電袋復合除塵器在燃煤鍋爐除塵改造的應用
摘要：對某燃煤熱電廠燃煤鍋爐煙氣干式電除塵器改造成電袋復合除塵器的工程內容進行探討，分析改造方案應注意的關鍵技術內容。改造后，燃煤鍋爐煙塵排放指標符合現行標準的要求。
1概述
近年來，國家對環境保護日趨重視，GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》第4．1節規定：自2014年7月1日起，既有火力發電燃煤鍋爐煙塵排放質量濃度限值為30mg／m3。因此，很多既有發電廠燃煤鍋爐降低煙塵排放質量濃度已經成為亟待解決的問題。
除塵器按工作機理通常分為：依靠重力作用除塵的重力除塵器，依靠慣性除塵的慣性除塵器，依靠離心作用除塵的旋風除塵器，依靠慣性、擴散力與篩分共同作用除塵的袋式除塵器，依靠靜電力除塵的電除塵器[1-2]，依靠慣性、擴散力與凝集力除塵的自激式、噴霧除塵器等。按被捕集煙塵的干濕情況，可分為干式除塵器、濕式除塵器：干式除塵器主要包括重力除塵器、慣性除塵器、旋風除塵器、袋式除塵器、干式電除塵器等；濕式除塵器主要包括自激式除塵器、噴霧除塵器、文氏管除塵器、濕式電除塵器等[3]。
很多大型電廠燃煤鍋爐選用干式電除塵器。干式電除塵器是利用靜電力(庫侖力)實現粒子與氣流分離的一種除塵裝置，與其他除塵器相比顯著特點是：除塵效率較高，可適用于高溫、高壓氣體，阻力小(300Pa以下)，處理煙氣量大，維護維修簡單等。但干式電除塵器的除塵效率對煤種變化(主要表現為實際煤種低位發熱量比設計煤種低，灰分、含硫量比設計煤種高等)、煙氣條件(主要表現為煙氣溫度、煙氣流速、飛灰特性等)變化的適應性差，捕集粒徑在10mm以下細微顆粒物能力較弱。本文對某燃煤熱電廠干式電除塵器改造成電袋復合除塵器工程進行探討。
2電袋復合除塵器機理
電袋復合除塵器由電除塵單元、布袋除塵單元以及兩個單元之間的過渡段等組成，必要時還需設置內旁路。電除塵單元布置在前部，利用靜電力對粒徑在10mm以上的粉塵進行捕集；布袋除塵單元布置在后部，利用濾袋的過濾作用捕集少量的殘余粉塵。并利用電除塵單元使粉塵荷電，使得粉塵形成“蓬松”堆積結構，提高濾袋的透氣性，清灰效果得到大幅改善，從而實現低阻高效過濾粉塵。電袋復合除塵器結合了干式電除塵器、布袋除塵器的優勢，除塵效率基本不受煤種、煙氣條件變化的影響，處理效果理想。
過渡段位于電除塵單元與布袋除塵單元之間，作用是：a．為電除塵單元、布袋除塵單元提供必需的檢修空間。b．避免電除塵器電場閃絡火花飛濺到濾袋上，損壞濾袋。c．避免電除塵器電場內最后一排極線對靠近的濾袋內的袋籠放電，造成濾布和袋籠的損壞。d．為內旁路提供布置空間[4]。e．當布袋除塵單元的濾袋采用豎袋布置時，將電除塵單元出口煙氣的水平流向比較平緩地變為自下至上的流向進入布袋除塵單元。
設置內旁路的目的在于：當煙氣條件超出濾袋適用條件時，將煙氣直接排出，不經過布袋除塵單元，避免損傷濾袋，縮短濾袋使用壽命。內旁路有3種布置形式(以煙氣的流程作為區分)：第1種形式，煙氣不經過電除塵單元、布袋除塵單元，直接進入煙道；第2種形式，煙氣進入電袋復合除塵器，經過電除塵單元除塵后，從電除塵單元頂部進入煙道；第3種形式，煙氣進入電袋復合除塵器，經過電除塵單元、過渡段后，從過濾段的頂部進入煙道。顯然，第3種布置形式最理想，即使煙氣不經過布袋除塵單元，直接由內旁路經煙道排出，也會保證一定的除塵效率。
3工程概況
中國石油烏魯木齊石化分公司(以下簡稱烏石化公司)熱電廠1、2號燃煤鍋爐配套的3電場干式電除塵器于1992年建成投運，3號燃煤鍋爐配套的4電場干式電除塵器于1997年建成投運。受煤種、煙氣條件變化的影響，3臺干式電除塵器除塵效率不斷下降，造成煙塵排放指標不達標。
