除尘器

控制颗粒尺寸是保证布袋除尘器性能的关健

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-03-28 10:38:35

内容提要:在煤粉炉上应用布袋除尘器除尘已得到迅速发展,随着日益严格的环保排放要求,在流化床锅炉及液态排渣炉上将大量采用布袋除尘器除尘。

主题词:布级除尘器;飞灰

应用布袋除尘器除去燃固体燃料的电站的飞灰已得到迅速发展,在煤粉炉上,通常在具有合理的压降下,它们以非常高的捕捉效率将飞灰分离下来。丰富的经验和日益增长的严格排放的规定已经让人们考虑了在其它系统上应用布袋除尘器,例如流化床锅炉、液态排渣炉旋风炉。

在这些大量的应用中,飞灰特性与煤粉炉内产生的飞灰特性有本质之差,特别是进入布袋除尘器的飞灰平均粒径是较小的。在典有高灰浓度的状态时,采用一个机械分离器(例如旋风分离器),它置于布袋除尘器之前对烟气进行初次分离,从而大大地降低了总的灰尘量。但经初次分离后,飞灰的平均颗粒尺寸也明显下降。

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对于流化床锅炉则存在很相似的工况在许多情况下,旋风分离器置于炉膛的出口并将分离下的粗颗粒返送到燃烧室内,这样改善了锅炉效率和吸附剂利用率。旋风炉的出口排尘通常也很细。

较小的颗粒尺寸分布增加了灰尘团流动阻力和灰尘粘结性,灰尘团流动阻力的增加也使作用在其上的曳力增加。另外,由于产生了很难除去的灰尘团,使较高的粘结性部分抵消了旋风分离器的预分离所造成的灰尘浓度降低的影响。综合的影响是若烟气中较大颗粒通过机械分离器除去后,则实际上要增加通过除尘器的压降。另一方面,出口排放量仍非常低,与颗粒尺寸和浓度无关。

偶尔也有一些大颗粒从烟道和灰斗沉降除去,这取决于布袋除尘器的设计。旋风炉和液态排渣护在燃烧室内就除去大量的飞灰,产生一个较低的灰尘浓度和细的颗粒尺寸分布,为了减少这一影响,可能需要更有效的布袋除尘器(利用声波辅助和震动、抽气清洁器)和合理地选择布袋以降低灰尘团重量,在更保守的空气流向布袋(A/C)速率下设计布袋除尘器可能是合适的,以防在这里预计的颗粒较通常的煤粉炉中的飞灰尺寸要细。

在过去的一段时间内,已经推测到颗粒尺寸分布的下降对试验和实际布袋除尘器的性能造成不利影响,但只是最近才有定量结论。一系列实验室内研究布袋除尘器的结果证明灰尘团流动阻力和灰尘穿透布袋能力随颗粒尺寸下降而大幅度增加。旋风分离器效率对除尘器性能的影响,可由这些研究所得到的模型来预测。研究结果表明,对子某一颗粒尺寸分布,使用旋风分离器预分离能够产生一个不利的影响。因此,了解颗粒的细度对布袋除尘器性能的影响是达到最佳运行的关键。

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电力研究所(EPRI)建立了一个试验台,对布袋除尘器前布置与不布置旋风分离器时布袋除尘器的性能进行了比较,而且对TVA Shawnee站的鼓泡流化床锅炉和科罗拉多犹他电力局的Nucla电站的循环流化床锅炉的布袋除尘器性能进行了现场测量。电力研究所在试验炉、实际尺寸的布袋除尘器设备上以及一台旋风炉尾部的实际尺寸的布袋除尘器的测试结果很一致。

一、试验背景

试验是在10MW的布袋除尘器试验电厂(FFPP)上进行,该电厂位于科罗拉多州,该布袋除尘器系统能处理一台100MW燃用西部低硫(0.7%硫)次烟煤的煤粉炉中35000acfm烟气(相当于一台机组的烟气量),所用燃料是目前采用布袋除尘器的大多数电站燃用的典型燃料。

