循環(huán)半干法脫硫中電改電袋除塵器的分析應(yīng)用

李文勇，王少權(quán)，張永，方培根

(浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆憬T暨 311800)

0 引言

在國內(nèi)燃煤電廠循環(huán)半干法煙氣脫硫工藝中，脫硫設(shè)備后級(jí)所配置的除塵器形式主要有電除塵器及布袋除塵器兩種，因與循環(huán)半干法脫硫配套的布袋除塵器在國內(nèi)起步較晚，前期與燃煤鍋爐配套的除塵設(shè)備以靜電除塵器為主。由于國家對(duì)燃煤電廠污染物排放的要求越來越高［1］，自2012-01-01后，除塵器出口粉塵排放濃度均要求控制在30mg/m3以下，現(xiàn)有的電除塵器已不能滿足排放要求。

提高電除塵器除塵效率的傳統(tǒng)方法是增加電場的收塵面積，但這些措施會(huì)受到場地的限制而使一些老電廠無法改造，且增加電場面積會(huì)使運(yùn)行成本大幅增加，并且對(duì)于在循環(huán)半干法脫硫中產(chǎn)生的直徑在10μm以下的微細(xì)粉塵的去除效率仍然不高。雖然可用高效的布袋除塵器進(jìn)行改造(電改袋)，但這也受到了場地限制，且其停爐改造時(shí)間長、運(yùn)行費(fèi)用高。目前已開發(fā)出一種電袋除塵器，它綜合了靜電除塵器和布袋除塵器的優(yōu)點(diǎn)，既能滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)，縮短停爐改造時(shí)間，又不受場地的影響，降低了電廠的除塵成本。針對(duì)電除塵器改電袋除塵器(電改電袋)，本文將探討循環(huán)半干法脫硫后級(jí)電除塵器電改電袋的優(yōu)勢，對(duì)改造過程應(yīng)注意的問題及改造后對(duì)系統(tǒng)的影響作出分析，并結(jié)合某改造工程說明電改電袋的可行性，以及對(duì)以后的實(shí)際操作中要注意的環(huán)節(jié)提出要求。

1 電袋除塵器改造優(yōu)勢

電除塵器具有處理煙氣量大、運(yùn)行阻力低、可使粉塵荷電，但易受煙氣特性的影響等特點(diǎn)，而布袋除塵器具有粉塵排放濃度低、不受粉塵特性影響，但系統(tǒng)阻力大、運(yùn)行維護(hù)量大的特點(diǎn)。作為電除塵器與布袋除塵器的結(jié)合體，電袋除塵器充分發(fā)揮了兩種除塵器的優(yōu)勢［2］，電袋除塵器是在粉塵進(jìn)入布袋除塵器前，通過電除塵器除去煙氣中的粗顆粒粉塵，并使含塵氣體在過濾之前，經(jīng)過一個(gè)電暈荷電過程，然后利用二級(jí)袋式除塵單元除去剩余的微細(xì)顆粒［3］，可適用于常規(guī)電除塵器與脫硫后級(jí)電除塵器的改造。然而在循環(huán)半干法脫硫后級(jí)電除塵器的改造中，電改電袋的作用與優(yōu)勢更加突出:

(1)由于已配套循環(huán)半干法脫硫除塵設(shè)備的機(jī)組，在爐后基本不會(huì)留有多余的場地，在后級(jí)電除塵器前后布置有脫硫吸收反應(yīng)器和引風(fēng)機(jī)，若采用對(duì)電除塵器擴(kuò)容的方法來解決粉塵排放是行不通的，而采用電改電袋方法則只需對(duì)原電除塵器的一個(gè)或兩個(gè)電場進(jìn)行改造，這樣既可以不影響原有脫硫設(shè)備的使用，又可以保證粉塵的達(dá)標(biāo)排放，改造方案根本不受場地的限制。