2009年的運行數據顯示：1、2號燃煤鍋爐排煙溫度為140～190℃，煙塵排放質量濃度為124.0～324.5mg／m3，平均為286mg／m3；3號燃煤鍋爐排煙溫度為120～175℃，煙塵排放質量濃度為92.8～183.5mg／m3，平均為117mg／m3。由以上數據可知，l～3號燃煤鍋爐的煙塵排放指標均不符合GB13223—2011規定的限值。為滿足環保要求，烏石化公司對熱電廠1～3號燃煤鍋爐干式電除塵器進行改造，以降低煙塵排放質量濃度。
4改造內容
4.11、2號燃煤鍋爐
①除塵器改造
1、2號燃煤鍋爐干式電除塵器為3電場結構，在保留前兩個電場的前提下，若濾袋采取豎袋布置，由于前部電除塵單元煙氣流向接近水平，而豎袋布置的布袋除塵單元需要煙氣的流向為自下而上，則必須設置較長的過渡段，這易造成濾袋的布置空間不足。而橫袋布置需要的煙氣流向與電除塵單元出口煙氣流向基本一致，過渡段所需空間不大，只需將第3電場改造為過渡段和布袋除塵單元，改造較順暢。因此，在進行1、2號燃煤鍋爐干式電除塵改造時，選用橫袋布置的布袋除塵單元。1、2號燃煤鍋爐干式電除塵器改造前后結構分別見圖1、2。
其他改造內容為：a．檢修原干式電除塵器相關設備，存在問題的設備應予以更換。b．拆除第3電場內部設備，增設過渡段，并安裝布袋除塵設備、配套電氣及控制設備。c．增設PLC控制系統，實現除塵設備在PLC控制系統上的集中監控。
②濾布選用
濾袋的濾布選用尤為關鍵。1、2號燃煤鍋爐設計排煙溫度為139℃，但在夏季實際排煙溫度達190℃，煙氣氧含量達到8％以上，因此濾布選用EWTF-900型玻璃纖維濾布。EWTF-900型玻璃纖維濾布以玻璃纖維膨體紗作為基材，斜紋機織的濾布經PTFE(聚四氟乙烯)乳液浸漬后，再經PTFE覆膜處理，覆膜后的濾布表面光滑，粉塵不易嵌入纖維深處，沉積在濾袋內壁的粉塵在清灰時容易脫落。EWTF-900型玻璃纖維濾布具有很好的抗氧化性、耐高溫、耐水解性，但抗折性比較差，只適合低動能清灰方式(如分區反吹清灰方式)。由于耐水解性好，電袋復合除塵器不必設內旁路，即使煙氣含濕量較高時，也可安全運行。
③布袋除塵單元清灰系統
布袋除塵單元選用分區反吹清灰方式，清灰介質為潔凈煙氣。清灰系統由清灰風機、進出煙管、脈動閥、活塞總成(包括管道、氣箱)等組成，見圖2。潔凈煙氣引自引風機進口煙道，當布袋除塵單元的阻力增大至設定阻力上限(清灰阻力)時，壓差變送器將信號傳至PLC控制系統，啟動清灰程序。
清灰風機開啟，將潔凈煙氣從引風機進口煙道吸入，經過清灰風機加壓自出口煙管排出。此時，裝配在清灰風機出口煙管的脈動閥開始工作，潔凈煙氣通過脈動閥變為脈動氣流，并由活塞總成管道進入氣箱。潔凈煙氣進入氣箱的同時牽引傳動機構帶動氣箱開始上下移動，脈動潔凈煙氣經氣箱出口噴出進入濾袋內。濾袋由于潔凈煙氣的灌入產生鼓脹抖動，濾袋內壁沉積的粉塵在鼓脹抖動下自然掉落，從而實現清灰。當布袋除塵單元阻力回落至設定下限時，PLC控制系統控制清灰系統停止工作。
由于EWTF-900型玻璃纖維濾布抗折性較差，因此清灰壓力不宜過高。通過氣箱的上下移動，實現布袋除塵單元的分區清灰，保證了布袋除塵器的連續運行。
④引風機更換
排煙系統阻力包括爐膛出口煙道阻力、除塵器阻力、脫硝系統阻力、脫硫系統阻力、煙囪阻力等，由引風機風壓、煙囪抽力共同克服。當干式電除塵器改造為電袋復合除塵器后，煙囪不考慮改造，改造引起的附加阻力應由引風機風壓克服。原干式電除塵器阻力不大于300Pa，改造后電袋復合除塵器阻力增加至不大于1200Pa，原有引風機風壓無法克服改造后排煙系統阻力，需更換引風機。根據校核計算結果，更換后的引風機風量不變，風壓增至6600Pa。
4.23號燃燒鍋爐
①除塵器改造
3號燃煤鍋爐干式電除塵器為4電場結構，改造時保留前兩個電場，將第3電場前半部分改造為過渡段，將第3電場后半部分以及第4電場改造為布袋除塵單元，由于改造空間充足，布袋除塵單元采取豎袋布置，其他改造內容與1、2號燃煤鍋爐基本相同。3號燃煤鍋爐干式電除塵器改造前后結構分別見圖3、4。
