锅炉烟气除尘技术及除尘器的选择

锅炉烟气除尘技术及除尘器的选择
张得平
(中国石化集团宁波工程有限公司,浙江宁波,315103)
摘要　锅炉烟尘排放环保标准日益严格,对锅炉除尘器的除尘效率要求越来越高。

简要介绍烟气除尘技
术,对比分析目前燃煤锅炉应用的除尘技术及除尘器,提出除尘器选型的原则。

关键词　烟气除尘技术　除尘器　对比　选择
收稿日期:2008206210;收到修改稿日期:2008206226。

作者简介:张得平,男,1973年出生,工程师,1996年重庆大学电厂热能动力工程专业毕业,现在中国石化集团宁波工程有限公司从事热能工程方面的设计工作。

联系电话:0574287974590。

空气中的颗粒物是影响我国城乡空气质量的主要污染物之一。

据统计每人每天吸入的空气量远远超过每天的饮水量和进食量,在这些吸入的空气中经常携带着大量的颗粒物,对人体健康产生了重大的影响。

研究发现,大气中S O 2、NO x 和C O 等污染物的含量与人类死亡率并没有紧密的
联系,而可吸入颗粒物则成为导致人类死亡率上升的主要原因[1]。

在我国各大城市的污染物监测中发现[2],总
悬浮颗粒物(TSP )70%以上的来源是燃烧过程,目前我国工业锅炉每年的烟尘排放量约6～8Mt ,占全国烟尘总排放量的33%～35%,可见减少锅炉燃烧烟尘排放对改善大气质量有着举足轻重的作用。

1　烟气除尘技术概述
烟气除尘技术按其工作原理可分为机械力作用和静电力作用两大类,其共同特点是使含颗粒物的气体通过某个力场或电场,通过力场或电场的作用使颗粒物从气体中分离出来。

在工业实际中,根据除尘机理的不同,习惯上将除尘技术分为以下4类[3]:①机械式除尘技术。

利用机械力(重力、惯性力和离心力)作用进行除尘的技术,一般作为预除尘器在烟气净化中使用。

如旋风分离器、静电除尘器及袋式除尘器的沉降室等。

②静电除尘技术。

利用电场力对荷电粒子的作用进行气固分离的技术,是目前电厂燃煤锅炉普遍采用的烟气除尘技术。

③过滤除尘技术。

使烟气通过织物或多孔的填料层,利用过滤机理进行除尘的
技术,主要包括袋式除尘技术及颗粒层除尘技术。

袋式除尘技术具有很高的除尘效率,应用广泛,随着环保要求的不断提高,正在逐步取代静电除尘器而成为电厂燃煤锅炉的主要除尘手段。

④湿式除尘技术。

湿式除尘技术也叫洗涤式除尘技术,是利用液滴或液膜洗涤烟气进行除尘的技术,包括低能洗涤技术或高能文氏管除尘技术。

湿式除尘器能够有效地除掉011μm 以上的颗粒物,同时对其他气体污染物也具有一定的脱除作用,缺点是存在废水二次污染和污泥处理问题。

2　电站锅炉除尘器及选择
目前电站锅炉采用的除尘器主要有静电除尘器、布袋除尘器及电袋组合式除尘器。

211　静电除尘器及其应用情况[4]
1)静电除尘器的基本原理及特点。

首先通
过电晕放电建立一个高压电场,当气流从中通过
时,颗粒物(包括焦油雾滴)与正负离子碰撞带电,并在电场力的作用下定向移动,在集尘极放电聚集,最后达到烟气除尘的效果。

电除尘器的主要优点:①初期除尘效率能达到99%,能捕集1μm 以下的细微粉尘,但从经济方面考虑,一般控制一个合理的除尘效率。

②处
理烟气量大,可用于高温(可高达500℃)、高压和
高湿(相对湿度可达100%)的场合,能连续运转,
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Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry
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并能实现自动化。

