電袋復(fù)合除塵器在提效技改工程中的應(yīng)用及分析

陳奎續(xù)

福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000

0 引言

我國是目前世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，有70%的煤炭用于火力發(fā)電廠。據(jù)有關(guān)資料顯示，我國火電廠每年的煙塵排放量約360萬噸，是全國工業(yè)煙塵排放大戶。工業(yè)粉塵，尤其是細(xì)粉塵已成為影響人們身體健康的有害物質(zhì)之一。為此，今年1月1日起國家開始實(shí)施更嚴(yán)格的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011），將火電廠粉塵排放濃度限值由50mg/Nm3提高到30mg/Nm3，重點(diǎn)地區(qū)的粉塵排放濃度限值提高到20mg/Nm3。燃煤電廠需要采用更加高效、可靠、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的除塵技術(shù)，控制粉塵尤其是細(xì)微顆粒粉塵的排放。尤其那些按老排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的現(xiàn)役運(yùn)行機(jī)組，因地制宜地選擇優(yōu)良可靠、高效的除塵技術(shù)進(jìn)行提效改造，顯得更為迫切。

電袋復(fù)合除塵技術(shù)是我國自行研發(fā)、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代高效除塵技術(shù)，具有除塵效果長(zhǎng)期高效穩(wěn)定、運(yùn)行阻力低、濾袋壽命長(zhǎng)、占地小等性能優(yōu)點(diǎn)，近年來得到廣泛應(yīng)用，成為滿足新粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)最有效的技術(shù)之一。尤其在現(xiàn)役機(jī)組的除塵提效改造中有明顯技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，可作為最有效的技改技術(shù)方案。

1 燃煤電廠除塵技術(shù)及現(xiàn)狀分析

我國燃煤電廠煙氣除塵技術(shù)的發(fā)展，可簡(jiǎn)單概括為：起步晚、發(fā)展迅速，經(jīng)歷了由初級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過程。上世紀(jì)80年始，我國燃煤電廠進(jìn)入了除塵轉(zhuǎn)型階段，逐步淘汰了水磨、旋風(fēng)等落后、低效的除塵裝置。轉(zhuǎn)型期間我國相繼引進(jìn)了瑞典FIAKT公司，德國LURGI公司，美國GE、EE公司的電除塵技術(shù)，并經(jīng)歷20多年引進(jìn)、吸收、消化和不斷地改進(jìn)完善的過程，設(shè)備性能滿足較低的排放標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品成熟，技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。電除塵器成了燃煤電廠的主要除塵設(shè)備并發(fā)揮著重要的作用。

由于電除塵機(jī)理的限制，煤種、煙塵比電阻等工況條件的變化會(huì)直接影響除塵器的性能。尤其當(dāng)燃用內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾、云南宣威等高比電阻粉塵的煤種時(shí)，采用常規(guī)電除塵技術(shù)便很難滿足≤100mg/Nm3排放濃度的要求，即使采取加大比積塵面積等技術(shù)措施也仍無法明顯提高除塵效率。由于濕法脫硫具有洗滌煙氣中部分煙塵的作用，所以一些工程項(xiàng)目在工藝選型設(shè)計(jì)時(shí)常將它作為電除塵器的輔助收塵，希望兩者的結(jié)合能夠滿足低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。但是，濕法脫硫過程會(huì)產(chǎn)生大量微細(xì)石膏顆粒，所以濕法脫硫?qū)τ诿摮?xì)微顆粒的能力受到質(zhì)凝，石膏的逃逸甚至?xí)黾訜焽璧姆蹓m排放濃度，電除塵器加濕法脫硫工藝很難滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外，我國隨煤炭消耗量的快速增長(zhǎng)，資源已呈日益緊缺，許多機(jī)組無法按設(shè)計(jì)煤種供應(yīng)燃燒，電除塵器無法適宜煤種的變化而除塵效率下降，排放濃度增加，無法達(dá)到環(huán)保要求，同時(shí)還影響了脫硫裝置的正常運(yùn)行，也降低脫硫后石膏的品質(zhì)。

