m3(标准体积)的排放要求,也符合将于2014-07起执行的GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》中30mg/m3(标准体积)或对重点地区20mg/m3(标准体积)的要求。

5结语

中石化高桥分公司6台220t/h电站锅炉除尘系统的成功改造,不仅使其烟尘排放满足了上海市最新标准和将要执行的国家标准,同时也有节能减。排的社会和经济效益口,为老电厂静电除尘器系统改造中选用布袋除尘器积累了经验,具有一定的参考价值。

有关更多布袋除尘器在电站锅炉除尘系统改造中的应用信息,请联系广州新瑞环保的工程师13322814846。