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燃煤锅炉袋式除尘器基本知识

摘要:燃煤电厂锅炉烟气除尘设备不仅是环保设备,也是电厂的主要生产设备之一(电厂的四大主机:发电机、汽轮机、锅炉、除尘器)。 
 

 

节 概述

1燃煤锅炉袋式除尘器系统的特点

燃煤电厂锅炉烟气除尘设备不仅是环保设备,也是电厂的主要生产设备之一(电厂的四大主机:发电机、汽轮机、锅炉、除尘器)。因此在设计袋式除尘器系统和滤料选择时,必须确保袋式除尘器的长期(锅炉及附属设备一般三年一个大修期)可靠运行,要充分考虑锅炉及其辅机的运行工况、燃料和灰尘特性,及运行可能出现的问题。

在燃料不变的情况下,含尘烟气的特性主要取决于锅炉的燃烧工况,同时也取决于除尘系统的设计。而锅炉负荷的变化,粉磨机、省煤器、空气预热器的选型及运行工况,一次风机、二次风机用引风机的开度都直接影响烟气的含尘浓度,颗粒大小直接影响烟气量,烟气的粒度、含氧量及氮氧化物的含量,系统的漏风和保温也是不可忽视的因素。可以说锅炉的运行工况直接影响袋式除尘器系统,而袋式除尘系统的可靠性又直接关系到锅炉的安全。如果除尘系统因破袋失效,会造成锅炉引风机叶轮磨损加快;滤袋粘灰严重,会增加阻力,减少了引风机的抽风量,造成锅炉正压运行,这都是很危险的。所以,在设计燃煤锅炉袋式除尘系统时,一定要把除尘作为锅炉系统的一个重要环节,在系统设计时,自动监测、自动控制、故障判断和紧急措施都要有全面考虑。在制定操作规程和岗位责任制及维护管理方面也要具体落实。一个成功的燃煤锅炉烟气除尘系统项目必须有周全而合理的设计,选用可靠的仪器、仪表和设备,精心制造和维护,严格的操作管理。

在我国电厂燃煤锅炉上使用布袋除尘系统还必须考虑我国电厂烟气的特点:

(1)国外电厂对燃煤品种的控制十分严格,而我国电厂燃煤品种波动大,不同煤种不仅燃烧值不同,而且灰份、杂质成分、含硫量均不相同。这样就造成烟气温度、烟尘含量、烟气成分等都发生波动,给袋式除尘器运行管理带来极大困难。

(2)电厂烟气温度在120-170℃范围内波动。大多数电厂为了提高锅炉热效率,烟气温度正常在130-150℃左右,运行中特殊情况下可略低于130℃或高于150℃。这个温度对于中等以上含硫量的煤种,正处于酸露点上,极易因酸结露腐蚀损坏滤袋。

(3)在锅炉点火阶段,要喷油助燃,常常因燃油雾化不好,燃烧不完全,使大量油雾附着于滤袋上使滤袋阻力居高不下。

(4)因锅炉设备故障可能产生烟气异常。例如发生炸管事故,产生大量水汽使布袋结露或空气预热器故障使烟气温度超限等。

为此,在我国电厂燃煤锅炉上使用袋除尘器必须采用以下措施:

(1)严格控制烟气温度波动,在温度增高时,采用喷雾降温或掺冷风等措施使温度迅速降到滤袋长期允许工作温度点上。并使袋式除尘器工作在酸露点之上5-10℃。同时,要选用耐酸腐蚀滤料。

(2)为防止油雾附着滤料表面上将粉尘粘附无法清灰,必须对袋式除尘器喷入灰尘的预涂尘层,在锅炉点火前,进行滤袋的预涂灰工作,

(3)设置烟气旁路管道,当锅炉发生炸管时或异常超温时可开启旁路阀门,将烟气短路以保护除尘器。选用旁路阀门必须密封性好,且开闭方便灵活。

(4)如与油混烧,应尽量减少煤与油混烧的时间或减少混烧时的燃油量。煤与油混烧时应向管道喷入灰尘,并尽可能不清灰或清灰次数。

(5)根据燃煤电厂总图布置和生产工艺要求,袋式除尘器外形常区别于钢铁、水泥等行业的情况,其要求不要过长,而是长宽得当,适当宽一些。、

(6)加强对除尘器的管理,从设计、制造、安装到运行整个过程每一个环节都要严格防止滤袋破损。若发现有滤袋产生泄漏,必须立即更换,要严格执行定期检查制度。

(7)在袋式除尘器中有旋转式低压脉冲袋式除尘器、管式低压365bet体育在线官网和反吹风袋式除尘器以及这些除尘器改形或改进。其中管式365bet体育在线官网运行良好。维护容易。

