淺談燃煤鍋爐煙道除塵的可行性

宋傳志

[摘要]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生活水平的提高，集中供熱的興起，大型熱源聯(lián)網(wǎng)供熱不斷的發(fā)展壯大，給人民的生活帶來溫暖。然而，近年來全國各地區(qū)霧霾天氣的出現(xiàn)，使原本幸福安逸的生活變得岌岌可危。人們逐漸的意識到，再發(fā)展科技，提高供暖水平的同時(shí)，環(huán)境污染的控制及治理是不可忽視的重要問題。在我國煤炭儲量豐富，我國北方的供暖仍以燃煤鍋爐房為主，煤炭燃燒產(chǎn)生的煙氣是形成霧霾天氣的原因之一。如何在保障人們供暖需求的同時(shí)，減少污染物的排放，降低霧霾天氣的發(fā)生，是我們此次研究的目的。

[關(guān)鍵詞]燃煤鍋爐；煙道除塵

茌供暖行業(yè)中，除塵器是燃煤鍋爐煙氣除塵的主要設(shè)備，根據(jù)除塵器除塵機(jī)理的不同，一般可以分為機(jī)械式除塵器、濕式除塵器、過濾式除塵器和電除塵器。根據(jù)除塵器除塵機(jī)理繪制下表。

隨著2014年7月新環(huán)保法的實(shí)施，環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的提高。供暖企業(yè)對除塵器的使用已經(jīng)從原來效率較低的機(jī)械式除塵器和濕式除塵器改為除塵效率更高的過濾式除塵器。袋式除塵器已經(jīng)逐步成為供暖企業(yè)的酋選。在正常運(yùn)行的情況下，袋式除塵器完全可以滿足新環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。然而，在鍋爐點(diǎn)火階段，各供暖企業(yè)為了保護(hù)袋式過濾器的濾袋，延長袋式除塵器的使用壽命，各供暖企業(yè)往往在鍋爐點(diǎn)火階段將袋式過濾器旁通掉，這樣鍋爐點(diǎn)火階段的濃煙將不通過除塵器而直接排放到大氣中。由于這種情況的出現(xiàn)，我們考慮利用煙道自身進(jìn)行初期的除塵處理以保護(hù)袋式除塵器和降低煙氣排放濃度。

利用煙道進(jìn)行除塵主要有兩種方式，一種是在煙道內(nèi)加設(shè)附件，例如擋板，過濾設(shè)施等，這種設(shè)計(jì)會嚴(yán)重影響煙道的流通性，煙氣阻力也會增大很多。第二種就是利用慣性碰撞進(jìn)行煙道除塵，例如在煙道設(shè)計(jì)中經(jīng)常會有彎頭或流向改變的地方，這些地方均會產(chǎn)生慣性碰撞，煙氣里固體顆粒會通過碰撞與煙氣分離，進(jìn)而減少煙氣內(nèi)的含塵量，但這種分離相應(yīng)也會增加煙氣的阻力，進(jìn)而增加引風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，增大電耗，但這種除塵的效率很低。我們分別從這兩種方式出發(fā)，闡述利用煙道除塵的可行性。

慣性除塵是使含塵氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性作用使其與氣流分離，其方式有兩種，一種是碰撞式，一種是回轉(zhuǎn)式。碰撞式是指含塵氣流進(jìn)入后，氣體和較細(xì)的粉塵繞過擋板，顆粒較大的粉塵因慣性較大而撞擊到擋板上，并靠重力沿?fù)醢逑侣渲粱叶?。適用于管道的自然轉(zhuǎn)彎處，可在動力消耗不大的情況下將粒徑較大的粉塵除掉?；剞D(zhuǎn)式是指含塵氣流進(jìn)入后，粒徑較大的粉塵靠慣性力沖入預(yù)設(shè)的收集裝置中，而氣體和慣性較小的細(xì)粉塵則轉(zhuǎn)彎穿過擋板經(jīng)出口排出。鍋爐房煙道設(shè)計(jì)中的回轉(zhuǎn)式見下圖。

