沸騰鍋爐組合式除塵系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】沸騰燃燒方式能夠較好地利用劣質(zhì)褐煤。但是，由于這種鍋爐的特殊燃燒方式，帶來諸多環(huán)境問題，如治理技術(shù)難度大、運(yùn)行不穩(wěn)定和管理困難等一系列問題。主要表現(xiàn)有：一是粉塵污染問題相當(dāng)嚴(yán)重，一般排放煙塵濃度在50000-70000mg/M3，經(jīng)一級分離處理難以達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)200mg/M3以下；二是煙氣溫度高；三是對管道和引風(fēng)機(jī)磨損嚴(yán)重；四是需要配套褐煤粉碎裝置等等。經(jīng)過多年實(shí)踐研究，筆者嘗試并排除了單一除塵模式。采用并推廣了適宜沸騰爐除塵和便于運(yùn)營管理的組合式除塵系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)具有穩(wěn)定地達(dá)到國家或地方排放標(biāo)準(zhǔn)，占地面積較少、抗沖擊能力較強(qiáng)、便于操作管理、減少二次污染、資源循環(huán)利用等方面的優(yōu)良性能。

【關(guān)鍵詞】沸騰鍋爐；組合式除塵；系統(tǒng)設(shè)計；達(dá)標(biāo)排放

一、旋風(fēng)除塵器的選擇

由于城市空間有限和粉塵二次污染問題，首先排除了重力沉降室和慣性除塵器。選擇了結(jié)構(gòu)簡單，本身無運(yùn)動部件和特殊的附屬設(shè)備，占地面積小，制造、安裝投資較少，操作、維護(hù)簡便，壓力損失較少，動力消耗不大，運(yùn)轉(zhuǎn)、維護(hù)費(fèi)用較低。性能穩(wěn)定，不受粉塵深度和煙氣溫度限制。根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征和除塵效果要求、允許的阻力和制造條件因素，合理地選擇旋風(fēng)除塵器的型式。煙氣流量的變化與旋風(fēng)除塵器適宜的煙氣流速相適應(yīng)，以期取得良好的除塵效果。除塵器根據(jù)允許壓力降確定進(jìn)口氣流速度，根據(jù)允許的壓降計算進(jìn)口氣速，由下式可得

γ：入口速度，m/s；

△P：除塵器壓力損失，kpa；

δ：局部阻力系數(shù)；

ρ：氣體密度，kg/m3。

確定旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口截面A，入口寬度b和高度h。根據(jù)處理氣量由下式?jīng)Q定進(jìn)口截面積A。

A：旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口截面積，m2；

Q：旋風(fēng)除塵器處理風(fēng)量

γ：入口速度，m/s。

確定旋風(fēng)除塵器各部分幾何尺寸應(yīng)遵循的幾項(xiàng)原則：

1、為防止粒子短路漏到出口管，h≤s，其中s為排氣管插入深度；

2、為避免過高的壓力損失，b≤（D-d）/2；

3、為保持渦流的終端在錐體內(nèi)部，（H+L）≥3 D；

4、為利于粉塵易于滑動，錐角=7°～8°，其中H為圓柱體高，L為錐體高；

5、為獲得最大的除塵效率，d/D≈0.4～0.5，（H+L）/d≈8～10；s/d≈1。

二、沖擊水浴式除塵器結(jié)構(gòu)及工作原理

沖擊水浴除塵器由于它沒有噴嘴，也沒有很窄的縫隙。因此，不容易發(fā)生堵塞。主要結(jié)構(gòu)由噴頭、本體、水池、擋水板、進(jìn)氣管、排氣管、進(jìn)水管和溢流管等部分組成。圓形沖擊式水浴除塵器一般按下式確定筒體及噴頭尺寸

D簡：水洗除塵器筒體直徑，m；

γ簡：水洗除塵器截面風(fēng)速，1～2m/s；

d簡：噴頭直徑，m；

γ簡：噴頭沖擊速度，10～15m/是；

Q簡：處理含塵空氣量m3/h。

當(dāng)含塵氣體以一定的速度經(jīng)本體中央噴頭沖擊于洗滌液上，較大塵粒由于慣性作用落入液中，而較細(xì)的塵粒則隨著氣體以18～35 m/ s的速度通過“S”形葉片通道，高速氣體在通道處通過時，強(qiáng)烈地沖擊著液體，形成大量的水花，使氣液充分接觸，塵粒就被液滴所捕獲。凈化后的氣體通過氣液分離室和擋水板，去除水滴后排出。被捕獲的塵粒隨循環(huán)水排至沉降室。機(jī)組內(nèi)的水位由水位自動控制裝置、溢流箱、循環(huán)泵等構(gòu)成。從而保證除塵器的水位恒定，噴嘴沒水深度一般維持在10～20mm.如果噴頭氣流速度過大、沒水深度過高，除塵器阻力相應(yīng)增大，除塵效率會小幅提高。