(8)电厂锅炉除尘器的输灰系统多采用气力输送装置,很少用机械输灰系统。

2袋式除尘器在国内燃煤锅炉上应用状况

虽然近些年袋式除尘器在燃煤锅炉上发展如此迅速,但也经历过一段过程,特别在我国,80年代和90年代分别二次在电站锅炉上使用袋式除尘器,但都因滤袋寿命短、堵灰、烧袋、故障率高,甚至影响机组安全运行而告失败(这里有设计、制造、滤料、运行和维护等各个方面的因素),使得袋式除尘器在燃煤锅炉上的使用受到一定的限制。1996年GEF(全球环境基金会)资助的“中国高效工业锅炉”项目开始实施,选定美国EEC(环境技术公司)、日本A.BITION(朝宝株式会社)作为引进技术源,经过消化吸收于2001年在呼和浩特城市发展集团的4台燃煤锅炉设计制造了袋式除尘器,并取得了成功。近年来,袋式除尘技术发展迅速,尤其是大型低压脉冲长袋除尘器的出现,新的滤料与新的脉冲阀的问世,使得袋式除尘器工况的稳定性和可靠性有了充分的保证,掀起了第三次在燃煤锅炉上采用袋式除尘器进行烟气净化的浪潮。

袋式除尘器效率不仅高于其他除尘器,而且受粉尘特性和烟气成分的影响也很小,还有助于脱硫,国外有资料介绍袋式除尘器能脱硫10-15%。

目前国内在燃煤锅炉烟气净化中采用的布袋除尘技术大致有以下五种:

2.1低压脉冲回转袋式除尘器

以德国鲁奇公司为代表,由于内蒙古丰泰发电有限公司的2台200MW机组袋式除尘器的成功运行,目前国内采用该技术并投入运行的有郑州热电厂、北京高景电厂等。该技术在应用过程中回转机构的稳定性制约着其在燃煤锅炉上的应用,另外在回转过程中的清灰无法做到“点到点”清灰,压缩气体浪费较大,且脉冲阀寿命难以与电厂大修同步。

2.2脉冲喷吹袋式除尘器(也称管式低压365bet体育在线官网)

该技术是20世纪80年代初从瑞典菲达公司引进的,近二十多年来,已经成为国内生产脉冲袋式除尘器所有厂家的主导产品,是目前世界上应用成功的布袋除尘技术,已成功运行在钢铁、水泥、化工、机械等行业。目前国内采用该技术并投入运行的有焦作电厂2号、3号炉,北京第二电厂、广州恒运电厂等。设计参数得当,均取得良好效果。

2.3定位反吹袋式除尘器

该技术是哈尔滨工业大学环保公司在1984年机械部引进美国久益(JOY)公司分室反吹袋式除尘器的基础上,结合国内的机械回转扁袋除尘器及箱式脉冲袋式除尘器特点的“专利技术”。目前有所应用,因自身原因应用不广。

3.4“直通式”直进直出袋式除尘器

该技术是国电环境研究院等承担国电集团300MW机组“燃煤电厂布袋除尘技术及设备研究”课题而设计出来的,本质是脉冲行喷袋式除尘器的一种形式。在试验取得成果的基础上,将该技术成功用于国电天津热电厂和马钢热电厂的电除尘改造工程中。

3.5电袋复合除尘器

国外早就有这样的电袋复合的除尘方式。近年在几个电厂的除尘器改造中得到应用,保留除尘器的一电场,并在二、三电场中拆除所有极线、极板改为袋式除尘器,这种除尘器称为“电袋复合除尘器”。笔者认为该技术可用于电除尘器改造工程中,不太适合新建工程项目中。

第二节 袋式除尘器的基础知识

在现代社会中,几乎每个家庭都离不开“袋式除尘器”。比如大家都熟悉的家用吸尘器,汽车和电脑用的微型清扫器等。同样“袋式除尘器”在冶金、建材、化工、食品加工等行业中也已经得到了广泛的使用。

1常用术语涵义

1.1过滤面积

指起滤尘作用的滤料有效面积,以m2计。过滤面积的计算通常采用下列公式:

S=Q/V

式中: S——过滤面积,m2

V——过滤风速,m/min;

