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分室定位反吹袋式除尘器在燃煤发电厂中的应用

作者:广州新瑞环保     来源:www.xinruiep.com     发布时间:2018-09-18 11:32:32

摘要:袋式除尘器的除尘效率可以达到99.95%以上,烟尘排放浓度低于50mg/m3以下。随着布袋除尘技术在电力行业的推广应用及相关环保排放标准的日益严格,在600MW及以上燃煤机组应用袋式除尘器以降低电厂粉尘排放已日趋重要。介绍了山西漳山发电有限责任公司率先在600MW机组上选用分室定位反吹袋式除尘器的基本情况,总结了应用该技术的经验,以供电厂同行参考。

关键词:袋式除尘器;600MW机组;节能;减排;分室定位反吹袋式除尘器

分室定位反吹袋式除尘器

大气污染物控制是目前全社会普遍关注和亟待解决的问题。从历年中国环境状况公报中可知,工业粉尘与可吸入颗粒物(指悬浮在空气中,空气动力学当量直径≤10μm的颗粒物)是当前我国城市大气污染的首要污染物。2006年底,我国燃煤发电装机容量已达到4.84×108kW,用煤1.2×109t,烟尘排放量仍维持在30×106t左右,其中,约有2.7×106tPM10的超微细粉尘可长期在空气中漂浮,特别是PM2.5粉尘以气溶胶形式存在大气中,影响了大气质量和能见度。

依据《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)规定,自2010年起其烟尘最高允许排放质量浓度为50mg/m3。一些重要地区要求燃煤电厂烟尘排放质量浓度小于30mg/m3。严格的烟尘排放标准需要有相应的高效除尘设备来实现,目前控制颗粒物排放的主要技术是静电除尘技术和袋式除尘技术,其中袋式除尘技术的除尘效率更高,可以达到出口烟尘排放质量浓度小于30mg/m3;而静电除尘器即使设置5个电场,往往都难以独立达到新的排放标准(通常新建项目可达到50~80mg/m3)。只有采用袋式除尘器才能达到新标准,而且袋式除尘能较好地收集更多的重金属微粒和99.8%以上PM10以下的粉尘。

1 分室定位反吹袋式除尘器的工作原理

1.1 基本工作流程

当锅炉烟气进入分室定位反吹袋式除尘器的入口时,先经气流分布板的阻挡和分布,较大的尘粒和未燃尽的煤尘粒被碰撞阻挡,坠入集灰斗。被去除大颗粒的烟气经合理分布后,以不超过2m/s的速度进入滤袋室,再以1m/min左右的速度经滤袋过滤。烟尘被阻留在滤袋外表面,被过滤的气体穿过滤袋,通过净气室由出口排出。随着时间的增加,被阻留在滤袋外表面的烟尘也增加,烟尘层增厚,阻力增大。当差压计测得除尘器阻力增大到上限设定值时,输出启动信号,该种袋式除尘器独有的分室定位回转反吹机构启动,开始清灰。当差压计测得除尘器阻力下降到下限设定值时,输出停机信号,该机构停机,完成清灰工作。

1.2 静态清灰机理

袋式除尘器是通过滤袋过滤烟尘来实现其除尘功能的。随着运行时间的增加,被阻留在滤袋表面的粉尘层增厚,阻力增大,此时便需要对滤袋进行清灰,以保证袋式除尘器在较低能耗下能正常运行。 

如图1所示,在清灰之前粉尘层主要受到气流压力、滤布支撑力、粘附力、自身重力4个力的作用,并主要是靠粘附力附着在滤布表面的。要实现清灰,首先就要打破粉尘层的力平衡状态。