②濾布選用
選用P84型濾布，以聚酰亞胺纖維濾料為基材，為化學纖維針刺氈濾布，抗折性好，并具有優良的耐高溫性能，可在260℃下連續運行，瞬間工作溫度可達280℃。纖維細密，表面積大，孔隙微小，粉塵只能停留在濾布表面而不能穿入纖維中，阻力小，除塵效率高。經聚四氟乙烯浸漬及覆膜，增強了濾布的抗腐蝕能力。但P84型濾布不耐水解，因此電袋復合除塵器須設置內旁路，當煙氣含濕量較高時，內旁路煙氣閘板打開，將煙氣切換至內旁路，正常工況下內旁路煙氣閘板為關閉狀態。
③布袋除塵單元清灰系統
布袋除塵單元選用脈沖噴吹清灰方式，清灰系統由壓縮空氣系統(包括空氣壓縮機、管道過濾器、壓縮空氣干燥機、精過濾器、儲氣罐、調壓器、壓縮空氣管道等)、吹灰系統(包括脈沖閥、噴吹管等)組成，見圖4。
空氣壓縮機將空氣壓縮至0.7MPa，經管道過濾器過濾后，進入壓縮空氣干燥機干燥，經精過濾器過濾后進入儲氣罐。儲氣罐出口空氣經調壓器調壓至0.4MPa，經脈動閥、噴吹閥進入噴吹管。當布袋除塵單元阻力增大至設定阻力上限時，壓差變送器將信號傳至PLC控制系統，啟動清灰程序。壓縮空氣經脈沖閥、噴吹管向濾袋內噴吹，濾袋向外迅速膨脹，當膨脹到最大時，又急速收縮，從而獲得最大反向加速度，產生沖擊振動，使濾袋內壁的積灰脫落。脈沖閥采取分區設計，每1個脈沖閥對應一排濾袋，通過控制脈沖閥的啟閉，實現布袋除塵單元的分區清灰，保證了布袋除塵器的連續運行。
④引風機更換
經校核計算，更換的引風機風量不變，風壓增至6600Pa。
5改造中應注意的關鍵技術內容
①合理確定改造方案
干式電除塵器一般布置幾個電場，改造時應根據電除塵單元、布袋除塵單元的過濾負荷分配，確定保留的電場數量。保留的電場數量應保證對粒徑10mm以上顆粒的除塵效率在90％左右，并使進入布袋除塵單元的粉塵充分荷電。
②過渡段
根據工程經驗，建議過渡段寬度在1～2m。
③濾布選擇
很多燃煤鍋爐由于省煤器換熱效率下降，以及鍋爐空氣預熱器漏風量增加等原因，造成排煙溫度遠高于設計值，雖然電除塵單元的除塵效率基本不受排煙溫度的影響，但濾布對排煙溫度比較敏感。在選擇濾布時一定要考慮排煙溫度的影響，當排煙溫度較高時，應選用耐溫性能好的濾布；當煙溫較低時，特別是接近煙氣露點時，應選用耐酸腐蝕性能好的濾布。
此外，煙氣成分對濾袋的使用壽命影響很大，當煙氣中SOx、NOx含量較高且無法控制時，應選用化學穩定性強的濾布。電袋復合除塵器前增設脫硝裝置、脫硫裝置以及燃用低硫煤，可延長濾袋壽命。
④清灰方式
分區反吹清灰方式屬于低動能清灰，適用于質地輕柔、尺寸穩定的薄型濾布，優先選用緞紋(或斜紋)機織濾布。
脈沖噴吹清灰方式屬于高動能清灰，適用于厚實、耐磨、抗折性強的濾料，優先選用化學纖維針刺氈或壓縮氈濾布。
⑤引風機更換
應根據改造后排煙系統阻力變化，重新校核計算所需引風機的參數。干式電除塵器阻力一般不大于300Pa，而電袋復合式除塵器阻力一般不大于1200Pa。因此，原有引風機風壓無法克服改造后排煙系統的阻力，必須更換引風機，并考慮一定的富裕量。
⑥濾袋預涂灰措施
在電袋復合除塵器初次投運時，必須對濾袋采取預涂灰措施，避免點爐時未燃盡物質附著在濾袋表面，對濾袋造成損傷和堵塞，降低除塵效率，增加阻力。
6改造效果
1、2號燃煤鍋爐除塵器于2011年底改造完成，2012年的運行數據顯示：1號燃煤鍋爐煙塵排放質量濃度平均為14.53mg／m3，2號燃煤鍋爐煙塵排放質量濃度平均為13.93mg／m3。3號燃煤鍋爐除塵器于2012年底改造完成，2013年的運行數據顯示：3號燃煤鍋爐煙塵排放質量濃度平均為12.64mg／m3。改造后l～3號燃煤鍋爐的煙塵排放質量濃度均符合GB13223—2011的規定限值。
參考文獻：
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