袋式除塵器因其不受煤種特性以及燃用煤種變化的影響，可長(zhǎng)期保持低排放濃度，伴隨著濾料和清灰技術(shù)的進(jìn)步，近年來得到更多的應(yīng)用，但是袋式除塵器阻力大、清灰周期短、濾袋使用壽命短。電袋復(fù)合除塵器有機(jī)結(jié)合電除塵器和布袋除塵器優(yōu)點(diǎn)，繼承了袋式除塵器穩(wěn)定的低排放濃度特點(diǎn)，同時(shí)大大降低除塵器總阻力，延長(zhǎng)濾袋使用壽命，對(duì)PM2.5的細(xì)微顆粒粉塵有更高捕集效果， 近年來快速得到廣泛應(yīng)用，已成為滿足嚴(yán)格的新粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)和解決細(xì)微顆粒粉塵排放最有效的技術(shù)方案之一。

目前我國大部分投運(yùn)的機(jī)組采用靜電除塵器，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，設(shè)備的老化、燃煤不同于設(shè)計(jì)煤種且多變導(dǎo)致除塵效率下降，粉塵排放濃度已無法達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此，現(xiàn)役的大部分機(jī)組需要提效改造。

2 電袋復(fù)合除塵器

2.1 除塵機(jī)理

電袋復(fù)合除塵器是指在一個(gè)箱體安裝電區(qū)和濾袋區(qū)的新一代高效除塵設(shè)備。它利用前級(jí)1個(gè)～2個(gè)電場(chǎng)的高效除塵性能先收集煙氣中80%以上的大量煙塵，未被收集的少量煙塵通過電場(chǎng)荷電后，進(jìn)入后級(jí)布袋除塵區(qū)，被濾袋攔截過濾捕集而達(dá)到凈化煙氣目的。同時(shí)，它通過電場(chǎng)的收塵以及荷電作用，改善了濾袋區(qū)的工作條件而提高設(shè)備的整體性能。電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 除塵技術(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）除塵機(jī)理科學(xué)、先進(jìn)

電袋復(fù)合除塵器充分吸收“荷電收塵”和“攔截過濾”機(jī)理的優(yōu)點(diǎn)，電區(qū)收集80%以上的大部分粉塵和粗顆粒粉塵，大大降低了袋除塵區(qū)的濃度負(fù)荷和粉塵顆粒對(duì)濾袋的磨損。同時(shí)兩者的結(jié)合產(chǎn)生了新的荷電粉塵過濾特性機(jī)理：異性電荷細(xì)顆粒電凝并形成大顆粒粉塵，提高細(xì)微顆粒捕集率；同極電荷相互排斥，迅速擴(kuò)散，形成均勻分布的氣溶膠懸浮狀態(tài)，使到達(dá)濾袋表面的粉塵排列規(guī)則有序、蓬松，透氣性好，粉塵層孔隙率高，剝落性好。荷電粉塵過濾特性使得袋區(qū)清灰容易，清灰周期長(zhǎng)、阻力低。

2）除塵效率長(zhǎng)期高效穩(wěn)定

電袋復(fù)合除塵器的除塵效率不受煤種變化的影響，多個(gè)工程應(yīng)用實(shí)踐表明，除塵器出口粉塵排放濃度能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地保持≤30mg/Nm3，甚至≤10mg/Nm3以下。

3）運(yùn)行阻力低

前級(jí)電除塵區(qū)發(fā)揮了高效除塵與荷電作用，袋區(qū)粉塵濃度低，濾袋堆積粉塵厚度相對(duì)速度降低；荷電粉塵形成的“蓬松”堆積結(jié)構(gòu)加大孔隙率提高透氣性，降低濾袋阻力。因此，除塵器總體運(yùn)行阻力大為降低，比常規(guī)布袋除塵器低600Pa以上。

4）濾袋使用壽命長(zhǎng)

由于濾袋長(zhǎng)期運(yùn)行阻力低，單位面積承受拉伸力小，疲勞破損??；清灰頻率低，延緩了濾袋受清灰氣流沖刷引起交變應(yīng)力破損；沒有粗顆粉塵對(duì)濾袋的沖刷。因此，電袋復(fù)合除塵器的濾袋使用壽命更長(zhǎng)。

