垃圾焚燒煙氣處理中袋式除塵器的設計要點

摘 要 介紹了垃圾焚燒的工藝流程，針對垃圾焚燒煙氣的成分及特性，結合“太倉垃圾焚燒發(fā)電廠二期工程—煙氣凈化系統(tǒng)”，對袋式除塵器的設計要點做簡要闡述。

關鍵詞 垃圾焚燒；脈沖袋式除塵器；高溫；酸性氣體；PTFE

中圖分類號 X701 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0124-02

隨著人類社會的不斷進步、生活水平的日益提高，人們對生存環(huán)境越來越關注，對大氣環(huán)境質(zhì)量的要求越來越嚴格。除塵工程是防治大氣污染的重要內(nèi)容，從煙氣中將固體粒子分離出來的設備稱之為除塵器，袋式除塵器則是治理大氣環(huán)境污染的高效除塵設備。本文對“太倉垃圾焚燒發(fā)電廠二期工程—250 t/d垃圾焚燒線及煙氣凈化系統(tǒng)（以下簡稱本工程）”中袋式除塵器的設計要點做簡要闡述。

1 煙氣除塵系統(tǒng)簡介

垃圾焚燒煙氣工藝流程：

本工程煙氣除塵系統(tǒng)工藝如下：生活垃圾在爐排爐內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的灰渣由排放點的不同分為爐渣和飛灰，從焚燒爐燃燒室底部排出的是爐渣，飛灰從燃燒室頂部隨煙氣進入余熱鍋爐，由余熱鍋爐排出的煙氣進入冷卻塔，使高溫煙氣溫度降至酸露點以上10℃～20℃，隨后進入反應塔充分與石灰、水進行脫酸反應，通過活性炭噴射至反應塔的旋風分離器出口與布袋除塵器進口的煙道中，完成酸性氣體脫除、二惡英類物質(zhì)的吸附、重金屬的吸附后，最后進入袋式除塵器。通過布袋過濾，將煙氣中的灰塵、反應生成物捕捉后，經(jīng)引風機排入煙囪。煙氣處理流程見圖1。

2 煙氣條件及特點

生活垃圾焚燒煙氣除塵具有以下特點：①余熱鍋爐排出的煙氣危害大。煙氣主要含有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、可吸入顆粒物、有機劇毒性污染物（二英、呋喃）、重金屬等；②煙氣溫度高，最高可達240℃；③煙氣含濕量高，露點溫度高。由于較多水分的存在，且含有酸性氣體，因而煙氣的露點溫度較高，約為140℃；④煙塵顆粒細，密度??；⑤由于含有大量酸性氣體，和水易于生成酸性物質(zhì)。本工程煙氣量及其組成列于

表1。

3 除塵器設計

袋式除塵器是垃圾焚燒煙氣處理工藝流程中的末端裝置，進入除塵器的煙氣含水多、溫度高、具有腐蝕性，此時袋式除塵器不僅僅是顆粒物分離器，還是有害氣體凈化反應床。所以除塵器設計時必須加以注意。

3.1 濾料材質(zhì)

本工程鍋爐排放的煙氣成分復雜，除塵設備運行溫度較高（～170℃）。上游煙氣中的含碳飛灰、脫酸劑以及反應生成物等摻混在一起被濾袋捕集，在濾袋表面形成一層粉塵層。粉塵層同時又是反應膜，利用其吸附、催化作用進一步分解SOx、HCL、NOx等有害氣體。在此運行環(huán)境中，除塵設備必須具有優(yōu)良的清灰再生性能，及耐溫、耐腐、耐水解型濾料。為滿足以上要求，本工程選用“純PTFE基布+PTFE覆膜”復合濾料作為濾袋材質(zhì)。覆膜濾料可實現(xiàn)表面過濾，使粉塵只停留于表面、容易脫落，提高濾料的剝離性。

