長袋低壓脈沖袋除塵器在燃煤電廠中的應用
德國Lurgi公司低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋除塵器技術(shù)首次在我國應用，對我國除塵技術(shù)的發(fā)展和應用有借鑒作用。
由于電除塵器的收塵效率受粉塵性質(zhì)的影響較大，而我國的燃煤成份又千變?nèi)f化，粉塵性質(zhì)也各不相同，因此，電廠燃煤鍋爐使用電除塵器要達到長期、高效、穩(wěn)定的除塵要求對有些工廠難以實現(xiàn)。為解決這一難題，國內(nèi)曾做過使用袋除塵器的嘗試，但均因各種原因而未能成功。因而限制了袋除塵器在燃煤電廠的應用和發(fā)展。隨著國家對粉塵排放指標的提高和袋除塵技術(shù)的發(fā)展，袋除塵器適應性強、除塵效率高、運行可靠的優(yōu)點逐漸顯現(xiàn)出來，這給電廠燃煤鍋爐應用袋除塵器建立了技術(shù)基礎(chǔ)。
一、燃煤電廠用袋除塵器系統(tǒng)簡介
設(shè)備用于200MW發(fā)電機組燃煤鍋爐的排煙除塵，工藝參數(shù)如下：
處理風量 1738000m3/h
正常煙氣工作溫度 140～170℃
人口濃度 25～30 g/m3
要求排放濃度 ≤50 mg/N m3
漏風率≤1.5%
運行阻力 ≤2100 Pa
殼體設(shè)計壓力 +5000，-6000Pa
從鍋爐空氣預熱器排出的煙氣通過風管先進入擴散器，擴散器內(nèi)安裝有氣流均布裝置，使煙氣流速降低并均勻進入袋室。煙氣從外到內(nèi)通過濾袋過濾后從袋口進入袋室上箱（凈氣室），再經(jīng)排風機排出。隨著過濾的進行，濾袋內(nèi)外的壓差逐漸增加，當壓差達到設(shè)定值時，清灰系統(tǒng)工作，直至壓差低于設(shè)定值。清下的粉塵通過灰斗排出，達到除塵目的（見圖1）。
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圖1 袋除塵器結(jié)構(gòu)示意圖 |
二、技術(shù)特點
德國Lurgi公司的低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋除塵器與同類袋除塵器相比，其技術(shù)上有不少特點：
1、采用扁圓型濾袋并按同心圓方式布置成濾袋束（見圖2）。
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圖2 扁圓形濾袋及濾袋束 |
每個濾袋束最多可布置1156個濾袋，濾袋長度為8米，每個濾袋束的最大過濾面積為3700平方米，采用彈性卷和密封墊與花板固定。濾袋內(nèi)部有扁圓型籠，為便于安裝，袋籠分成三節(jié)，良好的設(shè)計和加工質(zhì)量使對接和拆卸非常方便。根據(jù)現(xiàn)場情況每臺設(shè)備可設(shè)計成單室、雙室和多室，每室可有一個和多個濾袋束組成，屬典型的模塊化設(shè)計。采用扁圓型的好處是在同樣過濾面積下使濾袋布置更緊湊，占用空間更小。在本設(shè)備中采用扁圓型濾袋主要是為回轉(zhuǎn)清灰考慮，并是噴吹口能有更大的幾率對準袋口上方。其缺點是在一個方的殼體中，四個角的空間不能得到充分利用。
2、采用擴散器加側(cè)向進氣方式
目前袋除塵器主要為上進氣式或下進氣式，側(cè)向進氣方式比較少。本設(shè)備采用了擴散器加側(cè)向進氣方式，其特點是：
（1）使進入袋室的氣流更均勻，本體機械運行阻力低；
（2）避免了下進氣方式清灰時粉塵下落與氣流方向相反的不足，增加了清灰效果；