(2)由于電改電袋只需對(duì)原電除塵器的一個(gè)或兩個(gè)電場進(jìn)行改造，可以充分利用原電除塵器的進(jìn)口封頭、殼體、前級(jí)電場、整體鋼支架等，并保留原有的脫硫循環(huán)灰儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)及復(fù)雜的流風(fēng)機(jī)管道系統(tǒng)等，可大大減少改造施工工作量，節(jié)省施工工期，縮短停爐時(shí)間，節(jié)省投資。

(3)經(jīng)過電改電袋后，在循環(huán)半干法脫硫運(yùn)行時(shí)，電袋除塵器的電除塵部分主要起預(yù)除塵和荷電作用，加上脫硫過程需對(duì)循環(huán)灰加水增濕，大多數(shù)灰的比電阻下降，粉塵荷電能力加強(qiáng)，經(jīng)布袋除塵器后，在濾袋上形成一高荷電量的濾餅層，對(duì)超細(xì)粉塵粒子的去除效率也有所增強(qiáng)，電袋除塵器出口的粉塵排放濃度可低于10mg/m3。另外，大量的含吸收劑的粉塵在濾布上形成濾餅層后，因煙氣的過濾速度低，煙氣中沒有被吸收的SO2氣體在通過濾餅層時(shí)繼續(xù)與堿性吸收劑反應(yīng)，延長了SO2被吸收的時(shí)間，對(duì)提高SO2的去除效率非常有利，經(jīng)過改造前后比較，脫硫效率可提高5% ～10%。因此，電改電袋在循環(huán)半干法脫硫工藝中對(duì)提高粉塵排放效果及脫硫效率提高方面均有明顯作用。

(4)在循環(huán)半干法脫硫中，進(jìn)入后級(jí)除塵器中的煙氣粉塵濃度可達(dá)1500g/m3，同純布袋除塵器相比，電袋除塵器前部的電除塵器的預(yù)收塵作用可降低后部的布袋除塵負(fù)荷，同時(shí)未被電場完全除去的細(xì)微粉塵經(jīng)過電暈級(jí)荷電，粉塵荷電可改善濾袋表面的粉塵結(jié)構(gòu)，使粉塵層孔隙率高、透氣性好、易于剝落，可降低濾袋阻力，因而可以延長濾袋的清灰周期和降低濾袋的噴吹壓力。另外，循環(huán)半干法脫硫需加水降溫，脫硫后的煙氣溫度約75℃，遠(yuǎn)低于純粹除塵時(shí)的鍋爐出口煙氣溫度，可大大延長濾袋的使用壽命。

(5)對(duì)現(xiàn)在引風(fēng)機(jī)的情況，若在沒有脫硫設(shè)備的情況下進(jìn)行改造，由于原電除塵器運(yùn)行阻力低，電改電袋后，布袋除塵器的阻力較高，因此系統(tǒng)阻力會(huì)增加約1000Pa。在配有循環(huán)半干法脫硫設(shè)備的情況下進(jìn)行電改電袋，由于脫硫反應(yīng)器內(nèi)的煙氣粉塵濃度高，系統(tǒng)運(yùn)行阻力大，故在引風(fēng)機(jī)選型時(shí)考慮多種煙氣工況的變化，最大壓頭約為6500Pa，余量約1300Pa，滿足系統(tǒng)增加的阻力要求，基本可不更換原有引風(fēng)機(jī)。因此，電改電袋適合于循環(huán)半干法脫硫后級(jí)電除塵器的改造。

2 電袋除塵器改造技術(shù)要點(diǎn)