Q——处理风量,m3/h。

1.2过滤速度

指含尘气体通过滤料有效面积的表观速度,以m/min计。袋式除尘器过滤风速的大小与袋式除尘器的使用寿命及投资都有很大的关系,过滤风速过高,其清灰频率高,设备阻力大,不仅会造成滤袋及脉冲阀使用寿命缩短,而且能耗大。过滤风速过低,又会使设备体积庞大,投资增高,为此应按不同的工况条件选择佳的过滤速度,过滤风速选型原则为:

(1)入口浓度高时,过滤风速应适当选低值,而入口浓度低时,过滤风速应适当选高值。

(2)需要净化的粉尘粒径细,且有磨蚀性时,过滤风速应适当选低值,而粉尘粒径粗时,过滤速度可适当选高值。

(3)当净化黏性粉尘时,过滤速度应适当选低值,当粉尘是非黏性时,过滤风速可适当选高值。

(4)除尘器的袋间气流速度高时,过滤风速可适当降低。

(5)除尘器设计在线清灰时,过滤速度应适当选低值,而设计离线清灰方式时,要适当选择一室离线时的过滤速度。

(6)除尘器的运行方式是连续运行时,过滤风速应较非连续运行时低。

(7)除尘器滤料的透气性差时,过滤风速应适当放低。

1.3处理风量

指进入袋式除尘器的含尘气体工况风量,以m3/h或m3/min计。

1.4设备阻力

指气流通过除尘器的流动阻力,即入口与出口处气流的平均全压之差,以Pa或KPa计。袋式除尘器的设备阻力(或称压力损失、压力降)一般可通过清灰机构自动保持在设计时所预定的数值。实际过行的袋式除尘器的阻力大多在500-2000Pa的范围内。

袋式除尘器佳阻力应当是兼顾除尘器设备费、运行费、滤袋使用寿命和除尘效率等因素的结果。但是,要推算袋式除尘器的佳阻力是很难的。因为除尘器阻力与除尘器的结构、过滤种类、滤料粉尘层、粉尘特征、清灰方式、过滤风速、气体温度及湿度等因素有关。所以,通常多根据类似的除尘器和类似织物处理类似的气体与粉尘所取得的实际经验来确定袋式除尘器的佳运行阻力。

对于脉冲喷吹袋式除尘器的阻力一般按下列经验公式计。

△P=1390vf(1±40%)

式中:△P—粉煤锅炉应用的脉冲喷吹袋式除尘器总阻力,Pa;

vs —过滤速度,m/min。

因为阻力是变化的,所以袋式除尘器系统好选用压力—流量特性曲线陡峭的风机,以减少气体流量的变化。

在设备总阻力的设计选择时一般来说低比高好。但是用扩大过滤面积来降低阻力,这种想法是不全面的,这是因为设备总阻力太低,势必会造成设备的过滤面积增大,清灰频率增加,从而会缩短滤袋寿命,而且除尘器的排放浓度也会相应提高;设备总阻力高时,虽然除尘器排放浓度降低,清灰频率减少,脉冲阀等易损件寿命会延长,但能耗也会提高。所以,设备阻力的设计,对于中小型365bet体育在线官网,在正常工况下其设备阻力设计时,一般要求低于1200Pa为宜;而对大、中型长袋365bet体育在线官网其设备阻力设计时,一般要求低于1500Pa为宜。

1.5漏风率

在现场测定中,指漏入或漏出除尘器本体的风量或入口风量的比率,以%计。漏风率计算公式:

α=(V/-V)/V×100

式中:α——漏风率,%;

V/——除尘器出口的气体流量,m3/h干气体;

V——除尘器进口的气体流量,m3/h干气体。

1.6入口粉尘浓度

指入口含尘气体的单位标态体积中所含固体颗粒的质量,以g/m3干气体计。

1.7出口粉尘浓度

指出口含尘气体的单位标态体积中所含固体颗粒的质量,以g/m3干气体计。

1.8除尘效率

指袋式除尘器捕集的粉尘量与入口总粉尘量的比率,以%计。袋式除尘器在新滤袋开始使用时,是依靠织物孔隙中伸出的纤维与尘粒之间的惯性碰撞、直接截留、静电吸引、布朗扩散等作用捕集粉尘的。当织物上形成一层粉尘层后,则主要依靠粉尘层的筛分作用捕集粉尘。在现有的用于烟气净化的各种除尘器中,袋式除尘器的除尘效果好的。特别是它捕集粒径1um以下微细尘粒的能力,较之同为高效电除尘器和高压文丘除尘器高出一筹。