（3）側(cè)向進氣方式同樣可以一次通過多個濾袋束，對處理大煙氣量的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)緊湊，能有效減少占地面積和降低一次性投資；
（4）側(cè)向進氣方式使進入袋室的流速較低（本設(shè)備低于1.4m/s）,既加快了粗顆粒的預分離，又保證了在煙氣進入濾袋束之前的整體流量均勻分配在濾袋束中心和周圍，使每個濾袋的過濾負荷均勻；
（5）較低的流速減少了粉塵對濾袋的沖刷磨損，延長了濾袋的使用壽命。
3、采用在線式回轉(zhuǎn)低壓脈沖清灰（見圖3）
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圖3 低壓脈沖清灰示意圖 |
脈沖式袋除塵器的清灰分為在線式和離線式兩種，實際應用中各有利弊。在線式清灰結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，機械阻力小，系統(tǒng)阻力變化小，但由于清灰過濾同時進行，影響清灰效果，也不利于不停機檢修。而離線式清灰的優(yōu)缺點正好與此相反。本設(shè)備之所以采用在線式清灰，主要考慮到鍋爐煙塵濃度低和易清灰的特點，達到了揚長避短的目的。同時本設(shè)備在設(shè)計中采用了四個室并聯(lián)運行的結(jié)構(gòu)，每室的進出氣口均設(shè)置一個百葉窗式擋板門，仍然可以實現(xiàn)不停機檢修。
脈沖式袋除塵器的清灰可分為噴吹清灰和箱式清灰兩種。噴吹清灰需要在每排濾袋上布置一根噴吹管和一個脈沖閥，其清灰強度大且效果好，但所需脈沖閥數(shù)量多且更換濾袋不方便，而箱式清灰正好與此相反。本設(shè)備采用的回轉(zhuǎn)式脈沖清灰從原理上屬噴吹清灰，卻結(jié)合了兩者的優(yōu)點。一個濾袋束僅需要一個脈沖閥，利用回轉(zhuǎn)噴吹管進行噴吹清灰，因而脈沖閥數(shù)量少而清灰強度大。在停機維修期間，回轉(zhuǎn)噴吹管可用手自由地轉(zhuǎn)動，更換濾袋很方便。同時，本設(shè)備的袋口不設(shè)文氏管，既不使袋口風速過高又保證清灰效果，這是采用長濾袋所必須解決的問題。
脈沖式袋除塵器清灰所需的壓縮空氣分高壓清灰和低壓清灰兩種，高壓清灰所需的壓縮空氣壓力應在0.5Mpa以上，而低壓清灰一般在0.2～0.4Mpa（國內(nèi)也有將0.3Mpa作為高、低壓清灰的分界線），但本設(shè)備僅需0.08Mpa，可謂超低壓清灰。由于很多用戶很難保證0.5Mpa以上的壓縮氣源，因而低壓脈沖更受歡迎。本設(shè)備利用了羅茨風機低壓大流量的特點，因而能得到與高壓脈沖同樣的清灰效果。
4、采用寬大的袋室上箱
袋室上箱指濾袋口上部的結(jié)構(gòu)總稱，一般只有采用上進氣方式時這一結(jié)構(gòu)才設(shè)計得較大。本設(shè)備的袋室上箱與整個袋室一樣大，且高度在3m左右。這一結(jié)構(gòu)雖然增加了重量但有以下好處：（1）檢查和更換濾袋時均可以在袋室上箱內(nèi)部完成，整個袋室上箱僅需一個檢修門便可，這對減少除塵器總漏風率有很大的好處；（2）由于袋室上箱體積較大使得凈氣側(cè)的風速同樣較低，有利于濾袋束的氣流分布和降低機械運行阻力。
此外，在袋室上箱上還設(shè)計有一個配有照明的密封的觀察窗，設(shè)備在運行時，不必進入除塵器內(nèi)部便可觀察到整個袋室上箱內(nèi)部的情況，包括濾袋是否破損、清灰裝置是否正常工作等，使日常維護保養(yǎng)方便及時。
5、采用獨特的清灰控制模式
采用PLC控制不一定先進，因為這僅僅指硬件設(shè)備，重要的是程序設(shè)計是否符合現(xiàn)場條件，是否滿足清灰要求，是否最節(jié)省能源。本設(shè)備的清灰控制有以下特點：