2.1 保留電場數(shù)量的確定

電除塵器改造為電袋除塵器后保留幾個(gè)電場較為合適需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)的比較。根據(jù)多個(gè)工程的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通常半干法脫硫配套電袋除塵器中袋區(qū)過濾速度宜取小于1.1m/min，一般只需對(duì)最后兩個(gè)電場進(jìn)行改造，即保留前面一個(gè)或兩個(gè)電場。在循環(huán)半干法脫硫中，進(jìn)入除塵裝置的粉塵濃度高達(dá)1500g/m3左右，按單個(gè)電場除塵效率90%計(jì)算，若保留兩個(gè)電場，進(jìn)入袋區(qū)的粉塵濃度可下降到15g/m3左右，因電除塵部分對(duì)未捕集的粉塵起到荷電作用，粉塵荷電可改善濾袋表面的粉塵結(jié)構(gòu)，降低濾袋的阻力上升率，延長濾袋的清灰周期、節(jié)省清灰能耗、延長濾袋使用壽命。因此在保證上述過濾速度的前提下宜盡量保留較多的電場數(shù)，這不僅可減少一次性投資，而且可長期穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 氣流分布結(jié)構(gòu)形式的確定

由于電袋除塵器是由電除塵單元和布袋除塵單元結(jié)合形成，因兩者結(jié)構(gòu)的不同，必然會(huì)在結(jié)合部產(chǎn)生煙氣分配的均勻性問題。在大型靜電除塵器內(nèi)煙氣通常為水平流動(dòng)方式，而布袋除塵器傳統(tǒng)的進(jìn)氣方式為下進(jìn)氣，因此，需要在不同部位采取適當(dāng)?shù)臍饬鞣植即胧?。由于循環(huán)半干法脫硫后煙氣中的粉塵濃度很大，故要求對(duì)電除塵器單元的進(jìn)口封頭進(jìn)行適當(dāng)改造并設(shè)置2～3層多孔的氣流均布板，并在適當(dāng)部位增設(shè)均布板振打電機(jī)，而且多孔板的開孔方式與常規(guī)電除塵器有所區(qū)別，一般上部開孔率低于下部開孔率，使煙氣盡可能從下部走。在兩單元的結(jié)合處增加一道或兩道多孔板進(jìn)行處理，這樣不僅可以減少煙氣對(duì)濾袋的直接沖刷，而且可以迫使部分煙氣從濾袋的底部進(jìn)入，由平進(jìn)氣方式變?yōu)橄逻M(jìn)氣方式。另外，由于電除塵器極板要比濾袋長，在布袋除塵單元的下部有很大一片空區(qū)，為保持所有濾袋底面的高度一致，設(shè)計(jì)臺(tái)階式的濾室布置方式。臺(tái)階式布置即順氣流方向?yàn)V袋布置逐步降低的方式，類似在下面布置了一個(gè)漸縮煙道，以保持煙氣流速大致恒定，使分布各室的煙氣量比較均勻，通過以上方法可保證電袋除塵器內(nèi)部氣流經(jīng)過布袋除塵單元時(shí)流速、氣量分配均勻，確保氣流由底部上升，防止對(duì)濾袋的直接沖刷。

2.3 布袋除塵單元的清灰控制確定

在循環(huán)半干法脫硫電改電袋除塵器工程中，由于循環(huán)半干法脫硫的工藝特性，附著在濾袋上的灰量大，且灰的循環(huán)周期較長、粘性大，對(duì)濾袋的透氣性影響很大。在脫硫的改造中，對(duì)布袋除塵單元的清灰控制進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)定，采用在線清灰方式，將清灰壓力提高到了0.25MPa～0.35MPa，脈沖閥的開啟時(shí)間也延長到150ms～200ms，并適當(dāng)?shù)臏p小布袋的噴吹周期，使整個(gè)電袋除塵器的阻力保持在1500Pa左右，不僅可延長濾袋的使用壽命，又可保證設(shè)備的正常運(yùn)行。另外由于脫硫過程中工藝水的加入，煙氣溫度降至75℃，相對(duì)濕度為45%，為防止脫硫后的煙氣水分在濾袋及殼體上結(jié)露，在寒冷地區(qū)應(yīng)特別注意布袋除塵單元的外保溫，保溫棉可由原來的100mm增加到200mm。