分室定位反吹袋式除尘器

传统的内滤式反吹袋式除尘技术和脉冲袋式除尘技术,是借助清灰气流造成滤布的变形,靠惯性力实现粉尘层与滤布的分离,都属于以“惯性力”来实现灰布分离的清灰方式。而分室定位反吹袋式除尘器从“破坏粘附力”的新角度来重新考虑如何实现清灰,应用的是独创的“相对静态清灰”方式,即:在每个袋室都安装有一个过滤阀和一个清灰阀。当滤袋正常工作时,过滤阀处于开位,清灰阀处于闭位,此时,灰受4力平衡,不会脱落。当差压达到清灰值时,清灰程序自动启动,过滤阀关闭,清灰阀打开,此时,气流压力减小或消失,引风机出口微正压的风经清灰阀和滤袋把灰推出滤袋表面,灰在重力作用下落入灰斗。

1.3 静态清灰特点

静态清灰有以下3个特点。

(1)清灰时滤袋基本不动

分室定位反吹袋式除尘器的滤袋内部装有高密度支撑点的袋笼,把滤袋横向撑平,纵向拉直。当滤袋受到引风机负压吸引作用时,滤袋表面不产生明显的凹陷,仍然保持平直状态。这样就会带来一个明显的好处,就是粉尘在风速较低的状态下,滤袋表面粉尘达到足够厚的时候,即重力大于粘附力时,大量的粉尘会自然滑落。经测试,分室定位反吹袋式除尘器约有50%的粉尘通过自然滑落实现清灰,明显高于外滤式脉冲和其他袋式除尘技术的粉尘自然滑落比例。

清灰过程中,滤袋受到3000Pa(约是常规脉冲除尘器清灰压力的1%)清灰气流的反吹作用后,仍基本处于拉平状态,气流透过滤布进入粉尘层,很容易使粉尘与滤布脱离后滑落。

(2)靠微压气流在粉尘层与滤布间形成气化层

由于相对静态清灰不需要制造滤布的运动,清灰所需要的清灰气源压力较低,通常采用锅炉引风机出口的净化烟气(清灰压差3000Pa左右)作为清灰气源。反吹气源透过滤袋后会在粉尘层与滤布之间形成气化层,气化层大大降低了粉尘层与滤布之间的粘附力,粉尘层在自身重力的作用下,以大量的饼、块形式向下滑落。

(3)气流清灰避免了灰的二次吸附

传统的“惯性力”清灰方式,由清灰机理决定,粉尘脱离滤袋的同时都具有较大的水平方向的速度,再加上清灰气流的作用时间较短暂(通常为脉冲气流,维持0.1~0.2s,利于惯性分离),散状粉尘在沉降中,又被相邻过滤的滤袋吸附,易造成二次吸附,影响清灰效果。静态清灰的反吹气流压力较低,针对每个滤袋可维持较长的清灰时间,通常在14s左右。由于静态清灰气流压力较小,滤袋处于静态,粉尘层未受到很大的冲击力,是以片状的粉尘集合体下落,不会形成大量飞扬的小颗粒,二次飞扬现象较弱。少量的二次飞扬粉尘受到清灰气流向下足够长时间的吹送作用,也会顺利地下落到灰斗中,不会造成粉尘的二次吸附。长气流清灰,每次清灰效果彻底,加上粉尘层的自然滑落,因此一般而言,分室定位反吹袋式除尘器的同一条滤袋清灰间隔时间可以达到3h左右。

2 项目方案

2.1 项目概况

山西漳山发电有限责任公司(以下简称漳山公司)于2005年起筹建二期2×600MW机组。燃用煤为长治地方煤,设计煤种飞灰中SiO2含量为55.92%,Al2O3含量29.71%,两者之和大于85%。当飞灰中SiO2加Al2O3的质量分数超过85%时,除尘效率显著降低,这是因为SiO2在高温下挥发再冷凝会形成极细的微粉,Al2O3也常以极微细的高岺土粉体存在,不仅难以收集,而且会在极板面上附成一层膜,难以振打清灰,导致电除尘器工作环境恶化。这2种成分都是极好的绝缘材料,比电阻也很高,导致粉尘粘附力相当大,其粒径微小对荷电和收集都很难,还会形成所谓的电气扬尘,造成电晕电流的急剧增加。该飞灰成分在120℃时,比电阻为5.95×1012Ψ·cm,最适合电除尘处理的粉尘比电阻为1×106~1×1011Ψ·cm,比电阻低于1×104Ψ·cm或高达5×1012Ψ·cm都将造成电除尘器效率明显下降。上述两项主要指标都不利于静电除尘器的正常工作,若选用静电除尘器,则烟尘排放质量浓度将严重超标(远远大于50mg/m3)。漳山公司经多方调研考察、比选、论证,确定在二期工程2×600MW机组中选用分室定位反吹袋式除尘器,是当前国内电力行业最大机组的袋式除尘器项目。