三、沖擊式水浴除塵器技術(shù)性能與影響因素

1、阻力、除塵效率與處理風(fēng)量的關(guān)系。當(dāng)溢流堰高出“S”形葉片上沿50mm時，設(shè)備阻力隨風(fēng)量增加而增長。2、氣體入口含塵濃度與除塵效率的關(guān)系。沸騰爐滿負(fù)荷熱態(tài)監(jiān)測結(jié)果表明，除塵效率與入口濃度呈正比，雖然出口含塵濃度也隨之而略有升高，但仍遠(yuǎn)好于一般干式除塵器凈化后的排放濃度。這類除塵裝置對凈化高濃度含塵氣體有突出的優(yōu)點(diǎn)。3、除塵效率與水位的關(guān)系。除塵器的水位對除塵效率、阻力都有很大影響。水位高，除塵效率就提高，但阻力也相應(yīng)增加。水位低，阻力也低，但除塵效率也隨之而降低。實(shí)踐以溢流堰高出葉片下沿50mm為益。4、供水及水位自動控制。為保持水位穩(wěn)定，機(jī)組設(shè)新鮮水和循環(huán)水兩兩套供水管路。循環(huán)水為基本供水單元，新鮮水為應(yīng)急供水單元，兩套供水分別由自動調(diào)節(jié)機(jī)組內(nèi)的電極和繼電器控制啟閉。水面波動控制在3～10mm的范圍內(nèi)。如發(fā)生事故性的高、低水位時，自動發(fā)出紅燈及響聲報警。在事故水位過低時，風(fēng)機(jī)會自動停轉(zhuǎn)，避免機(jī)組內(nèi)部積灰堵塞。

四、沸騰鍋爐組合式除塵系統(tǒng)設(shè)計

（一）除塵系統(tǒng)。由于沸騰鍋爐排放粉塵濃度特別大，僅用旋風(fēng)除塵器或沖擊水浴除塵器都難以達(dá)到國家或地方排放標(biāo)準(zhǔn)。即使單機(jī)凈化效率達(dá)到98%或99%，也達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，我們采取兩級串聯(lián)除塵方式：初級選擇低阻低效的旋風(fēng)除塵器，利用旋轉(zhuǎn)的含塵氣體所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來。主要解決粒徑大于20μm的粉塵；再串接一臺高阻高效的沖擊式水浴除塵器，去除大量的較小顆粒。除塵系統(tǒng)如下圖所示

（二）粉塵、污水二次污染的綜合防治。經(jīng)旋風(fēng)除塵器分離出來的粉塵與沖擊水浴除塵器分離出來的粉塵統(tǒng)一匯入沉降池中，防止旋風(fēng)除塵器干灰二次污染（如上圖所示）。經(jīng)過沉降的粉煤灰，送加汽混凝土廠加工成建筑用砌塊，制成可代替紅磚的輕質(zhì)建筑材料。沉降池不向外環(huán)境排放廢水，灰水經(jīng)沉淀澄清后返回除塵器循環(huán)使用，流失的水分需自動地向除塵器補(bǔ)充新鮮水。

（三）運(yùn)行過程中解決的幾個問題。1、為防止除塵器磨損，采用耐磨材質(zhì)制成易損件部件，取得滿意效果；2、沖擊式水浴除塵器運(yùn)行過程中，水質(zhì)PH值為弱酸性。由于，鍋爐在高溫燃燒過程中產(chǎn)生SO2、CO2、NOx酸性氣體。煙氣中CO2遇水生成不穩(wěn)定的碳酸（CO2+H2O→←H2CO3）；SO2遇水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸（SO2+H2O=H2SO3）、NOx遇水生成亞硝酸（NOx+H2O=HNO）。這此化學(xué)物質(zhì)會使水溶液呈酸性，對金屬器件具有腐蝕性。解決金屬防腐問題，采用防腐耐高溫的新型材料，如902-A3二甲苯不飽和聚脂做為液相中機(jī)器元件的防腐材料。3、添加表面活性劑來增加炭黑和微小顆粒的親水性能，增加氣液分離效果。經(jīng)過試驗(yàn)，添加萬分之一即可取得滿意效果。

五、結(jié)論

沸騰燃燒鍋爐除塵系統(tǒng)在額定工況下實(shí)地監(jiān)測結(jié)果顯示，鍋爐出口排放顆粒物濃度、林格曼黑度均能穩(wěn)定地達(dá)到國家或地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過連續(xù)幾年運(yùn)行，該系統(tǒng)具有安全可靠，除塵效果穩(wěn)定，操作便捷，消除了二次污染，對改善周圍環(huán)境直到良好效果。同時對降解二氧化硫、氮氧化物等有害氣體的排放也起到一定凈化作用。