慣性碰撞的效率通常取決于兩個(gè)因素，一是氣流速度的影響，氣流速度在捕集體周圍的分布，它隨氣體相對捕集體流動的雷諾數(shù)Re而變化。Re定義式為：Re=upD/v。式中u是氣流相對于捕集體的流速。二是顆粒運(yùn)動軌跡，它取決于顆粒的質(zhì)量、氣流阻力、以及氣流速度等。描述顆粒運(yùn)動特征的參數(shù)，可以采用無因次的慣性碰撞參數(shù)St，在大氣污染控制工程設(shè)計(jì)中給出，St=d*d*p*u*C/（18*v*D）。式中u表示氣流流速，d表示阻力。

慣性除塵的氣流速率越高，氣流方向轉(zhuǎn)變角度越大，轉(zhuǎn)變次數(shù)越多，除塵效率越高，壓力損失也越大。慣性除塵適用于臺塵顆粒較大的煙氣，由于其除塵效率不高，所以只適用于除塵中的一級除塵，其捕集粉塵顆粒粒徑約在1 0～20um之間。所以是否在煙道管段設(shè)置除塵裝置我們還需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。

在煙道內(nèi)設(shè)置除塵效果更高的濾料來對煙道進(jìn)行臨時(shí)除塵，等運(yùn)行平穩(wěn)后關(guān)閉此過濾煙道，繼續(xù)利用除塵設(shè)備進(jìn)行除塵，而這種臨時(shí)利用濾料除塵的煙道稱之為過濾除塵煙道。過濾除塵煙道可不考慮引風(fēng)機(jī)壓頭問題，因?yàn)樗c布袋除塵器可采用并聯(lián)形式，可利用布袋除塵器的旁通煙道進(jìn)行設(shè)置，也可征平直管道處增設(shè)旁通過濾煙道。

慣性除塵煙道的除塵效率很低，而且局限性大，對于鍋爐點(diǎn)火時(shí)候的高含塵量的煙氣處理力不足，我們可以考慮在煙道內(nèi)加設(shè)臨時(shí)煙氣過濾裝置來滿足鍋爐點(diǎn)火時(shí)的除塵要求。而在點(diǎn)火后正常運(yùn)行期間，將此段除塵裝置采用正常煙道旁通，減少引風(fēng)機(jī)運(yùn)行期間的壓頭。煙道內(nèi)的過濾材料可選用合成纖維或無機(jī)纖維，可根據(jù)排煙溫度進(jìn)行選取。過濾材料應(yīng)滿足捕塵效率高、粉塵剝離性好、透氣性適宜、強(qiáng)度足、耐溫、使用壽命長、原料來源廣泛和價(jià)格低等要求。

煙道除塵的經(jīng)濟(jì)性主要考慮的還是運(yùn)行期間電耗的增加，對于過濾煙道除塵而言，常規(guī)運(yùn)行期間是不采用此種方式除塵的，所以我們在考慮經(jīng)濟(jì)性的時(shí)候不考慮過濾煙道除塵，只考慮采用慣性煙道進(jìn)行一級除塵的經(jīng)濟(jì)性。不同煙道材質(zhì)及不同的工程狀況都對經(jīng)濟(jì)分析有著直接的影響。所以對于不同工程需要進(jìn)行單獨(dú)的分析，我們暫不給出詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)性分析內(nèi)容，此部分需要進(jìn)行更多的工程實(shí)例來加以驗(yàn)證。

通過上訴的介紹我們可以看出，不同材質(zhì)的煙道由于控制其煙氣流速不一，所以對煙道內(nèi)的除塵效果也不一致，相對于鋼制煙道與磚砌或混凝土煙道來說，鋼制煙道的慣性分離性能更強(qiáng)，煙道除塵的能力也就比磚砌或混凝土更強(qiáng)，而且鋼制煙道的改變流向的方式更易施工。建議利用必須存在的轉(zhuǎn)彎煙道進(jìn)行慣性除塵設(shè)計(jì)，用于初級除塵，增加除塵器的使用壽命；不建議在平直管道或無需增加轉(zhuǎn)向的煙道處增設(shè)慣性除塵煙道；建議使用布袋除塵器的供熱企業(yè)可以嘗試采用煙道過濾除塵設(shè)計(jì)，可在有空間位置的直管段或布袋除塵器的旁通管段進(jìn)行過濾除塵布置，用于保護(hù)布袋除塵器。