2.2 基本设计原则

(1)充分发挥分室定位反吹袋式除尘器的特点,除尘器可靠性高、维护量少,尘排放质量浓度稳定小于15mg/m3,滤袋寿命保证4年内运行时间3×104h。

(2)采用8台单机除尘器组合结构,保证实现在线切换检修,进一步提高运行可靠性。

(3)本次除尘器设置喷水降温装置,不再设置旁路烟道。

(4)滤料采用纯PPS针刺毡热覆PTFE膜,降低除尘器的本体阻力,以实现节能降耗。

2.3 主要设计参数

主要设计参数如下:处理风量为3899747m3/h;入口粉尘质量浓度为12.7g/m3;烟气温度为137.2℃;过滤面积为72200m2;过滤风速为0.9m/min;除尘器组合台数共8单台;除尘器本体占地面积为11.4m×70.7m,占用静电除尘器2个电场的基础面积;滤袋数共7552条;出口粉尘排放质量浓度小于15mg/m3;除尘器平均运行阻力是设计运行条件下(事故状态下因锅炉投油糊袋、锅炉爆管引起滤袋板结除外),机组通过168h试运后一年内不大900Pa,4年内不大于1100Pa;除尘器漏风率小于2%;清灰控制方式为定阻力自动清灰。

分室定位反吹袋式除尘器


3 分室定位反吹袋式除尘器运行情况

2008年4月21日,3#除尘器168h运行结束,累计运行100d。在满负荷时,耗煤量225t/h,各通道差压为900Pa。除尘器出口排放18mg/Nm3,经过脱硫后,排放浓度达5mg/Nm3。

2008年5月31日,4#除尘器168h运行结束,累计运行120d。在满负荷时,耗煤量220t/h,各通道差压为850Pa。除尘器出口排放18mg/Nm3,经过脱硫后,排放浓度达5mg/Nm3。

除尘器在168h运行期间,曾发生省煤器爆管现象,经过对除尘器的及时操作,除尘器未发现异常。除尘器投运后,由于清灰阀数量多,传动部件多,造成清灰环链机构故障频繁,除尘器差压在1400Pa运行。经过电厂技术人员对设备进行改造后,事故率大大降低。

漳山公司二期项目由原有的静电除尘器改为袋式除尘器,工程造价基本维持原数,除尘器出口尘排放质量浓度将由原来的严重超标(远远大于100mg/m3)降低到小于15mg/m3,一台机组年尘减排量超过2320t,大大降低了新建电厂对当地大气环境的影响。

分室定位反吹袋式除尘器结构紧凑,占地面积小,除尘器本体的占地面积仅是原有五电场静电除尘器的2/5(使用已打好的静电除尘器基础),为新建电厂节省了约1200m2.

4 结 论

(1)为减少大气污染,达到国家减排指标和日趋严格的要求,发展袋式除尘器是大势所趋;

(2)除尘器选型前要测定烟尘的物化特性,比电阻超过1×1013Ψ·cm,Al2O3和SiO2超过85%时,电除尘将难以收集,应考虑采用袋式除尘;

(3)烟气参数的选定(如烟气量、温度等)要统筹考虑滤袋、袋笼的选择;

(4)气流分布的计算机模拟和物理模拟试验直接影响布袋的使用寿命、除尘器的效率及设备磨损等情况,应予以重点关注;

(5)清灰方式对袋式除尘器使用寿命非常重要,清灰不足阻力增大,频度过高缩短滤袋使用寿命,应予以重点考虑。