鍋爐煙塵凈化及其形成的原因

孫連華

（中油遼河工程有限公司熱力工程所，遼寧 盤錦 124010）

1 半沸騰鍋爐煙塵超標(biāo)的原因分析

1.1 燃煤燃燒不充分是造成煙氣中黑度和粉塵濃度超標(biāo)排放的固有原因

從公司能源監(jiān)測部門的測試數(shù)據(jù)：原煤的固定碳為41.18%,而飛灰中的含碳量高達39.81%,煙氣中粉塵濃度為2926 毫克/立方米 ,黑度為V 級，測試的熱效率僅為56.83%。上述數(shù)據(jù)說明，鍋爐燃燒并不處于正常運行數(shù)值。那么，是什么原因造成煙氣中粉塵濃度和黑度過大，熱效率過低呢？依據(jù)燃料燃燒的理論，燃煤燃盡的三個條件為：其一有足夠高的爐溫；其二是適量的空氣，并使空氣與燃料很好地接觸與混合；其三是保證燃燒需要的時間和空間。

但由于半沸騰鍋爐特殊的燃燒方式，從實際運行情況來看：第一，燃煤中粉狀煤所占比例過大，經(jīng)估算粒徑小于2mm 的粉狀煤，約占原煤的50%-60%。該粉狀煤進入爐膛后還未混入沸騰層進行燃燒（也就是說無燃燒所需要的時間，空氣也未與粉狀煤很好地混合）就被引風(fēng)機作為飛灰抽走。第二，沸騰層溫度偏低，使碳和氧的反應(yīng)速度緩慢。一般沸騰層的最佳溫度在860～890℃，而目前沸騰層的溫度只有824℃。因此，燃煤中粉狀煤過多，沸騰層溫度偏低，造成燃燒不充分，從而使煙氣中粉塵濃度和黑度過大，熱效率低。

1.2 原有除塵系統(tǒng)的存在設(shè)備運行問題

原有除塵系統(tǒng)由兩級除塵器組成，通過測試分析，我們認(rèn)為除塵設(shè)備參數(shù)擇不合理，除塵效率低是造成煙氣中黑度和粉塵濃度超標(biāo)排放的重要原因。下面我們分別對兩級凈化裝置（除塵器）進行分析。

1.2.1 多管旋風(fēng)除塵器。多管旋風(fēng)除塵器是將若干個鑄造而成的單體小型旋風(fēng)子組裝在箱體內(nèi)，煙氣從箱體入口處切向旋入均布的旋風(fēng)子內(nèi)，凈化后的煙氣從頂部輸出，去除的粉塵在下部灰斗中存放，定時排出。比較上述數(shù)據(jù)與多管旋風(fēng)除塵器的運行技術(shù)參數(shù)，除塵效率達到最佳值。但阻力損失為495.49Pa，與最佳值900-1200 Pa 有一定差距。當(dāng)然，從除塵要求上來看，在保證除塵效率的前提下，阻力損失越小越好。阻力損失與進口氣流速度的平方成正比，而進口氣流速度與進口截面積和進口風(fēng)量有關(guān)（風(fēng)量=截面積×風(fēng)速），當(dāng)進口截面積為定值時，進口氣流速度與進口風(fēng)量有關(guān)。通過反算，當(dāng)阻力損失減少二分之一時，進口氣流速度則減少0.414 倍，進口風(fēng)量也減少0.414 倍。

1.2.2 麻石文丘里水膜除塵器。麻石文丘里水膜麻石除塵器由兩部分組成，其一為文丘里洗滌器，它的結(jié)構(gòu)由直管、收縮管和喉管組成，含塵氣體在管徑變化和水霧的作用下，潤濕→碰撞→凝聚，粉塵隨水流排出。其二為旋風(fēng)水膜除塵器，經(jīng)文丘里洗滌器凈化后的煙氣再次從筒體下部切向?qū)?，旋轉(zhuǎn)上升，靠離心作用甩向器壁的粉塵為水膜所粘附，沿器壁向下排走，再次凈化后的空氣從中間流出。