③具有低阻的特点,电除尘器
压力损失仅100～200Pa 。

电除尘器的主要缺点:①设备庞大,耗钢多,需高压变电和整流设备,高压供电设备的输出峰值电压通常为70～100kV ,投资高。

②制造、安装和管理的技术水平要求较高。

③不具备离线检修功能,一旦设备出现故障,或者带病运行,或者只能停炉检修。

2)影响静电除尘器工作的主要因素。

研究表明,影响电除尘器除尘效率的主要因素有:①灰的比电阻。

电除尘器对灰的比电阻要求较高,高比电阻粉尘在集尘极上的堆积造成反电晕,低比电阻粉尘的二次飞扬可造成静电除尘器的效率明显降低。

就是说电除尘器仅对比电阻值在一定范围内(104～2×1010Ω・cm )的灰尘具有脱除作用,当比电阻值超出这个范围,无论是比电阻值过高或过低,除尘效率都会急剧降低,灰比电阻与除尘效率的关系见图1。

②燃煤含硫量。

硫含量在110%以下的低硫煤(尤其是硫含量小于015%)燃烧后的灰尘利用电除尘器就难以脱除。

③振打装置的结构。

电晕极与集尘极均需要振打装置,传统的振打方式多为重锤在阳极排侧面周期振打,而为了使阳极板保持足够的刚度,避免在运行中弯曲变形,通常有防风沟和凹凸槽,这种结构会对电场中气流的均匀性产生影响,进而影响其除尘效率。

④粉尘粒径分布。

实践证明,传统的干式静电除尘器(ESP )对PM 215级以下的颗粒收集效率很低。

⑤对初始浓度大于30g/m 3的含尘气体需设置预处理装置。

图1　粉尘比电阻与除尘效率及电晕电流的关系
212　布袋除尘器及其应用情况[5]
1)布袋除尘器的基本原理及特点。

布袋除
尘器是过滤式除尘技术的一种,是利用多孔过滤介质(滤袋)捕捉并分离颗粒物进行除尘的技术。

根据烟气特性,滤袋的材质可以是天然纤维、化学
合成纤维、玻璃纤维、金属纤维或其他材料。

随着
滤料不断改进,袋式除尘器已逐步在锅炉除尘领域推广应用,并呈现长足的发展势态。

布袋除尘器的优点:①除尘效率高,可达到9919%以上。

②附属设备少,投资省,技术要求比电除尘器低。

③能捕集比电阻高,电除尘难以回收的粉尘。

④性能稳定,对负荷变化适应性好,运行管理简便,特别适宜捕集细微而干燥的粉尘,所收的干尘便于处理和回收利用。

⑤适合生产全过程除尘,降低总量排放。

布袋除尘器的缺点:①用于处理相对湿度高的含尘气体时,应采取保温措施(特别是冬季),以免结露造成“糊袋”。

②用于净化有腐蚀性气体时,应选用适宜的耐腐蚀滤料;用于处理高温烟气时,应采取降温措施,将烟温降到滤袋长期运转所能承受的温度以下,并尽可能采用耐高温的滤料。

③阻力较大,一般压力损失为1000～1500Pa 。

④由于国内技术还不成熟,脉冲阀等关键部件还需要进口。

2)影响袋式除尘器工作的主要因素。

①气布比(过滤风速)的选择:气布比选择的合理与否,直接影响到袋式除尘器的除尘效率及使用寿命。

气布比过大会影响到滤袋的使用和除尘器的除尘效率;过小则影响到整套设备的投资及运行费用,无法保证合理的经济性。

②气流分布:袋式除尘器的气流分布要求与静电除尘器截然不同,进入静电除尘器的烟气要求均布,而袋式除尘器的气流要求合理的分布,气流分布的好坏直接影响到除尘器滤袋的寿命、设备阻力、除尘效率、锅炉系统安全等。