袋式除尘器的除尘效率与滤料种类以及滤料上附着粉尘的状况有关。一般来说,新滤袋的除尘效率低。当滤袋上附着的粉尘达到大约2-3g/m2时,除尘效率能达90%,达150g/m2时,就能超过99.9%(按常见的粉尘浓度2.5g/m3计,前者约需1min,后者约需1h)。滤袋清灰后,还残留一些粉尘,经历一段周期性的过滤清灰后,残留粉尘就趋于稳定。这时的除尘效率一般将保持大于99%,如果使用得当,甚至可超过99.9%。在正常状态下,它对粉尘中亚微米(粒径≤1um)部分的除尘效率通常大于90%。图2-1为某种滤料在不同状态下对各种粒度粉尘的除尘效率。

1.9滤袋数量的计算及规格选型

圆形滤袋计算公式:

n=S/3.14DL

式中: n——滤袋数量,条;

S——过滤面积,m2

D——滤袋直径,mm;

L——滤袋长度(单条),m。

滤袋直径及长度的设计选型除了要考虑其佳的清灰效果外,还要考虑到现场位置条件、用户检修更换时,其滤袋规格的通用性、互换性。滤袋直径规格有多种,如脉冲除尘器一类的滤袋规格有:Ф120mm、Ф130mm、Ф140mm、Ф150mm、Ф160mm等;反吹风除尘器一类的滤袋规格有:Ф160mm、Ф292mm、Ф300mm等。滤袋长度也各不相同,如脉冲类有:2m、2.45m、3m、4m、4.5m、5m、6m、7m等,反吹风类有:6m、8m、10m等。

设计滤袋规格时要综合考虑其清灰气源能力的高低(如高压、中压、低压)、清灰脉冲阀的规格尺寸(如20mm、25.4mm、50.8mm、63.5mm、76.2mm)、清灰方式(如离线、在线)、设备处理风量、设备的布置尺寸要求等。目前对于燃煤锅炉除尘器,其直径一般为:Ф120-Ф160mm,长度一般为4-6m。

1.10清灰气源要求及耗气量的计算

(1)清灰气源的质量要求。清灰用的气源质量对清灰效果有很大的作用,其气源质量应达到压缩空气质量等级要求中的2级质量标准。其中大固体颗粒物粒径不大于1um,高压力露点温度:-40℃,大含油小于0.1mg/m3

(2)压缩空气耗气量计算。

V=αnq/1000T

式中: V——耗气量,m3/min;

α——安全系数,可取1.2-1.5;

n——脉冲阀数量;

q——每个脉冲阀喷吹一次的耗气量,L/(阀.次);

T——清灰周期,min。

说明:脉冲阀一次耗气量是随脉冲阀规格不同,清灰气源压力不同而有变化的。对于国产20mm和25mm高压脉冲阀其耗气量,一般选取30-50L/(阀.次);对于国产76.2mm低压脉冲其耗气量一般选取150-250L/(阀.次)。采用进口脉冲阀其耗气量比国产阀约大1倍。

1.11上升速度

气流上升速度是另一个极其重要的参数,在除尘器内部滤袋底端含尘气体能够上升的实际速度,就是气流的上升速度,也称可用速度。这是除尘器设计过程中的隐性参数,它决定着整个除尘器的其它参数的确定。气流上升速度的大小对滤袋被过滤的含尘气体磨损以及因脉冲清灰而脱离滤袋的粉尘随气流重新返回滤袋表面有重要影响。当气流上升速度超过大值时,会导致滤袋磨损再吸附现象严重。

过滤风速和上升速度二者的数值在袋式除尘器内都应保持在一定的范围内。有时过滤风速在一定范围内,但由于设计不合理气流分布不均匀,会出现部分室气流上升速度过快,导致除尘系统无法正常运行。因此在袋式除尘器内部采取气流均布装置和适当的袋间距离是很重要的。大上升气流的取值与粉尘的粒径、浓度、袋室的大小、粉尘比重等因素有关,可以通过计算机数值模拟获得。

2袋式除尘器的原理

对于袋式除尘器的原理深入阐述,多种环保技术书籍、教材都有非常详细的论述,这里不在累赘。在张殿印等编著的“袋式除尘技术”一书中有专门章节介绍过滤和清灰理论。

绝大部分人都有戴口罩的经历,口罩就是一种过滤除尘设备。袋式除尘器的除尘机理很简单,它与口罩的除尘机理一样,是靠过滤材料对烟气中的飞灰颗粒的机械拦截来实现的。但除了过滤材料对烟气中的飞灰颗粒的机械拦截外,先收到的飞灰颗粒在滤料表面还形成了一层稳定的稠密的灰层(一般称滤饼或滤床),它又起到很好的过滤作用,特别是用编织布做滤袋的除尘器,这层滤床起到主要的过滤作用。