5）結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小

在同一箱體內(nèi)緊湊安裝了電區(qū)和濾袋區(qū)，有機(jī)結(jié)合兩種除塵器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在達(dá)到相同排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下比電除塵器的占地面積更小。

6）節(jié)能效果顯著

由于配套電源數(shù)量少，清灰周期長(zhǎng)、壓縮空氣消耗量小、運(yùn)行阻力低，使得電袋復(fù)合除塵器的綜合能耗更優(yōu)。

7）運(yùn)行可靠、維護(hù)費(fèi)用低

近百臺(tái)成功應(yīng)用工程表明，電袋復(fù)合除塵器運(yùn)行穩(wěn)定可靠，整體維護(hù)量少，可以大幅降低除塵器配件的更換頻率。

2.3 發(fā)展應(yīng)用

2003年，國內(nèi)首臺(tái)電袋復(fù)合除塵器成功應(yīng)用于水泥窯尾除塵，2005國內(nèi)首臺(tái)燃煤鍋爐50mW機(jī)組配套電袋復(fù)合除塵成功應(yīng)用，開創(chuàng)了燃煤電廠應(yīng)用先河。目前國內(nèi)外已有超過450臺(tái)套電袋復(fù)合除塵器，其中1000mW機(jī)組2臺(tái)套，600mW機(jī)組超過40臺(tái)套；投運(yùn)機(jī)組超過250臺(tái)套，最大運(yùn)行機(jī)組為1000mW機(jī)組，運(yùn)行項(xiàng)目各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)良。電袋復(fù)合除塵器由于其優(yōu)越的性能及性價(jià)比快速得到廣泛應(yīng)用，成為目前解決粉塵低排放問題的最有效的技術(shù)方案之一。電袋復(fù)合除塵器在燃煤鍋爐的應(yīng)用已遠(yuǎn)超過布袋除塵器。

國內(nèi)曾有些人擔(dān)心由于電袋復(fù)合除塵器的電場(chǎng)區(qū)會(huì)產(chǎn)生臭氧，當(dāng)濾袋選用PPS濾袋時(shí)，臭氧會(huì)對(duì)濾料強(qiáng)度和壽命產(chǎn)生影響。我們?cè)鴷?huì)同福州大學(xué)對(duì)電場(chǎng)區(qū)產(chǎn)生臭氧的規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)電除塵器和現(xiàn)場(chǎng)電袋復(fù)合除塵器內(nèi)臭氧濃度都低于0.001mg/L，這種極低的臭氧濃度不會(huì)對(duì)PPS濾料產(chǎn)生影響。眾多的投運(yùn)項(xiàng)目以及發(fā)展趨勢(shì)也可證明這一點(diǎn)。

3 電袋復(fù)合除塵器在技改工程中的技術(shù)方案及分析

目前我國燃煤電廠配套電除塵器一般為四電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，除塵器前后設(shè)有消防通道以及煙道支架，除塵器擴(kuò)容的空間有限。采用電袋復(fù)合除塵器技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在原除塵器基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。根據(jù)現(xiàn)有煙氣量、入口濃度等煙氣工況，改造時(shí)一般保留前級(jí)一或二個(gè)電場(chǎng)，后級(jí)電場(chǎng)拆除改為濾袋區(qū)。具有整體結(jié)構(gòu)流暢，工程改造量少，施工工期短，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。具體方案及分析如下。

3.1 主要技術(shù)性能指標(biāo)

1）粉塵排放濃度：≤30mg/Nm3或≤20mg/Nm3；

2）本體阻力：≤1200Pa；

3）漏風(fēng)率：≤2%；

4）濾袋使用壽命：4年或30000小時(shí)。

3.2 技術(shù)改造方案及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）在原除塵器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，不加長(zhǎng)、加寬、加高原除塵器，不增加土建工作；

2）保留前級(jí)一或二個(gè)電場(chǎng)及高低壓控制系統(tǒng)，作為電除塵區(qū)；拆除后級(jí)電場(chǎng)及高低壓控制系統(tǒng)，其空間布置濾袋，作為為布袋除塵區(qū)；