PTFE是聚四氟乙烯的簡稱，具有出色的化學穩(wěn)定性能，俗稱“塑料王”。PTFE是大分子線型結構，它的結晶熔點是327℃，可長期在-180℃～260℃范圍內(nèi)使用，耐酸堿、抗腐蝕；能抵抗氧化和表面污物，不變脆。PTFE大分子的表面自由能很低，具有高度的不粘附性和極低的摩擦系數(shù)。本身不斷裂、不燃燒，其“極限氧指數(shù)”（LOI）高達95%。同時不會水解，幾乎比任何已知材料的抗蒸汽滲透性都好。它能在壽命期限內(nèi)始終保持優(yōu)秀的物理和化學性能。

3.2 袋籠

袋籠安裝于濾袋內(nèi)部，上口設有保護圈，其作用是支撐整個濾袋并保護濾袋的袋口；底部設有底碗，保護濾袋底部不被噴吹氣流損傷。袋籠材質(zhì)選用20＃鋼，表面進行有機硅防腐和耐高溫處理。袋籠豎筋不可太密，以免增加其與濾袋貼合部份的面積，減小濾袋的有效過濾面積，影響過濾速度及清灰效果。

3.3 內(nèi)旁通裝置

箱體內(nèi)設置旁通閥，正常運行時煙氣由中間風道進入設備過濾區(qū)。當進入除塵器煙氣的溫度高于設定溫度（如220℃），或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障以及焚燒爐投油助燃時，為確保濾袋和系統(tǒng)安全，打開旁通閥門，煙氣進入內(nèi)置旁通管路，從除塵器出口直接排空。旁通閥門控制為自動和手動二種方式，自動方式由溫度控制，控制可以通過儀表設定。

除塵器在運行過程中，煙氣溫度一般在140℃～170℃波動，煙塵中含有NOx及SOx等氣體，在鍋爐爆管、水汽很大的情況下，煙塵將變?yōu)閺娝釟怏w。另外，在脫硫的過程中，投入的過量石灰粉會使煙氣呈現(xiàn)弱堿性。在這種情況下，旁通閥密封采用耐高溫（300℃）、耐酸堿的氟橡膠。

3.4 灰斗及鋼結構

灰斗上部與箱體、立柱頂部連續(xù)焊接，下部接輸灰裝置。生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙塵流動性很差，為避免脫硫灰在灰斗內(nèi)的堆積，灰斗的各個立體夾角不大于收集灰塵的安息角，本工程灰斗四壁與水平面的最小夾角為65°。外壁設有空氣炮清灰裝置，防止灰的搭橋，保持輸灰通暢。

鋼結構頂部與箱體連接處設置滑塊，用來消除鋼材在溫度變化時產(chǎn)生的線膨脹應力?；瑝K固定于立柱頂端，中箱體帶動其上所有與高溫煙氣接觸的部件可以在滑塊上自由膨脹（收縮）滑動?；瑝K采用光滑不銹鋼板和滑板相結合的結構，不銹鋼板焊接于頂柱底部平面上，能在固定的滑板上自由滑動。不銹鋼板采用SUS304材料制造，表面光潔度為Ra6.3 μm，厚度為3 mm。滑板固定于立柱頂部平面上，采用聚四氟乙烯材質(zhì)?；宓牟牧喜荒苁卿?，否則可能造成滑板與不銹鋼板的膠著粘合而失去滑動功能。鋼結構的整體設計參考《鋼結構設計規(guī)范》，標準號GB50017-2003。

3.5 熱風循環(huán)系統(tǒng)

為防止系統(tǒng)啟、停期間煙氣溫度過低，造成酸性氣體在設備內(nèi)結露，損壞布袋和設備，除塵器設有熱風循環(huán)系統(tǒng)，包括加熱器、風機、啟閉閥、管道等。溫度調(diào)節(jié)由電熱器進行控制。

當除塵系統(tǒng)冷態(tài)啟動或者煙氣溫度低于設定溫度的限值時，熱風循環(huán)系統(tǒng)開始工作，當灰斗溫度檢測信號達到設定值時，停止熱風循環(huán)系統(tǒng)，控制信號取各灰斗溫度檢測信號中的最低值。熱風循環(huán)系統(tǒng)啟?？刂婆c旁通閥門控制信號連鎖，在任何情況下，旁通閥門打開時，必須立即停止熱風循環(huán)系統(tǒng)。