（1）采用壓差清灰，即根據(jù)濾袋內(nèi)外的壓差情況決定是否清灰和停止清灰，這種清灰方式尤其適用于含塵濃度低，粉塵粘性低的場合。
（2）采用慢、中、快三種清灰模式，由PLC自動調(diào)節(jié)。當粉塵負荷大時自動啟動快模式，粉塵負荷低時自動啟動慢模式；當濾袋運行初期阻力較低時自動啟動慢模式；當濾袋運行后期阻力升高則啟動快模式。
上述清灰控制模式能使濾袋的有效壽命延長，保證在濾袋整個壽命周期中維持最低的除塵器阻力、最低的能量消耗和系統(tǒng)阻力的波動最小。并有根據(jù)實際情況調(diào)試好的預編程序自動運行。
6、完善的防護系統(tǒng)
首先在進氣風管中設(shè)計有噴水裝置及溫度測試裝置，當發(fā)生煙氣溫度超過規(guī)定值時先進行報警，如溫度繼續(xù)升高則自動啟動不同數(shù)量的噴水裝置進行降溫，噴水裝置可使煙氣溫度降低40度左右，以保護濾袋 不受損傷，當噴水裝置不使用時，噴嘴依靠吸進新鮮空氣進行自動化以保持噴嘴清潔。
除塵器前后設(shè)有50%煙氣量的旁路煙道，當煙氣溫度上升較快較高或有大量水蒸汽滲入時，可開啟旁路煙道對煙氣進行分流來保護濾袋。旁路煙道在除塵器發(fā)生故障時還作為煙氣的臨時通路。
由于本設(shè)備使用的是萊登（Ryton）濾料，這種濾料抗氧化能力較差，所以在整個系統(tǒng)中設(shè)置有氧分析儀，以保證進入除塵器的煙氣中氧的含量在10%以內(nèi)。
在發(fā)電機組啟動和低負荷穩(wěn)燃時需要燃油，而油煙易使濾袋造成堵塞，為此本設(shè)備在進氣口設(shè)置有預噴涂粉塵的吸口，在袋除塵器使用前對新濾袋或長期停用的濾袋進行預噴涂，以有效的防止濾袋堵塞。
三、實際運行情況
本除塵器為四室八單元，每單元布置一個濾袋束，每個濾袋束為1000個濾袋和一套回轉(zhuǎn)清灰裝置，總過濾面積25600平方米，過濾速度為 1.13m/min，第一臺設(shè)備于2001年底投運，目前以運行半年。雖尚未進行正式測試，但從環(huán)保部門設(shè)置的在線粉塵濃度測試儀的讀數(shù)可知不會超標，從煙囪口看不到一點粉塵。運行阻力一直在80Pa左右，遠低于設(shè)計要求值，說明清灰效果非常好。之所以運行阻力低，Lurgi公司的解釋是新設(shè)備的運行阻力通常較低，但他們的保證是在濾袋壽命期間均不大于設(shè)計值。在調(diào)試中Lurgi公司還測試濾袋口的風速，從測試情況看，雖為側(cè)向進氣，但袋口風速最多偏差為一倍，且與氣流方向無關(guān)，說明濾袋的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理的。通過半年的運行曾因鍋爐問題進行過兩次停機檢查，未發(fā)現(xiàn)任何問題，說明設(shè)計、制造和安裝質(zhì)量是好的，該技術(shù)設(shè)備是成熟可靠的。證明了袋除塵器可以用于電廠燃煤鍋爐排煙除塵。
四、與電除塵器相比較
1、 投資分析
按國際常規(guī)對除塵器的投資將按一次性投資、運行費用和維修費用三項進行比較（見表1）
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但從國內(nèi)目前的市場看，事實并非如此，尤其是對處理煙氣量大于200000m3/h的除塵設(shè)備，袋除塵器的一次投資要高于電除塵器，主要原因為：（1）由于行業(yè)的競爭，電除塵器的價格已降到論重量賣鋼材的地步，高的技術(shù)含量不能在價格上得到體現(xiàn)；（2）由于我國的環(huán)保要求相對較低，而電除塵器的一次性投資又與除塵效率有關(guān)。
