燃煤鍋爐除塵改造方案的設(shè)計(jì)研究

王曉琴

（同煤集團(tuán)云崗礦企劃科，山西 大同 037017）

當(dāng)前袋式除塵器具有除塵效率高的優(yōu)勢(shì)，從而使得燃煤鍋爐項(xiàng)目都需要對(duì)靜電除塵器進(jìn)行改造升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)低排放目標(biāo)。本文主要是對(duì)同煤礦云崗礦燃煤鍋爐電除塵器的改造工程進(jìn)行具體的案例研究。

1 燃煤鍋爐除塵改造項(xiàng)目背景

1.1 項(xiàng)目背景

云崗礦單位鍋爐房現(xiàn)在4臺(tái)20t/h的燃煤鍋爐，其以往采用的是三電場(chǎng)管極式電除塵器，設(shè)計(jì)的靜電除塵設(shè)施煙塵排放濃度為100mg/m3。當(dāng)前隨著靜電除塵設(shè)備的使用，設(shè)備發(fā)生的腐蝕和疲勞破壞慢慢降低了電除塵器的排放效果，導(dǎo)致了粉塵排放濃度的嚴(yán)重超標(biāo)。當(dāng)前國家環(huán)保部對(duì)于燃煤鍋爐的煙塵排放濃度制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，并要求各單位嚴(yán)格執(zhí)行。因此，對(duì)單位的燃煤鍋爐除塵設(shè)備進(jìn)行改造就勢(shì)在必行了。

1.2 改造前除塵器的運(yùn)行現(xiàn)狀

單位鍋爐燃燒的是本礦生產(chǎn)的煤種，因靜電除塵裝置故障及老化，其除塵效果不佳。經(jīng)檢測(cè)鍋爐尾部的煙塵的濃度在180mg/m3左右，大大超過了環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過對(duì)靜電除塵裝置及情況的全面檢查，還存在著以下問題：（1）極板積灰情況嚴(yán)重；（2）靜電除塵裝置整個(gè)陽極排、陰極線磨損、銹蝕、松動(dòng)嚴(yán)重，需要進(jìn)行設(shè)備的更新；（3）設(shè)備陰極毛刺線脫落，陰極大小框架變形；（4）陽極板承振砧鐵、陰極撞擊桿斷裂脫落；（5）風(fēng)機(jī)能力偏小，鍋爐存在帶滿負(fù)荷風(fēng)量不夠的現(xiàn)象。針對(duì)以上的種種問題，更加需要對(duì)當(dāng)前的靜電除塵裝置進(jìn)行改造。

2 電袋復(fù)合除塵器的工作原理及性能分析

為解決云崗礦單位鍋爐房燃煤鍋爐的除塵問題，保障除塵器的穩(wěn)定工作，排放量達(dá)到國家環(huán)保要求，對(duì)當(dāng)前的靜電除塵器改造升級(jí)為袋式除塵器。下面對(duì)云崗礦燃煤鍋爐靜電除塵器改造為袋式除塵器的工作原理和性能進(jìn)行分析。

2.1 袋式除塵器工作原理

圖1 袋式除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示是袋式除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，含有粉塵的煙氣從喇叭口進(jìn)入除塵器，穿過氣流分布板進(jìn)入除塵室，經(jīng)過懸掛在花板上的濾袋過濾，煙氣穿過花板進(jìn)入凈氣煙道，通過凈氣出口離開除塵器。決定袋式除塵器正常工作的重要條件之一，是保證濾袋區(qū)的風(fēng)速均勻，其最高風(fēng)速必須限制在一定范圍內(nèi)，否則將導(dǎo)致濾袋的磨損，縮短除塵器的使用壽命。目前一臺(tái)大型袋式除塵器體積龐大，內(nèi)部需要懸掛數(shù)千條濾袋，設(shè)計(jì)時(shí)如何掌握濾袋區(qū)的風(fēng)速分布并控制在合理范圍內(nèi)是一件較為困難的事，而計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)為大型袋式除塵器內(nèi)流場(chǎng)的調(diào)節(jié)與優(yōu)化提供了非常有效的手段和工具。