3.6 保溫

設備除了裝有熱循環(huán)風系統(tǒng)外，還在灰斗外部安裝電加熱管，并對設備進行整體保溫，減少熱量損失，以保持灰斗及箱體壁溫高于煙氣露點溫度10℃以上，避免四壁過冷產(chǎn)生結露導致粉塵粘結，同時保溫層也可防止人員被高溫燙傷。本工程選用巖棉作為設備保溫材料，巖棉是以天然巖石為主要原料而制成對纖維狀松散材料。設備外表面保溫層厚度按下式計算：

δ=λ（-）

式中：λ為巖棉對導熱系數(shù)，取0.044 W/（m·℃）；

αs為保溫層外表面放熱系數(shù)，本設備為室內(nèi)安裝，取值11.63 W/（m2·℃）；

q為不同介質(zhì)溫度下，保溫外表面最大允許熱損失量，取116 W/m2；

k為最大允許熱損失量對系數(shù)，計算最小保溫厚度時，k取1.0；

twf為設備外表面溫度，一般為介質(zhì)溫度，本工程取值170℃；

ta為環(huán)境溫度，取值20℃。

計算結果，最小保溫厚度δ為53 mm，為提高保溫效果，本工程取80 mm。

3.7 輸灰系統(tǒng)

設備灰斗下級設置兩條切出螺旋機和一條集合螺旋機，將粉塵輸送至倉泵，泵體內(nèi)的粉粒狀物料與充入的壓縮空氣相混合，形成似流體狀的氣固混合物，借助泵體內(nèi)的壓力差實現(xiàn)混合物的流動，經(jīng)由輸料管輸送至儲料設備，實現(xiàn)粉塵的集中處理，以防止粉塵的二次污染。

3.8 電氣系統(tǒng)

除塵器采用獨立的PLC控制系統(tǒng)，PLC完成工藝要求規(guī)定的模擬量控制和數(shù)據(jù)采集功能，以滿足本系統(tǒng)規(guī)定工況的運行要求。除塵器的控制對象包括：旁通閥控制、清灰控制、卸灰閥控制、螺旋輸送機控制、離線裝置（提升閥）控制、灰斗電伴熱控制、熱循環(huán)風系統(tǒng)控制、氣力輸送系統(tǒng)控制等。

3.9 其他

按照工程特點，宜取較低的過濾速度，以減小濾料阻力。本工程取過濾風速≤0.8m/min。

焚燒煙氣的粉塵流動性差，設備內(nèi)部梁、柱及連接件設計時采用特殊處理，減少死角，平滑過渡防止積灰、搭橋。

設備內(nèi)部與煙氣接觸部分，均涂耐高溫油漆。

4 應用效果

設備于2009年年初投入運行，煙塵實測排放濃度為19.3 mg/m3，重金屬粉塵及酸性氣體等各項排放指標均符合標準要求。到目前為止，設備已正常運行3年有余，阻力保持在1 200 Pa左右，連續(xù)運行時間平均為7 000時/年。

5 小結

焚燒垃圾并利用其余熱發(fā)電，是處理城市垃圾的先進方法，但在焚燒過程中應嚴格控制二次污染物的排放。袋式除塵器是目前應用最廣泛的設備，其在垃圾焚燒尾氣凈化系統(tǒng)中起著重要作用。一套除塵設備能否發(fā)揮出良好的性能，是整個工藝系統(tǒng)的綜合反應，它涵蓋立設計、制造、安裝以及運行維護等各方面的因素。太倉垃圾焚燒發(fā)電廠二期工程袋式除塵器運行良好，達到設計要求。該工程表明，在垃圾焚燒復雜的煙氣條件下，設計合理的袋式除塵器，可以長期穩(wěn)定的運行，能夠完全勝任垃圾焚燒煙氣的處理工作。

參考文獻

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