循環(huán)流化床鍋爐袋式除塵器改造研究

曹成虎，喬玉華，武永強，李東陽

(1.內(nèi)蒙古鄂爾多斯雙欣電力公司，內(nèi)蒙 棋盤井 016064；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 概述

大型袋式除塵器已成功應(yīng)用于我國燃煤電廠300MW和600MW機(jī)組上，袋式除塵技術(shù)在微細(xì)煙塵控制方面具有一定技術(shù)優(yōu)勢[1-3]，滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)要求[4]；但如設(shè)備的設(shè)計選型不合理會造成運行能耗高和濾袋壽命短的問題，影響機(jī)組的高效穩(wěn)定運行。

內(nèi)蒙古鄂爾多斯雙欣電力公司2×300t/h循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組，分別于2009年、2010年投入運行。鍋爐尾部原配備袋式除塵器，由于原袋式除塵器結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計參數(shù)選擇不合理，加上煤種變化、煙氣量增大等諸多方面的原因，造成除塵系統(tǒng)運行阻力高，嚴(yán)重影響機(jī)組帶負(fù)荷能力；同時出現(xiàn)濾袋經(jīng)常破損、除塵效率下降、煙塵排放濃度嚴(yán)重超標(biāo)情況。為了解決以上問題，我們對該除塵系統(tǒng)進(jìn)行了全面地分析，提出了有針對性的優(yōu)化改造方案，取得了良好的改造效果。

2 改造前除塵系統(tǒng)問題

2.1 系統(tǒng)概述

鍋爐設(shè)計燃用低熱值煙煤，循環(huán)流化床燃燒方式，通過爐內(nèi)加石灰石脫硫，脫硫效率為90%。鍋爐汽水系統(tǒng)采用單汽包自然循環(huán)，固態(tài)排渣。鍋爐設(shè)計耗煤量65.7t/h，耗石灰石6.5t/h?？諝忸A(yù)熱器采用管式逆流式，設(shè)計排煙溫度為135℃；煙氣除塵為分箱體袋式除塵器，配2臺離心式引風(fēng)機(jī)。煤質(zhì)分析見表1，除塵器設(shè)計參數(shù)見表2。

2.2 原袋式除塵器結(jié)構(gòu)型式

2×300t/h爐各配1臺分箱體袋式除塵器，結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。原除塵器進(jìn)口煙道和除塵器本體如圖1所示。兩空預(yù)器出口煙道在除塵器進(jìn)口前水平煙道段匯合，通過除塵器中間進(jìn)口楔形煙道進(jìn)行煙氣流量分配，煙氣從各個箱體下部灰斗處，自下而上進(jìn)入濾袋區(qū)，經(jīng)過中箱體濾袋過濾后，凈煙氣通過提升閥匯總到中間出口煙箱，由引風(fēng)機(jī)排出。

圖1 原除塵器進(jìn)口煙道及本體示意

表1鍋爐煤質(zhì)工業(yè)分析

項 目設(shè)計煤種2012.012012.02.21(試驗期間)Mar/%1.897.58.10Mad/%0.851.542.37Aar/%52.8948.1440.64Vdaf/%43.4239.5236.22Sar,ad/%1.591.111.40Qnet,ar/MJ·kg-12.9611.6514.43

表2原除袋式除塵器設(shè)計參數(shù)(單臺爐)

項 目數(shù) 值處理煙氣量/m3·h-1599858過濾面積/m212279過濾風(fēng)速/m·min-10.81濾袋形式、材質(zhì)長袋低壓,固定行噴;PPS濾袋規(guī)格/mmΦ165×7050,3360條脈沖閥參數(shù)3'';280個倉室數(shù)量/個2列,共12個入口煙塵濃度/g·m-3正常56;最大65煙塵排放濃度/mg·m-3<30除塵效率/%≥99.95煙氣溫度/℃133設(shè)備運行阻力/Pa<1200