过滤元件可以由棉毛纤维、玻璃纤维和各种化学纤维经过编织(或针刺)成滤料,再缝制成垂直悬挂的滤袋,不同的场合选用不同的滤料。在滤袋上收集到的灰是靠周期性的机械抖动、过滤后的烟气反吹或压缩空气的脉冲反吹来使得布袋变形而把灰清除。

3影响技术性能的因素

与袋式除尘器性能相关的因素很多,如粉尘性质、滤料材质、运行参数、清灰方法等。当气体流量一定时,某些因素对性能的影响见表2-1

表2-1 影响袋式除尘器性能的因素

 

因 素

阻力减少

除尘率提高

滤袋寿命延长

设备费用降低

过滤速度

清灰作用力

清灰周期

气体温度

气体湿度

气体密度

(影响小)

(影响小)

(无影响)

(无影响)

粉尘粒度

入口粉尘浓度

① 表示影响大。

袋式除尘器的除尘效率正常情况下与滤料上的粉尘层、滤料的特征、粉尘的特征、过滤风速等有密切关联。

3.1滤料上的粉尘层的影响

滤料净化含尘气体开始时,滤料上无粉尘层,捕集粉尘的能力较低;当粉尘层形成后,过滤效率可达99%以上,对于小于1um细尘也有很好的捕集作用。

3.2粉尘特性的影响

在粉尘特性中,影响袋式除尘器过滤效率主要是粉尘粒径。对于0.1um尘粒,其分级过滤效率可达95%;对于大于1um尘粒,可稳定地获得99%以上的过滤效率。尘粒携带的荷电越多,其过滤效率越高,利用此特征,在袋式除尘器入口处或入口前使尘粒荷电,对1.6um以上尘粒的捕集效率可达99.99%。

3.3滤料特性的影响

在织造滤布中,短纤维织物的表面绒毛多,容易形成稳定的一次粉层尘,其过滤效率比长纤维织物高。从织物组织来看,平纹滤料过滤效率较低,缎纹和斜纹滤料较高。滤料表面经过拉毛起绒形成的绒布,过滤效率高于平布。当滤料单面起毛时,以不起毛的一侧迎向含尘气流,可以得到更好的过滤效率。

3.4过滤速度的影响

过滤速度越低则越容易形成孔径小而空隙率大的一次粉尘层,越能捕集微细尘粒,过滤速度过高时,加剧尘粒对滤料的穿透,过滤效率降低。穿透现象可通过选用适当的滤料而得到克服。某些滤料,过滤风速在一定范围内变化时,除尘效率几乎不受影响。

4袋式除尘器的分类

袋式除尘器的分类从除尘本质上讲是没有实际意义的,它只是便于人们对袋式除尘器的掌握和记忆,因此,按照不同的定义就有不同的分类。

4.1按气布比来划分(仅针对燃煤锅炉而言)

(1)高气布比的袋式除尘器,通常气布比:≥1.0m3/min。

(2)低气布比的袋式除尘器,通常气布比:≤0.8m3/min。

袋式除尘器的气布比的选定是根据袋式除尘器的使用场合、布袋的滤料、清灰方式、需除尘介质的含尘浓度或成分、场地的大小和袋式除尘器的布置等因素来考虑的。

4.2按袋式除尘器的清灰方式来划分

(1)反吹式袋式除尘器:它是利用过滤后的清洁烟气低速反向吹布袋,使得布袋变形来除灰。布袋是在袋的封口端垂直悬挂着,灰在袋内收集。该形式的除尘器在清灰时作用在布袋上的机械张力较小,适用于玻璃纤维滤袋的除尘器。

(2)机械振打式袋式除尘器:与烟气反吹袋式除尘器一样,灰也在袋内收集。它是依靠滤袋顶部的支承机构的机械抖动(振动)使灰从滤袋上清理下来。这种清理方式对滤袋的机械强度要求较高,所以对玻璃纤维滤袋不适用。

(3)脉冲喷吹袋式除尘器:与前两种型式的袋式除尘器不同,灰是在滤袋外被收集,滤袋靠袋内部的金属笼架支撑。它的清灰是靠清洁的压缩空气周期性地脉冲喷入滤袋内,使滤袋变形,把存积在滤袋外部的灰除去。压缩空气的压力、脉冲强度和持续时间随不同的制造厂而变,根据这些参数可以把脉冲喷吹式袋式除尘器又分为:

——高压脉冲式:压缩空气压力为:0.60-0.80MPa

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