1.2.3 旋風(fēng)水膜除塵器部分。旋風(fēng)水膜除塵器的結(jié)構(gòu)比較簡單，其阻力損失的測試值（154.66Pa）小于技術(shù)參數(shù)中的理論最佳值（790Pa），也說明兩點；其一為入口風(fēng)速太低。阻力損失是與風(fēng)速成正比例關(guān)系的，阻力小，必然入口風(fēng)速低，而入口風(fēng)速低，塵粒所受的離心力小。其二為部分噴咀堵塞，未形成連續(xù)的水膜，塵粒的粘附作用小，塵粒的捕集概率低，含塵氣體在除塵器內(nèi)近似直流，同樣造成除塵效率低。

1.2.4 鍋爐除塵系統(tǒng)的設(shè)計風(fēng)量過大，選用風(fēng)機過大，是造成運行能耗過大的原因，對煙氣黑度和粉超標(biāo)排放有一定影響。鍋爐排煙總量是消煙除塵設(shè)計中的重要數(shù)據(jù)，一般根據(jù)排煙總量來選用合適的鍋爐引風(fēng)機。如果引風(fēng)機的風(fēng)量選用不合適，就會造成整個凈化系統(tǒng)（除塵系統(tǒng)）不能在最佳狀況下運行。那么10t 半沸騰鍋爐消煙除塵系統(tǒng)所選引風(fēng)機是否合適呢？

目前，鍋爐實際使用的引風(fēng)機風(fēng)量為38000 立方米/小時,但是在正常運行下測試時，卻發(fā)現(xiàn)實際煙氣時卻是11759 立方米/小時，如果按熱態(tài)狀況下乘1.2 的系數(shù)，總煙氣量也只有14100 立方米/小時.在運行過程中，風(fēng)機的開啟度僅為30-40%。為此，我們測出燃煤的低位發(fā)熱值，空氣過剩系數(shù)和小時耗煤量，依據(jù)經(jīng)驗公式，校核計算出煙氣總量應(yīng)為24140.2 立方米/小時(計算過程從略)。

2 半沸騰鍋爐煙塵高效治理技術(shù)分析

通過上述對半沸騰鍋爐的煙氣中粉塵濃度和黑度超標(biāo)排放的原因分析，在公司的治理實踐中，我們實施了以下一些高效治理技術(shù)措施：

2.1 提高燃煤的平均粒徑

主要從兩個方面提高燃煤的平均粒徑

一是通過公司采購供應(yīng)部門，嚴(yán)把進貨關(guān)，盡量保證采購的燃煤粒徑符合技術(shù)要求。

二是通過深加工，控制煤塊粒徑，提高燃煤利用率，減少飛灰中含碳量。

根據(jù)半沸騰鍋爐的燃燒理論，燃煤粒徑在2mm 到12mm 時，能形成沸騰層，而最佳粒徑則在3mm 到8mm 之間。因此，針對目前燃煤中粉狀煤過多的現(xiàn)狀，首先對燃煤進行篩分，采用一般網(wǎng)格篩或滾筒篩均可。對3mm 以上的煤塊直接進入爐膛。其次對3mm 以下的粉狀煤進行造粒處理，形成3～8mm 小煤粒，這樣可以延長煤粒在沸騰層的燃燒時間，使其充分氧化、燃盡，從而降低煙氣的黑度，與此同時，也提高了燃煤利用率，節(jié)約了燃料，提高了鍋爐熱效率。目前，國內(nèi)有專門生產(chǎn)造粒機的廠家，可直接購買、安裝和使用。

