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布袋除塵器技術及其應用

根據國家環保總局測算, 我國環境問題所造成的損失約占國民生產總值的10% , 污染問題已經十分嚴重, 因此環保要求也日趨嚴格, 國家已經對煙塵及SO 2 的排放提出更加嚴格的要求〔1〕。自2004 年1月1 日起, 通過建設項目環境影響報告書審批的新建、擴建、改建火電廠建設項目, 煙塵最高允許排放質量濃度為50m g?m 3。一部分地方環保部門提出了更嚴格的要求, 北京市煙塵和SO 2 的排放允許質量濃度〔2〕嚴于很多先進國家標準, 從2005 年11 月1日起, 已運行的火電廠鍋爐到時煙塵排放質量濃度僅允許30 m g?m 3, 目前四電場靜電除塵器改為五電場、六電場也很難滿足上述要求。與此同時, SO 2 的排放標準也相應提高。為減少SO 2 排放, 許多電廠將燃用低硫煤或采取相應的脫硫設施, 從而導致靜電除塵器的除塵效率下降, 尤其對于煤中硅、鋁含量超過85% 的電廠, 采用靜電除塵器處理的煙塵排放
質量濃度已遠遠達不到環保要求。根據當前形勢, 靜電除塵器改造為布袋除塵器已經勢在必行。
1 除塵器應用現狀
在目前建設的火力發電廠中, 除塵裝置的選擇以靜電除塵器和布袋除塵器為主。靜電除塵器在國內的應用較早, 20 世紀70 年代就已經應用于火力發電廠, 如吉林熱電廠、保定發電廠; 1974 年福建邵武電廠在75 t?h 鍋爐改造時首次采用國產雙室二
電場靜電除塵器。經過多年的開發應用, 靜電除塵器技術成熟, 除塵效率較高, 目前已被廣泛應用于電力、冶金、化工等行業。
從20 世紀80 年代開始, 我國就在部分電廠就布袋除塵器處理鍋爐尾部煙氣進行了嘗試, 由于受當時工藝水平的限制, 濾料質量不過關, 濾袋破損,導致除塵效率低, 換袋頻繁, 加之工作條件差, 致使布袋除塵器沒有得到推廣應用。國外在火電廠采用
布袋除塵器較早, 據了解, 美國、加拿大、澳大利亞及歐洲等地的一些火電廠采用了布袋除塵器, 其效率高達99. 9%。當時, 由于國內環保要求不高, 國外火電廠采用布袋除塵器也不是很多, 在引進火電廠設備時大多數引進了靜電除塵器, 而沒有引進布袋除塵器。
近年來, 隨著濾布材料制造技術的發展, 袋式除塵器在濾布的強度、耐高溫、耐腐、耐磨等方面都有很大的提高。布袋除塵器的煙塵排放質量濃度可以控制在15~ 50 m g?m 3, 已經廣泛應用于電廠、礦山、冶金、化工、水泥、制藥、食品等行業, 作為環境凈化及產品回收設備。例如內蒙古呼和浩特發電廠由于燃用準格爾煤, 煤中SiO 2 與A l2O 3 含量高, K2O 與N a2O 含量低, 導致靜電除塵器收塵困難, 在1、2、3、4 號機組中采用靜電除塵器, 其運行效率大大低于設計效率, 煙塵排放質量濃度嚴重超標。在擴建2 臺670 t?h 鍋爐時, 經專家多次論證, 決定采用脈沖反
吹式布袋除塵器, 2001 年12 月28 日第1 臺機組并網發電后, 布袋除塵器運行狀況良好, 達到了預期的效果。經有關部門多次檢測, 煙塵排放質量濃度約為28 m g?m 3, 與前面采用靜電除塵器的機組形成了鮮明對比, 現在該廠已經對220 t?h 鍋爐的靜電除塵器進行了改造。
赤峰市富龍熱力股份有限公司熱電廠在5、6 號鍋爐(90 t?h ) 的擴建工程中, 選用回轉式反吹布袋除塵器, 效果很不理想, 致使大家對布袋除塵器的使用效果產生懷疑。2002 年7 月東北電力設計院承接了該廠2 臺40 t?h 熱水鍋爐和2 臺75 t?h 循環流化床鍋爐的除塵器改造任務。經過認真考證, 最終決定仍然采用布袋除塵器。在選型上改用目前世界上較先進的脈沖反吹式布袋除塵器, 濾料采用德國獨資無錫BW F 公司生產的聚苯硫醚針刺氈。第1 臺設備于10 月15 日投產, 最后1 臺12 月末投產, 效果很好。經測試煙塵排放質量濃度在50 m g?m 3 以下。
燃煤鍋爐煙氣除塵技術經歷了水膜除塵、布袋除塵到靜電除塵的過程, 現在又有回到布袋除塵器的趨勢。天津開發區5 號熱源廠、張家港保稅區熱電廠等均選用了布袋除塵器, 近期將陸續投產。
2 脈沖反吹式布袋除塵器
2. 1 結構原理
袋式除塵器也稱為過濾式除塵器, 是一種干式高效除塵器, 它利用纖維編制物制作的袋式過濾元件來捕集含塵氣體中固體顆粒物。其作用原理是塵粒在繞過濾布纖維時因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截。細微的塵粒(粒徑為1 Lm 或更小) 則受氣體分子沖擊(布朗運動) 不斷改變著運動方向, 由于纖維間的空隙小于氣體分子布朗運動的自由路徑, 塵粒便與纖維碰撞接觸而被分離出來。其工作過程與濾料的編織方法、纖維的密度及粉塵的擴散、慣性、遮擋、重力和靜電作用等因素及其清灰方法有關。濾布材料是布袋除塵器的關鍵; 性能良好的濾布, 除特定的致密度和透氣性外, 還應有良好的耐腐蝕性、耐熱性及較高的機械強度, 耐熱性能良好的纖維, 其耐熱度目前可達到250~ 350 ℃。
袋式除塵器按清灰方式的不同可分為振動式、氣環反吹式、脈沖式、聲波式及復合式等5 種類型。其中脈沖反吹式根據反吹空氣壓力的不同又可分為高壓脈沖反吹式和低壓脈沖反吹式兩種。脈沖反吹式布袋除塵器由于其脈沖噴吹強度和頻率可進行調節, 清灰效果好, 是目前世界上最為廣泛應用的除塵裝置, 原理圖見圖1。含塵氣體從袋式除塵器入口進入后, 由導流管進入各單元室, 在導流裝置的作用
下, 大顆粒粉塵分離后直接落入灰斗, 其余粉塵隨氣流均勻進入各倉室過濾區, 過濾后的潔凈氣體透過濾袋經上箱體、提升閥、排風管排出。隨著過濾工況的進行, 當濾袋表面積塵達到一定厚度時, 由清灰控制裝置(差壓或定時、手動控制) 按設定程序關閉提升閥, 控制當前單元離線, 并打開電磁脈沖閥噴吹,抖落濾袋上的粉塵。落入灰斗中的粉塵經由卸灰閥排出后, 利用輸灰系統送出。
2. 2 基本組件
脈沖反吹式布袋除塵器由濾袋組件、導流裝置、脈沖噴吹系統、出灰系統、控制系統、離線保護系統、箱體等組成。
a1 濾袋集成 濾袋框架、布袋及掛袋板的連接設計采用了自鎖裝置, 安裝和更換方便, 并能有效延長濾袋使用壽命。濾袋為5 160 標準規格, 采用聚苯硫醚針刺氈(進口PPS?P PS504CS17、防水防油處理)。
b.  導流裝置 采用國際上先進的進風方式,設計了獨特的煙氣分配裝置, 可分配含塵氣體, 并對大直徑顆粒進行分離, 避免含塵氣體沖刷濾袋, 以提高整個除塵裝置的效率及濾袋使用壽命。
c.  脈沖噴吹系統 脈沖系統由反沖聯箱、電磁脈沖閥、承壓接頭、噴嘴管、支架等組成。在每個濾袋上部, 均有1 根壓縮空氣噴嘴管, 運行時一般設定每一排濾袋每隔10 s 脈沖反吹清灰1 次, 定時器啟動1 次電磁閥, 將脈沖反吹空氣噴入濾袋內清灰。
d.  控制系統 主要由脈沖噴吹控制儀、BMC電腦控制柜、熱電阻溫度計、靜壓測點、料位指示器和測量元件組成。
e.  離線保護系統 主要由旁路閥、噴霧降溫系統、測溫儀、壓力檢測裝置、濾袋檢漏裝置組成。
在除塵器的入口安裝測溫儀。當煙氣溫度過高