布袋除尘器的结构使得可以对两种清洁除尘器技术同时进行评估,这两种技术是反向烟气除尘和具有声波器辅助的反向烟气除尘,这两种技术可以分别在单独的室内采用,每一个室内包括24个实尺寸的袋子。除尘参数的选择要根据在早期研究中所确定的最佳值。表1给出了布袋除尘器的每个室内完整的运行参数。试验进行了4500小时而不改变烟气,也对在除尘器前布置旋风分离器时进行了4500小时的试验,在每一组试验中,布袋除尘器的运行参数是相同的,在每一次试验之前,要装上新的袋子。

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二、旋风分离器的预除尘影响

具有旋风分离器时,在布袋除尘器入口灰尘的平均质量浓度被降低80%,浓度的下降是由于旋风分离器除去了大的飞灰颗粒(如图1),旋风分离器的分离使入口颗粒的质量中径从21微米降至2.6微米,这可以由一个现场分级冲击器测得(表2)。实验室分析表明在灰尘团中得到的颗粒质量中径从6.7微米降至3.6微米。

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较小尺寸的飞灰产生了具有较高的流动阻力的灰团,也增加了灰团灰的物理粘结性,这可以由有效内摩擦角测量(表3),最终的结果是:虽然颗粒浓度由于旋风分离器的分离作用而明显下降,但灰团对气流的阻力增加很大,因此提高了曳力和管壁压降。

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对于反向烟气除尘,具有旋风分离器除尘和不具有旋风分离器除尘的平均曳力分别是每英尺/分:5英寸水柱和3英寸水柱;对于有声波辅助的反向烟气除尘,具有旋风分离器除尘和不具有旋风分离器除尘的平均曳力分别是每英尺/分:2.5英寸水柱和1.9英寸水柱。对反向烟气除尘,测得的残余灰团表面密度为0.60磅/平方英尺,在不改变烟气运行条件下,对具有旋风分离器预除尘的反向烟气除尘,测得的残余灰团表面密度为0.57磅/平方尺寸。对具有声波辅助的反向烟气除尘,测得的残余灰团表面密度为0.29磅/平方英尺。在不改变烟气运行条件下,对具有旋风分离器预除尘的声波辅助反向烟气除尘,测得的残余灰团表面密度为0.11磅/平方英尺,较上述数据降低60%。在所有情况下,平均曳力的90%是属于通过袋子残余灰团的流动阻力,而剩余10%是由于在每个周期中通过新灰沉淀造成的流动阻力。

对于存在旋风分离器预除尘的反向烟气除尘,曳力随时间一直连续增加到一点,在这点气体流向布袋的速率必须从2ft/分降至1.6ft/分以确保流量恒定。即使进行了4500小时的试验,也没能对接近平衡的灰团建立起相对稳定的工况。

对于所有研究的情况,除尘排放量很低,小于0.001Ib/106Btu,它与粉尘浓度和颗粒尺寸分布无关。

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三、流化床锅炉的应用

无论是鼓泡流化床锅炉还是循环流化床锅炉均采用旋风分离器或其它颗粒分离装置将床料返送到锅炉内,这些设备降低了到达布袋除尘器系统的颗粒质量平均直径。另外流化床锅炉的床温低于灰熔点,这得到了明显不是球形的灰粒(表3),它可由高表面几何形状因子来表示,这个因子是颗粒球形度的测量标志。虽然灰团的孔隙率通常较煤粉炉飞灰的孔隙率高,但小尺寸、高表面几何形状因子这些物理特性导致灰团具有高的烟气流阻力。

在TVA 20MW鼓泡床试验电厂上,单独采用反向烟气除尘证明不足以控制压降;具有声波辅助的反向烟气除尘的运行降低了作用在布袋除尘器上的残余灰团重量。允许在合理的压降值下采用较高的气流流向布袋的流率。Nucla 110MW的循环流化床试验电厂的灰团灰也具有高的孔隙率、小尺寸和高的相对烟气流动阻力震动、抽气式除尘方法降低了灰团量,将压降控制到合理的水平。

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四、旋风炉的应用

一台188MW的旋风炉的运行经验进一步说明了小颗粒对布袋除尘器运行的影响。由于旋风炉所产生的细颗粒和灰团产生的高流动阻力,在这个电厂只采用反向烟气除尘法时布袋除尘器的压降是不能稳定的,在刚刚点火之后,管壁压降的增加超出了控制范围,虽然除尘器曳力仍非常高,但采用声彼辅助除尘设备稳定了压降。靠回送一部分粗颗粒提高飞灰质量平均直径从而明显地改善了性能。

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