3）對(duì)保留的前級(jí)電場(chǎng)進(jìn)行檢修，提高除塵效率；若原電場(chǎng)使用年限已久，故障率高，除塵效率極差，則可考濾更新；

4）保留原除塵器鋼支架、殼體、灰斗、進(jìn)口喇叭、部分樓梯平臺(tái)以及相應(yīng)的保溫層；

5）改造出口喇叭，將電袋除塵器出口與出口煙道貫通聯(lián)接；

6）由于新增袋區(qū)的重量小于拆除的原電除塵陰陽系統(tǒng)的重量，原除塵器基礎(chǔ)不需要加強(qiáng)；

7）新增預(yù)涂灰裝置，對(duì)濾袋使用進(jìn)行有效保護(hù)；

8）根據(jù)需要可設(shè)內(nèi)置式煙氣旁路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)異常運(yùn)行工況時(shí)對(duì)濾袋的保護(hù)；

9）新增袋區(qū)PLC（或DSC）低壓控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)進(jìn)出口溫度檢測(cè)、除塵器差壓檢測(cè)、清灰系統(tǒng)壓力檢測(cè)、濾袋脈沖閥控制（定時(shí)、定時(shí)+定壓）、袋區(qū)溫度報(bào)警等控制功能。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)及配套設(shè)備變化

1）充分掌握煙氣溫度、煙氣成分等現(xiàn)有煙氣工況，選擇與之相適應(yīng)的濾料材質(zhì)，尤其要注意SOx、NOx、O2含量對(duì)PPS濾料的影響；

2）要充分分析、融合電區(qū)與袋區(qū)結(jié)構(gòu)，作好氣流分布均勻性，可采用計(jì)算機(jī)CFD數(shù)值模擬計(jì)算進(jìn)行校核；

3）技術(shù)改造后除塵器的總阻力最多增加900Pa，需要對(duì)引風(fēng)機(jī)的出力進(jìn)行校核，如原引風(fēng)機(jī)余量滿足要求則無需改造；

4）袋區(qū)脈沖清灰需新增壓縮空氣用量；

5）各灰斗灰量發(fā)生變化，需對(duì)輸灰系統(tǒng)進(jìn)行校核。在原輸灰系統(tǒng)正常的情況下，一般對(duì)輸灰控制程序略調(diào)便可。

4 典型工程應(yīng)用實(shí)例

目前電袋復(fù)合除塵器的運(yùn)行項(xiàng)目已超過250臺(tái)套，其中提效技改項(xiàng)目超過100臺(tái)套，各運(yùn)行項(xiàng)目性能指標(biāo)優(yōu)良。下面列舉三個(gè)典型的除塵提效技改工程作簡(jiǎn)要介紹。

4.1 北京京能熱電股份有限公司1#、3#爐200mW機(jī)組

1）技術(shù)改造方案

原電除塵器為雙列雙室五電場(chǎng)結(jié)構(gòu)。改造方案為保留原電除塵器第一第二電場(chǎng)并進(jìn)行必要的檢修維護(hù)；拆除第三、四、五電場(chǎng)陰陽極系統(tǒng)及高低壓設(shè)備，其空間內(nèi)布置濾袋；袋區(qū)設(shè)置12個(gè)小分室，采用低壓行脈沖清灰方式。

2）主要技術(shù)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)（見表1）

表1 主要技術(shù)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)

3）項(xiàng)目運(yùn)行效果

兩臺(tái)機(jī)組分別于2008年4月和2008年6月技改完成后投入運(yùn)行，運(yùn)行阻力小于900Pa，清灰周期15個(gè)小時(shí)。經(jīng)華北電力研究院測(cè)試，1#機(jī)組電袋復(fù)合除塵器出口粉塵濃度為10.5mg/Nm3，3#機(jī)組電袋復(fù)合除塵器出口排放濃度為7mg/Nm3，各項(xiàng)運(yùn)行性能參數(shù)均優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。項(xiàng)目投運(yùn)至今接近4年，濾袋保持零破損。