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或鍋爐尾部復燃時, 噴霧降溫系統啟動, 緊急噴水降溫, 以免燒壞濾袋。如果在一定時間內降溫系統不能使煙氣溫度降至布袋除塵器正常運行范圍內, 或鍋爐點火及低負荷需要噴油助燃時, 為避免含油煙氣直接進入除塵器, 造成濾布粉層板結, 影響除塵器的正常運行, 開啟旁路閥, 煙氣經旁路煙道直接排放,避免損壞濾袋。在凈氣室設有濾袋檢漏裝置, 以便在濾袋損壞時及時報警。
2. 3 濾料選擇
濾料質量直接影響除塵器的除塵效率, 濾袋的壽命又直接影響到除塵器的運行費用。根據鍋爐尾部除塵器運行環境和介質情況, 選擇合適的濾料, 是保證布袋除塵器性能的關鍵。要配備1 臺好的除塵器, 首先要選用透氣性能好、耐腐蝕、耐磨損、適合現場工藝要求(如溫度、化學侵蝕等) 的濾料, 以高質量縫制技術加工而成的濾袋。如果濾料選用不恰當或加工質量差, 易產生水解、酸解、溫度過高、覆膜剝落、濾袋破裂等現象。目前鍋爐尾部經常選用的濾料有來登針刺氈(聚苯硫醚) 和P284 針刺氈(聚酰亞胺) , 這兩種濾料的抗氧化性及耐高溫性能均較好,其中來登針刺氈對氧化敏感, P284 對水解敏感, 對氧化也較敏感; 選用時注意煙氣中氧氣及NO x 含量; 降低使用溫度, 可以減輕氧化。
A rrhen iu s Rale 規則認為: 溫度每升高10 ℃,氧化性增加1 倍。如: 煙氣溫度由140 ℃增加到160 ℃, $ t= 20 ℃, 氧化性增加4 倍, 布袋壽命只有原來的1? 4。
濾料的種類很多, 特性和使用范圍各不相同, 表1 為除塵器常用纖維的各項性能指標以及目前常用濾料的性能參數(見表2)。
3 布袋除塵器與靜電除塵器技術經濟比較
3. 1 靜電除塵器
a.  優點 除塵效率較高, 可達99% 以上; 壓力損失小, 本體阻力100~ 200 Pa; 技術成熟, 應用廣泛;
b.  缺點 設備龐大, 占地面積大; 需要高壓直流電源系統, 一次性投資費用高; 對煤種變化較敏感, 除塵效率受飛灰電阻影響大; 制造、安裝及運行管理水平要求高。
3. 2 布袋除塵器
a.  優點 除塵效率很高, 可達99. 98% 以上;