是对袋式除尘器整机性能考核的关键参数,也是评价袋式除尘器装机水平高低的标志性参数之一。

213　电袋组合式除尘器及其应用情况[627]
1)电袋组合式除尘器的基本原理及特点。

电袋组合式除尘器是综合利用和有机结合电除尘器与布袋除尘器的除尘优点,先由电场捕集烟气中大量的粉尘,再经过布袋收集剩余细微粉尘的一种组合式高效除尘器。

具有除尘稳定(不大于50mg/m 3)、性能优异的特点。

电除尘与布袋除尘结合方式不同,其除尘原理也不一样。

比较常见的有两种方式:一种是在电除尘后再接一个布袋除尘器,通过电除尘之后剩余的比较细小的粉尘颗粒由布袋除尘除掉,这
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种方式是目前最常见的电袋除尘器结构型式。

安庆石化热电厂6#锅炉采用该种型式电袋除尘器,运行稳定,综合除尘效率可达99199%。

第二种结构,是电除尘和布袋除尘并列运行,原理相对复杂些,电布单元不分先后对烟气处理,只是烟气必须通过布袋除尘过滤才能排放。

主要优点是清灰时能相互弥补,真正地解决二次扬尘问题,但目前还处于开发阶段,工业化应用的较少。

2)电袋组合式除尘器的优点。

①适应性强,可以捕集不同性质的粉尘,能在烟气参数发生较大波动时稳定工作,无二次扬尘和飞灰现象。

②设备体积小,滤袋使用寿命长,设备阻力在1000Pa以下,电能消耗低,运行费用省。

③经过预处理和电除尘部分的冷却,有效避免了糊袋、烧袋现象的发生,保证系统正常运行。

④清灰周期长、气源能耗小。

⑤一次性投资少,运行维护费用低。

由于滤袋收集的粉尘量少,阻力上升缓慢,其清灰周期时间是纯布袋除尘器的2倍以上,压缩空气消耗量不到纯布袋的1/3。

滤袋阻力变化与粉尘浓度的关系见图2。

适量提高过滤风速可减少滤袋、阀件等数量以降低设备成本及费用,运行能耗低和滤袋使用寿命长降低了运行及维护成本。

电袋布袋清灰周期比较见图3。

图2　
滤袋阻力变化与粉尘浓度的关系
图3　电袋布袋清灰周期比较
综上所述,电袋复合除尘器着重解决了当前除尘器常见的三大难题:电除尘器的排放难题;布
袋除尘器的阻力大的难题;布袋除尘器袋使用寿
命短难题。

214　除尘器性能比较表[5]
以410t/h煤粉锅炉,布袋除尘器布袋材质为PPS为例,各种除尘器的综合性能对比如表1所
示。

表1　各种除尘器性能对比
项目四电场电除尘器布袋除尘器电袋除尘器
除尘效率≥9919%≥99199%≥99199%
飞灰比电阻对除尘效率影响影响大基本无影响影响较小
设备结构复杂简单复杂
运行稳定性易故障稳定较稳定
一次性投资810万元800万元850万元
运行及维护费用较低高低
维修停炉维修可离线维修可离线维修
钢材耗量多少较多
占地大小较大
烟气温度对除尘器影响影响小不能耐高温影响较小
烟尘量对除尘效率影响大小(对滤袋寿命影响大)小(对滤袋寿命影响小)运行可靠性较高高高
3　除尘器的选型原则
通常评价除尘系统性能优劣的主要指标有除尘效率、通风阻力、处理风量、漏风率、耗钢量、工程一次性投资、运行费用、占地及使用寿命等。

对于锅炉除尘方案,需要根据烟尘特性(物理特性和化学特性)、烟尘浓度、排放要求等因素综合考虑并通过技术经济比较进行确定。

对于电厂燃煤锅炉尤其是循环流化床锅炉,由于炉内添加石灰石粉造成除尘器入口含尘浓度增加同时造成烟尘比电阻的升高,使用电除尘器很难满足日益严格的环保排放要求,除尘方案应优先考虑布袋除尘器或电袋除尘器。

当煤粉炉尾部采用干法/半干法脱硫时,由于烟气中烟尘含量很高(1000g/ m3),应优先考虑选用电袋除尘器或其他预除尘器
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第4期张得平1锅炉烟气除尘技术及除尘器的选择
与布袋除尘器结合使用。