2.3 除塵系統(tǒng)存在的問題

原袋式除塵器結(jié)構(gòu)型式不合理，設(shè)計選型參數(shù)偏小，運行阻力高達(dá)到1900Pa左右，系統(tǒng)受引風(fēng)機(jī)出力的限制，嚴(yán)重影響鍋爐帶負(fù)荷能力。濾袋破損頻繁，平均運行3個月每臺爐需要更換百余條濾袋，除塵效率下降，出口煙塵排放濃度>380mg/m3，引風(fēng)機(jī)葉片磨損嚴(yán)重，影響機(jī)組安全運行。濾袋破損后會造成連帶影響，加速周圍濾袋破損；檢修過程中發(fā)現(xiàn)濾袋破損部位的噴吹管容易被泄露粉塵磨漏。袋式除塵器的漏風(fēng)率偏高，達(dá)到了8%左右。2012年初對3、4號爐袋式除塵器進(jìn)行了性能試驗，主要性能指標(biāo)試驗結(jié)果見表3。

表3袋式除塵器性能試驗結(jié)果

項 目3號爐除塵器4號爐除塵器鍋爐負(fù)荷/t·h-1278275煙氣量/104m3h-173.9576.50過濾風(fēng)速/mmin-11.011.04煙氣溫度/℃131135煙塵濃度/mg·m-3364385運行阻力/Pa19761900漏風(fēng)率/%8.487.90引風(fēng)機(jī)電流/A116/116113/114

3 除塵器改造方案研究

3.1 濾袋破損分析

除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，煙氣流場分布不均；濾袋間距偏小，氣流上升速度過高，加上入口煙塵濃度較高，噴吹頻率增加都會造成濾袋的機(jī)械磨損[5]。鍋爐管式空預(yù)器受到煙塵磨損和腐蝕，漏風(fēng)嚴(yán)重，除塵器入口氧量經(jīng)常超過10%，易造成PPS濾袋氧化失效。為了研究分析濾袋破損主要原因，2012年對破損的濾袋進(jìn)行檢測，結(jié)果表明濾袋存在較為嚴(yán)重的機(jī)械性破壞，濾袋磨損痕跡十分明顯。濾料的拉伸強度很高，仍處在新濾料初始范圍內(nèi)，主要原因為機(jī)械性磨損。

3.2 試驗測試和數(shù)值模擬研究

試驗測試鍋爐煙氣量大于設(shè)計值，折算到滿負(fù)荷達(dá)到77.74×104m3/h，比原設(shè)計值增加了29%，過濾風(fēng)速為1.06m/min。利用計算機(jī)模擬計算，得到除塵系統(tǒng)三維流場定量描述的數(shù)值解[6-7]。按照1∶1比例建立模型，采用結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格。設(shè)置濾袋為多孔跳躍、速度進(jìn)口、壓力出口和墻等邊界條件。采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型，控制容積積分法離散控制方程，SIMPLE算法，對流項為一階迎風(fēng)格式[8-9]。計算得到進(jìn)氣煙道內(nèi)各箱體煙氣量分布不均，前后箱體流量偏差達(dá)到20%，如圖2所示；同一箱體內(nèi)靠近外側(cè)煙氣流量偏大，濾袋袋底流速高，最高達(dá)到3m/s，濾袋磨損快，與實際情況中濾袋經(jīng)常出現(xiàn)破損的位置一致，如圖3所示。

圖2 原袋式除塵器箱體進(jìn)口流量分配

圖3 原袋式除塵器全流場和袋底流場分布

通過試驗測試和數(shù)值模擬分析，造成除塵器濾袋破損頻繁和運行阻力高的根本原因是設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，同時安裝質(zhì)量和運行維護(hù)也存在不足：除塵器煙氣進(jìn)、出口型式復(fù)雜，煙氣流程變化多，阻力增大；進(jìn)口楔形煙道煙氣流量分布不均，各濾袋箱體流量偏差大，達(dá)到20%；濾袋間距過小，濾袋排列過于緊密，容易造成搭接，氣流上升速度高，不利于過濾和清灰；濾袋底距離灰斗上沿空間過小，沉降空間不夠；袋底流速過高，不利于流場分布，容易造成袋底灰磨損嚴(yán)重；采用離線清灰方式至少有一個倉室處于離線狀態(tài)清灰，造成過濾面積相對減少，此時過濾風(fēng)速將提高到1.16m/min以上；除塵器噴吹系統(tǒng)安裝存在質(zhì)量問題，造成濾袋噴吹破損。