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適應力強, 能處理不同類型的顆粒物, 特別對電除塵器不易捕集的高比電阻塵粒亦很有效; 適應的質量濃度范圍大, 對煙氣流速的變化也具有一定的穩定性; 結構簡單, 內部無復雜結構。
b.  缺點 壓力損失大, 本體阻力800~1 500 Pa; 在國內大型機組的應用依賴進口, 主要經濟指標對比見表3。

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4 結論及建議
4. 1 結論
通過工程實踐, 火力發電廠鍋爐尾部煙氣處理采用布袋除塵器是完全可行的, 它除塵效率高, 一次性投資省, 設備占地小(相對于四電場以上電除塵器) , 運行成本及排污收費低。尤其是近年來, 由于制造技術的發展, 濾袋的腐蝕、磨損等問題都得到了有效地解決, 為袋式除塵器的應用提供了有力保證。另外, 由于除塵器的運行、故障及異常診斷均采用自動化監控管理, 其操作管理均較簡便。
4. 2 布袋除塵器選型應注意的幾個問題
a1 對靜電除塵器難收塵的煤種(如SiO 2 +A l2O 3 質量分數大于85% 的煤、含硫特低的煤、比電阻太高的煤) , 建議采用布袋除塵器;
b1 對煙塵排放質量濃度要求高( 不高于100 m g/m 3) , 需要采用四電場以上的電除塵器, 宜改用布袋除塵器;
c1 對于已經建成的機組, 如果原機組采用水膜除塵器、多管陶瓷除塵器等阻力較大的除塵設備,如水膜除塵器計算阻力一般為1 400 Pa, 可不更換引風機; 如果原機組采用靜電除塵器, 則需要更換或改造引風機;
d1 靜電除塵器改造為布袋除塵器的工程, 可以局部拆除除塵器本體內部結構, 保留殼體、保溫、輸灰設備, 以降低改造費用;
e1 用于處理相對濕度高的含塵氣體時, 應采取保溫措施(特別在冬天) , 以免因結露而造成“糊袋”; 當凈化腐蝕性氣體時, 應選用適宜的耐腐蝕濾料; 用于處理高溫煙氣應采取降溫措施, 將煙溫降到濾袋長期運轉所能承受的溫度以下, 并盡可能采用耐高溫的濾料。
參考文獻:
〔1〕 GB13223—2003, 火電廠大氣污染物排放標準〔S〕.
〔2〕 DB11?119—2002, 北京鍋爐污染物綜合排放標準〔S〕

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????四川國唯環保工程有限公司始創于2005年,由畢業于美國名校的歸國留學生創立,前身為在浙江省大學科技園成立的國唯環境污染治理技術研究室。公司宗旨為"用國外的先進環保技術服務國內的環境污染治理事業"。2012年,為服務西南環保,為災后重建出力,公司搬遷至天府之國的中心---成都市。經過近10年的發展,現在已發展成為廢水處理,除塵脫硫、煙氣脫硝,氣態污染物治理、噪音控制等多領域發展的專業化環境污染治理公司。

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