2.4 布袋濾料的選擇

布袋濾料的選擇直接關(guān)系到濾料的使用壽命與投資費(fèi)用。循環(huán)半干法脫硫中的布袋濾料一般選用PTFE或PPS+PTFE浸漬材料。PTFE濾料的耐酸堿性、耐水解性、耐溫性及抗氧化性均很高，使用壽命長，但價(jià)格昂貴，適合于溫度、NOx與O2濃度較高的煙氣;而PPS+PTFE浸漬濾料的耐酸堿性、耐水解性適中，但價(jià)格便宜，適合于溫度、NOx與O2濃度適中的煙氣。在常規(guī)循環(huán)半干法脫硫后煙氣溫度約75℃，高出露點(diǎn)溫度20℃以上，且在實(shí)際工程中除塵器出口的臭氧濃度極低，基本可忽略臭氧對(duì)濾料的影響，因此，在電袋復(fù)合除塵器中可選用性價(jià)比較高的PPS+PTFE浸漬材料作為濾料，這樣既可確保濾袋的使用壽命，又可以節(jié)省投資費(fèi)用。

3 應(yīng)用實(shí)例

某電廠200MW機(jī)組于2004年建設(shè)，并在爐后配設(shè)循環(huán)半干法脫硫除塵設(shè)備，由于當(dāng)時(shí)環(huán)保要求不高，粉塵排放濃度最高限值為100mg/m3，經(jīng)綜合考慮，采用2臺(tái)雙室四電場的電除塵器作為脫硫后除塵器，這不僅能確保粉塵的達(dá)標(biāo)排放，而且能減小系統(tǒng)的運(yùn)行阻力。由于燃用煤種的變化，現(xiàn)煙氣中粉塵屬于高比電阻粉塵，使除塵效率顯著下降，粉塵排放濃度超過100mg/m3，不符合國家的排放標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)電除塵器必須實(shí)施改造。為節(jié)省改造周期和降低改造費(fèi)用，方案中保留了一、二電場，利用原有的電除塵器的外殼，在頂部進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，在拆除三、四電場?nèi)的極線、極板、振打裝置、高壓硅整流裝置和出口封頭后，安裝布袋除塵器單元，頂部增加部分殼體，合并成電袋除塵器的復(fù)合結(jié)構(gòu)，濾袋采用PPS+PTFE浸漬處理，設(shè)置必要的扶梯平臺(tái)，對(duì)原有設(shè)備的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)。

該電廠200MW機(jī)組的循環(huán)半干法脫硫電改電袋在經(jīng)過1個(gè)月的改造工期后，一直運(yùn)行良好，脫硫投運(yùn)時(shí)電袋前后差壓能長期穩(wěn)定在1300Pa左右，較常規(guī)循環(huán)半干法脫硫后袋式除塵器低300Pa左右，噴吹周期長達(dá)4h左右，壓縮空氣耗量為常規(guī)半干法脫硫后袋式除塵器的1/3左右。經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門測試，粉塵排放實(shí)測為30mg/m3左右。除塵器改造前后的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 電袋除塵器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

4 結(jié)語

(1)電袋除塵器結(jié)合了電除塵器及布袋除塵器的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，對(duì)鍋爐燃料及工況變化的適應(yīng)性強(qiáng)，特別是對(duì)細(xì)微粉塵的脫除效果好。

(2)電除塵器改造為電袋除塵器改造工期短，見效快。如采用電場擴(kuò)容方案，則工期長，費(fèi)用高。

(3)對(duì)于現(xiàn)役機(jī)組循環(huán)半干法脫硫配套電除塵器改造，電袋除塵方式是最經(jīng)濟(jì)、效果最佳的，具有很大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保優(yōu)勢，應(yīng)用前景十分廣闊。

［1］GB 13223－2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］張秀琨，鄭 剛.電袋復(fù)合除塵器研究與應(yīng)用［J］.能源技術(shù)與管理，2007，(3):74 －75.

［3］戴日俊，李 偉.電—袋復(fù)合除塵器捕集微細(xì)粒子的理論淺析［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(2):22－24.