4.2 華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司2#爐660MW機(jī)組

1）技術(shù)改造方案

該項(xiàng)目原配套雙列雙室四電場(chǎng)結(jié)構(gòu)的靜電除塵器，于2007年8月投運(yùn)，由于多種原因除塵器無法達(dá)標(biāo)排放。提效技改采用電袋復(fù)合除塵技術(shù)，保留原電除塵器第一電場(chǎng)并進(jìn)行全面檢修維護(hù)；拆除第二、三、四電場(chǎng)陰陽極系統(tǒng)及高低壓設(shè)備，其空間內(nèi)布置濾袋；袋區(qū)設(shè)置12個(gè)小分室，采用低壓行脈沖清灰方式，4英寸大口徑淹沒式脈沖閥。

2）主要技術(shù)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)（見表2）

表2 主要技術(shù)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)

3）項(xiàng)目運(yùn)行效果

該項(xiàng)目于2009年4月技改完成后投入運(yùn)行，是我國國內(nèi)第一臺(tái)成功投運(yùn)的600mW以上機(jī)組電袋復(fù)合式除塵器。電袋復(fù)合除塵器運(yùn)行阻力小于850Pa，清灰周期5.5個(gè)小時(shí)。2010年7月經(jīng)河南電力試驗(yàn)研究院測(cè)試，出口煙塵排放濃度為29.97mg/Nm3，各項(xiàng)運(yùn)行性能參數(shù)優(yōu)于設(shè)計(jì)值，除塵器運(yùn)行情況優(yōu)良。

4.3 安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司#1爐600MW機(jī)組

1）技術(shù)改造方案

原靜電除塵器為四列雙室五電場(chǎng)結(jié)構(gòu)。由于原除塵器投運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)，陰陽極等內(nèi)部件損壞嚴(yán)重，本次改造拆除所有電場(chǎng)的陰陽極系統(tǒng)及高低壓控制系統(tǒng)。第一電場(chǎng)布置全新的陰陽極系統(tǒng)，采用頂部電磁錘振打結(jié)構(gòu)，前后分成兩個(gè)獨(dú)立小分區(qū)供電，提高電場(chǎng)的安全可靠性；第二電場(chǎng)預(yù)留，暫作為自由沉降區(qū)；第三至第五電場(chǎng)的空間布置濾袋，作為布袋除塵區(qū)，采用低壓行脈沖清灰結(jié)構(gòu)以及4英寸大口徑淹沒式脈沖閥；保留利用原電除塵器的進(jìn)口喇叭、殼體、灰斗等；電袋復(fù)合除塵器共分為8個(gè)大獨(dú)立通道。

2）主要技術(shù)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)（見表3）

表3 主要技術(shù)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)

3）項(xiàng)目運(yùn)行效果

1#爐除塵器于2011年1月技改完成后投入運(yùn)行，電袋復(fù)合除塵器運(yùn)行阻力小于800Pa，清灰周期7個(gè)小時(shí)。經(jīng)蘇州熱工研究院測(cè)試，出口煙塵濃度為19.42mg/Nm3，電袋復(fù)合除塵器各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

簽于1#爐除塵器技改工程成功，性能優(yōu)越，2#爐600mW機(jī)組除塵器采用相同的技術(shù)方案，于2011年12月提效技改完成投運(yùn)。

5 結(jié)論

電袋復(fù)合除塵器是我國自主研發(fā)的新一代高效除塵器，其除塵效果不受煤種變化影響，保持長(zhǎng)期高效穩(wěn)定，運(yùn)行阻力低，濾袋壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊占地小，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單；尤其在除塵器提效改工程中具有排放濃度低、提效顯著、工程改造量小、施工工期短、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)，可作為解決細(xì)微顆粒粉塵排放、滿足嚴(yán)格的新粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)（《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011））最有效的技術(shù)方案之一。

[1]中國環(huán)境科學(xué)研究院，國電環(huán)境保護(hù)研究所.GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[2]林宏.電-袋復(fù)合除塵器的開發(fā)與應(yīng)用[J].水泥 CEMENT，2005(2)：37-40.

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[5]黃智賢，等.電袋復(fù)合除塵器內(nèi)臭氧產(chǎn)生和分解規(guī)律的研究.福州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010(6).