2.2 袋式除塵器工作模型

圖2 模擬的袋式除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 是一個(gè)模擬大型袋式除塵器結(jié)構(gòu)示意圖，該除塵器原來為電除塵，現(xiàn)改為袋式除塵，需要通過數(shù)值模擬考察和調(diào)節(jié)其內(nèi)部流場(chǎng)，以滿足袋式除塵的需要。已知條件為袋式除塵器的結(jié)構(gòu)尺寸、濾袋特性參數(shù)和入口煙氣的物性條件，包括風(fēng)速、煙氣溫度、含灰量等。建模時(shí)將氣固兩相分開，分別用歐拉方法建立氣相場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型并用拉格朗日方法建立離散顆粒場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)離散顆粒場(chǎng)的模擬主要是為了能夠?qū)?shù)值模擬結(jié)果制成動(dòng)畫，以直觀、動(dòng)態(tài)地了解除塵器內(nèi)的煙氣流動(dòng)情況。描述袋式除塵器內(nèi)三維氣相流場(chǎng)的主要數(shù)學(xué)模型包括連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程和k-ε雙方程湍流模型，并利用FLUENT軟件系統(tǒng)進(jìn)行求解。采用硬球模型描述離散顆粒場(chǎng)內(nèi)顆粒的相互作用，運(yùn)用蒙特卡洛方法擴(kuò)大所模擬的顆粒量。按照除塵器實(shí)際尺寸進(jìn)行數(shù)值模擬，以提高數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用6核雙CPU工作站進(jìn)行模擬計(jì)算。

3 燃煤鍋爐除塵改造方案的關(guān)鍵設(shè)計(jì)

針對(duì)單位燃煤鍋爐的具體情況，將原來的靜電除塵器改造成脈沖袋式除塵器。其基本的改造原則應(yīng)該是需要對(duì)原來的靜電除塵器的充分利用，包括其基礎(chǔ)設(shè)備、殼體以及輸灰裝置，降低改造的資金投入。事先對(duì)靜電除塵系統(tǒng)進(jìn)行分析、計(jì)算，讓改造后的袋式除塵器對(duì)煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)濃度控制在30mg/m3以下。改造方案的關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題如下敘述。

3.1 過濾速度與氣流上升速度的確定

過濾速度決定著袋式除塵器設(shè)備的規(guī)格和濾料，是非常關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)。一般考慮的因素為含塵煙氣的濃度、特點(diǎn)、化學(xué)性質(zhì)和濾料特點(diǎn)。從以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來看，過濾速度的范圍一般控制在0.5 ～2m/min，對(duì)于含塵濃度高、粉塵粒徑小、溫度高、濕度大的煙氣采用較低的過濾速度。結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及燃煤鍋爐排放的粉塵情況，過濾速度選擇在≤1m/min比較合適。對(duì)于除塵器內(nèi)煙氣氣流的上升速度也需要進(jìn)行合理的控制，否則會(huì)對(duì)濾袋的磨損影響非常大，同時(shí)也會(huì)加大設(shè)備的運(yùn)行阻力。當(dāng)前對(duì)于本次改造方案中的氣流上升速度≤100m/min。

3.2 噴吹壓力的確定

本次改造方案采用的是脈沖袋式除塵模式，其清灰工作主要是由脈沖閥來完成的。噴吹壓力的大小直接影響到除塵器的除塵效果，所以必須做好噴吹壓力的確定，一般其需要考慮到煙氣的溫度、濕度、粒徑等物理和化學(xué)性能，另外也需要考慮到濾料的材質(zhì)、耐磨性、抗折性等來合理選擇。當(dāng)前若選擇用直角脈沖閥則噴吹壓力應(yīng)＞0.5MPa；選用淹沒式脈沖閥噴吹壓力可以＜0.3MPa。這個(gè)要具體的供給壓力時(shí)，選擇合理的電磁脈沖閥就能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