2.2 提高爐膛溫度，選擇合理的引風(fēng)機風(fēng)量，促使燃煤充分燃燒，從而減少煙氣中飛灰的含碳量，確保系統(tǒng)正常運行。

鍋爐本體的改造，主要內(nèi)容是采取各種措施提高爐膛（主要是沸騰層）溫度，可在目前的情況下，提高到860℃—890℃，使沸騰層燃煤燃盡。十多年來，東風(fēng)公司各專業(yè)廠，在提高爐溫上采取了多種措施，取得一定的效果。在提高爐膛溫度上尚須繼續(xù)努力，如改變爐膛尺寸和結(jié)構(gòu)，增加副燃帶等。其次，針對各專業(yè)廠鍋爐的具體情況，盡量減少燃燒室的漏風(fēng)。

對于鍋爐引風(fēng)機，如果設(shè)備狀態(tài)良好，可暫不更換，但要完善或加裝風(fēng)量調(diào)節(jié)器，根據(jù)燃煤耗量及煙氣排放情況，隨時調(diào)整；如果設(shè)備狀態(tài)不好需要更換時，則應(yīng)選擇合適風(fēng)量的風(fēng)機，在計算煙氣總量的基礎(chǔ)上增加15%，即風(fēng)量28000 立方米/小時為宜。

2.3 改善供水狀況，優(yōu)化運行參數(shù)，提高除塵系統(tǒng)的除塵效率，減少外排煙氣中粉塵的含量

對現(xiàn)有兩級除塵器進行改造，其主要內(nèi)容如下：

一是保證足夠的供水量，提高供水壓力，改善水源質(zhì)量，主要是提高液氣比，提高水的霧化效果，增大液滴表面積，使塵粒與液滴的碰撞、攔截的概率提高。主要措施：第一，加大進水管直徑，使流量增加；第二，在進水管道前加裝一臺加壓泵，提高供水壓力；第三，在進水管道上，增加蒸汽和縮小噴水孔直徑，使液滴霧化效果更好，表面積加大；第四，文丘里洗滌器的水盡可能新鮮水，減少水中雜質(zhì)，避免堵塞噴水孔。

二是改造文丘里洗滌器的喉管部分，根據(jù)運行時煙氣流量，調(diào)整喉管部分的截面積，從而提高喉管風(fēng)速，提高塵粒的慣性力，凝聚率，使粉塵與水液較好的碰撞、凝聚，從而減少粉塵外排數(shù)量。實際實施中文丘里喉管流速調(diào)整到40（米/秒），液氣比0.4 左右。

三是將麻石水膜除塵器的環(huán)形噴水管改為環(huán)形溢流槽，從而在內(nèi)壁上形成連續(xù)的筒形水幕。當(dāng)煙氣切向進入內(nèi)壁時，其塵粒就能很好地與水幕發(fā)生潤濕、碰撞和凝聚，從而減少粉塵外排數(shù)量。

四是改造旋風(fēng)水膜除塵器的煙氣入口尺寸，根據(jù)運行時煙氣的實踐流量，重新設(shè)計入口處的截面積。實際實施中，旋風(fēng)水膜除塵器的煙氣入口流速為18（米/秒），提高入口風(fēng)速，從而提高塵粒的離心力，使甩向圓筒內(nèi)壁的塵粒增加，減少粉塵外排的數(shù)量。

3 半沸騰鍋爐煙塵高效治理技術(shù)的應(yīng)用效果

國家環(huán)保總局將東風(fēng)公司半沸騰鍋爐煙塵污染列為2000年前限期治理項目，同時這一項目也直接影響公司2000年前工業(yè)污染源的“一控雙達標(biāo)”目標(biāo)的完成。

在1999年至2000年為期兩年的“半沸騰鍋爐煙塵污染技術(shù)攻關(guān)”中，我們大量實施了以上的高效治理技術(shù)，取得了顯著效益。半沸鍋爐煙塵的黑度及濃度大幅度下降，達到了《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2001）。同時鍋爐的熱效率得到提高，運行成本顯著降低。

[1]王毓秀,韋彥斐;用燃煤煙道氣處理造紙黑液的研究 [J].污染防治技術(shù);1995年01 期.

[2]劉精今,牛秋雅;利用燃煤鍋爐煙道氣處理工業(yè)廢水的理論與實踐.[J].再生資源研究;2004，03.