参考文献
1　卢寿慈1粉体加工技术1北京:中国轻工业出版社,19991433
～457
2　宁寻安,陈建华1中国燃煤锅炉烟气治理技术的需求与评估1
环境污染与防治,2004,网络版(4):1～7
3　姚　强等1洁净煤技术1北京:化学工业出版社,20051102～124
4　嵇敬文,陈安琪1锅炉烟气袋式除尘技术1北京:中国电力出
版社,2006126～92
5　刘贯连,张积秋等1布袋除尘器在670t/h 燃煤锅炉上应用的
技术经济分析1电力环境保护,2005,21(1):30～33
6　常建娥,韩北川1电袋复合除尘器清灰系统的分析研究1机
械设计与制造,2007,(5):54～56
7　徐　庆,阮　晓1一种先进的静电与滤料过滤混合除尘技术1
环境污染与防治,2007,网络版(9):1～7
SE L ECTION OF BOI L ER FL UE GAS DED USTER
AN D DED USTING TECHNOLOG Y
Zhang Deping
(Ningbo Enginerring Co 1,Ltd 1,SINOPEC ,Ningbo ,315103)
Abstract The requirement to boiler flue gas discharge is stricter and stricter ,resulting in higher requirement on boiler deduster efficiency 1This paper briefly presents flue gas dedusting tech 2nology ,com paratively analyzes dedusting technology and relative deduster presently used in coal 2fired boiler ,and presents the principle for deduster selection 1
K ey w ords :flue gas dedusting technology ,deduster ,com paris on ,selection
九江石化技术攻关保障化肥夏季生产
中国石油化工股份有限公司九江分公司积极应对激烈的市场竞争以及国际原油价格上涨、化肥生产成本不断攀升等不利因素,努力挖潜增效,不断优化资源配置和完善化肥装置生产工艺流程,降低化肥生产成本,通过加大技术攻关、技术改造力度,确保大化肥装置持续稳定高效运行。

截至2008年7月25日,共生产尿素280kt 。

九江分公司针对夏季设备高负荷、高温度运行导致故障率高的特点,围绕化肥装置生产维护中的技术难题,组织职工积极开展“空分采用保压措施节约开工时间”、“净化合成系统开工程序缩短开工导气时间”、“延长气化炉烧嘴使用寿命”、“延长分子筛运行周期”、“降低化肥成品散库耙料机故障率”等多项QC 攻关活动,取得了良好成效,有效地降低了设备故障率,为化肥装置夏季稳产高产,提供了可靠的设备保障。

在5月10日化肥装置小修开工过程中,合成氨空分装置采用保压措施节约开工时间,空分装置在冷态情况下仅用了12h 就生产出了合格的氧气、氮气,比以往开工节约了24h ,取得了很好的经济效益。

通过实施“净化合成系统开工程序缩短开工导气时间”QC 攻关项目,不仅缩短了开工导气时间2h ,还达到节能减排、减少原料气火炬放空燃烧时间的目的。

采取“延长气化炉烧嘴使用寿命”攻关措施后,合成氨装置气化炉烧嘴使用寿命由以前15d 左右,增加到连续运行66d 。

分子筛是合成氨装置重复吸收再生工艺流程的重要设备,如果分子筛发生泄漏,就需要及时补充分子筛,才能保证正常生产,否则会造成产品纯度大幅波动,产量下降,甚至导致合成氨装置非计划停工的严重后果。

经过技术人员对分子筛设备运行周期进行严格、科学地计算,定期对分子筛进行维护和更换,延长了分子筛运行周期,保证了合成氨装置的安全运行。

化肥成品散库耙料机属于特护关键设备,由于控制电缆严重老化,导致控制室无法正常操作,直接影响到化肥装置安全平稳生产和尿素产品顺利包装出厂,必须尽快排除设备故障。

经过抢修,一次调试成功,耙料机恢复了正常运行。

汪学峰
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