3.3 離線清灰裝置的確定

清灰方式的確定需要根據(jù)煙氣的特點(diǎn)和整個(gè)除塵系統(tǒng)的工藝條件來確定。對(duì)于難以捕集的微細(xì)粉塵一般采用離線清灰方式，在線清灰每次只能噴吹某一排的濾袋，因此對(duì)處理風(fēng)量較小的除塵器不宜采用離線清灰。靜電除塵器改造成袋式除塵器一般都采用低壓長袋，而且采用管式噴吹方式。

3.4 煙氣進(jìn)氣方式的確定

煙氣進(jìn)氣方式分上進(jìn)氣、下進(jìn)氣和側(cè)進(jìn)氣三種。上進(jìn)氣的優(yōu)點(diǎn)為濾袋壓力損失小，缺點(diǎn)為氣流有滯留現(xiàn)象，容易產(chǎn)生結(jié)露。下進(jìn)風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)為粉塵直接沉降到灰斗內(nèi)減小了濾袋的負(fù)荷，且利于濾袋的張緊，缺點(diǎn)在于容易讓粉塵產(chǎn)生二次飛揚(yáng)。側(cè)進(jìn)風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)在于氣流通過均布板直接進(jìn)入濾袋室，縮短了氣流的行程，氣流分布也很均勻，系統(tǒng)的阻力大大降低。

綜合比較分析，本次改造方案中采用側(cè)進(jìn)氣方式較為合理。

另外，原來除塵裝置中的引風(fēng)機(jī)富余量不足，無法達(dá)到工作需要，需要加以更換或改造。根據(jù)具體的情況，可以對(duì)原來的的y4-73引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造升級(jí)提高其工作能力。改造方式為改造葉輪提高壓頭到4860Pa，相對(duì)其實(shí)際的工作壓力只高1192Pa，另外還需要對(duì)其壓頭、功率進(jìn)行相應(yīng)的換型升級(jí)。

4 改造項(xiàng)目安裝施工過程與監(jiān)理

整個(gè)項(xiàng)目的改造安裝施工內(nèi)容為：拆除原電場(chǎng)內(nèi)外頂蓋與全部內(nèi)件，將其空間改為布置濾袋。保留利用原電除塵的梁、混凝土和灰斗部分，拆除原殼體側(cè)墻并保留4根寬立柱，在其上架設(shè)凈氣室與雨棚。拆除進(jìn)出口封頭上部封板，下部中間底梁圈筋與封頭處開檢修通道兼通風(fēng)口。拆除全部保溫并更換。更換灰斗全部蒸汽加熱，根據(jù)圖紙要求增加灰斗角襯板。更換進(jìn)出口軟性膨脹節(jié)。需重新布置袋區(qū)電控系統(tǒng)。該改造工程共有2臺(tái)除塵器，每2臺(tái)布袋除塵共用1套配電柜，安裝在除塵配電間。

改造安裝施工工程質(zhì)量監(jiān)控的關(guān)鍵點(diǎn)包括以下內(nèi)容：（1）除塵器零部件及構(gòu)件及設(shè)備的質(zhì)量問題檢查，設(shè)備安裝的位置與尺寸檢查；（2）引風(fēng)機(jī)、煙道、除塵器本體的檢查；（3）平臺(tái)梯子欄桿、配套電儀、配套管線的質(zhì)量檢查；（4）防腐油漆工程和保溫絕熱工程的質(zhì)量檢查；（5）單體調(diào)試及單機(jī)試車的方案和過程質(zhì)量檢查。

5 總結(jié)

袋式除塵器是使含塵氣體通過濾布，將粉塵從氣流中分離出來的一種除塵器，當(dāng)前袋式除塵器多用于燃煤鍋爐煙氣的除塵當(dāng)中。以往燃煤鍋爐的靜電除塵裝置效果不佳，需進(jìn)行改造升級(jí)。本文主要是對(duì)云崗礦燃煤鍋爐電除塵器的改造工程進(jìn)行具體的案例研究，針對(duì)具體的工程背景，對(duì)改造前除塵器運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行分析，希望可以對(duì)其他燃煤鍋爐的袋式除塵器的改造提供參考。