3.3 除塵器改造方案介紹

依據(jù)對系統(tǒng)的研究結(jié)果、結(jié)合場地條件，針對循環(huán)流化床鍋爐煙塵特性[10]，制定科學(xué)合理的除塵器改造方案。改造方案見圖4，改造后布袋除塵器設(shè)計參數(shù)見表4。

圖4 袋式除塵器改造方案

(1)將原除塵器中間進(jìn)氣改為兩側(cè)水平直通進(jìn)氣，將兩側(cè)空預(yù)器煙道直接通過兩個進(jìn)口喇叭水平引入除塵器新增殼體，取消中間楔形煙道和灰斗下進(jìn)氣方式，原出口方式保持不變。

(2)在原除塵器進(jìn)口前增設(shè)4500mm長殼體和鋼支架。新增殼體前1500mm部分為重力沉降室，中間設(shè)置均流板；殼體后3000mm部分內(nèi)布置濾袋、噴吹閥和提升閥等，增加除塵器總過濾面積；新增殼體內(nèi)設(shè)置旁路系統(tǒng)，設(shè)置灰斗和輸灰系統(tǒng)。

(3)將原上箱體、中箱體提高3000mm，濾袋增長至7550mm。上箱體、花板、噴吹系統(tǒng)、提升閥布置利舊。

(4)拆除原中箱體內(nèi)的中間隔板，增加設(shè)置必要的斜撐和橫撐，保證設(shè)備整體強度，將單側(cè)濾袋中箱體內(nèi)聯(lián)通。保留原凈氣室內(nèi)的隔板和提升閥，仍然可以實現(xiàn)在線檢修和更換濾袋。

3.4 改造后對系統(tǒng)運行影響

(1)通過數(shù)值模擬優(yōu)化除塵器改造方案，計算改造后清潔濾袋設(shè)備本體阻力為610Pa，考慮粉塵層增加的阻力，設(shè)備最大運行阻力為1200Pa左右[11]，比改造前系統(tǒng)阻力降低約700Pa。2012年5月3號爐袋式除塵器改造投運后，在鍋爐負(fù)荷295t/h工況下，設(shè)備運行阻力為1100Pa，與改造前計算結(jié)果基本一致，達(dá)到改造預(yù)期效果。

(2)3、4號爐除塵器改造后實現(xiàn)鍋爐滿負(fù)荷穩(wěn)定運行，引風(fēng)機(jī)電流明顯降低，系統(tǒng)能耗降低，同時增加了系統(tǒng)發(fā)電量，每年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1552.6萬元(見表5)。煙塵排放濃度≤30mg/m3，實現(xiàn)煙塵達(dá)標(biāo)排放。表中機(jī)組年利用小時按5500h計算，電費按0.35元/(kW·h)計算。

表4改造后袋式除塵器設(shè)計參數(shù)(單臺爐)

項 目參 數(shù)處理煙氣量/m3·h-1739500過濾面積/m214872過濾風(fēng)速/m·min-10.828濾袋形式、材質(zhì)長袋低壓,固定行噴;PPS脈沖閥參數(shù)3'';320個濾袋規(guī)格/mmΦ165×7550,3800條倉室數(shù)量/個2個煙塵排放濃度/mg·m-3<30除塵效率/%≥99.95設(shè)備運行阻力/Pa<1200

表5改造前后系統(tǒng)運行經(jīng)濟(jì)性對比

除塵器鍋爐負(fù)荷/t·h-1運行阻力/Pa引風(fēng)機(jī)電流/A改前改后改前改后改前改后減少電耗104(kW·h)/a增加電量104(kW·h)/a濾袋節(jié)約費萬元/a經(jīng)濟(jì)效益萬元/a3號爐27829519761100116/11689/90175200028789.254號爐27529219001090113/11498/9999200228763.35

4 結(jié)語

(1)袋式除塵技術(shù)能夠滿足火電廠煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)要求，除塵器本體結(jié)構(gòu)型式和選型設(shè)計參數(shù)十分關(guān)鍵，直接影響設(shè)備運行阻力和濾袋使用壽命，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運行。

(2)改造項目要針對鍋爐機(jī)組煙氣除塵系統(tǒng)存在的關(guān)鍵問題進(jìn)行全面分析，充分利用現(xiàn)場試驗測試、實驗室研究和計算機(jī)數(shù)值模擬等多種研究手段，制定科學(xué)合理的改造方案。

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