本項目中，由于用戶要求的排放濃度不能高于50mg/Nm3,加上當?shù)氐拿嘿|(zhì)很不適合電除塵器，雖然本設(shè)備采用了Lurgi技術(shù)，且大部分關(guān)鍵部件（如濾袋、袋籠、脈沖閥等）由國外進口，但如采用電除塵器，即使按國內(nèi)目前的電除塵器市場行情價格，通過用戶的多次詢價比較，情況還是有很大的變化（見表2）。
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事實說明，本項目正是客觀地分析了工藝情況和兩種除塵器的特點，才選擇了一次性投資低、運行費用低而除塵效率高的方案。
2、與同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比較（見表3）
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從表中可以看出，Lurgi產(chǎn)品與富樂和國內(nèi)同類產(chǎn)品相比，有以下特點：
（1）每個脈沖閥最大負擔的過濾面積，比富樂公司的氣箱脈沖還大24倍；
（2）灌速度最大，說明濾袋的長徑比很大，達63。嵌速度在正常的范圍內(nèi)，說明濾袋的布置是合理的；
（3）濾袋壽命保證時間長，達30000小時（3.4年），而國際上一般保證壽命為2年，節(jié)省了用戶的維修費用；
（4）漏風率低，僅1.5%，屬國際先進指標，而漏風率的降低可有效減少主風機能源損耗，但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計、制作和安裝等原因，國內(nèi)產(chǎn)品很難達到。
（5）鋼耗低，雖然鋼耗比與除塵器的規(guī)格有關(guān)，但根據(jù)Lurgi公司在產(chǎn)品設(shè)計中一貫求實穩(wěn)重的風格來說，這樣的鋼耗無疑是很先進的。
五、對電廠燃煤鍋爐選用袋除塵器的建議
袋除塵器按結(jié)構(gòu)、清灰方式等分成很多品種，每一品種因各自的特點而適合一定的工藝條件。因此，提出以下選用建議：
（1）應優(yōu)先脈沖式，因過濾速度較高，非常適合煙氣量大的工藝條件，同時選用三維濾料，不但可提高除塵效率、降低濾料運行阻力，且使用壽命也比二維濾料長。
（2）電廠燃煤鍋爐煙塵的含塵濃度低且粉塵粘性低，選用的脈沖式袋除塵器可以設(shè)計長徑比較大的濾袋，濾袋的布置也可相對較密，以減少設(shè)備重量和占地面積。
（3）選型中過濾速度不易過高，一般不應大于1.2m/min。過高的過濾速度可能會使一次性投資降低，但使運行阻力加大，設(shè)備故障增多，濾料壽命縮短。
（4）對關(guān)鍵部件，如濾袋、脈沖閥等，應選擇質(zhì)量上等的，尤其是濾袋，不但要求濾料適合工況需要、質(zhì)量好，同時也要注意濾袋的加工質(zhì)量，這些是影響除塵器性能和運轉(zhuǎn)率的重要要素，必須引起足夠的重視。
（5）袋除塵器受煙氣性質(zhì)影響較大，在工藝設(shè)計中應考慮周到的保護措施，在工藝布置上應使進氣煙道盡可能長，以防萬一鍋爐出現(xiàn)問題時保護裝置能更好地起作用。
（6）必須注意產(chǎn)品的設(shè)計、制作和安裝質(zhì)量。
（7）必須嚴格按照規(guī)程操作設(shè)備，袋除塵器受煙氣性質(zhì)的影響較大，相對電除塵器來說比較“嬌氣”。應加強日常的維護，尤其是投運初期，及時發(fā)現(xiàn)問題及時處理。
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