工業(yè)鍋爐煙氣高效控制技術(shù)
1 前言
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，大氣污染物的排放總量也迅速增加，環(huán)境空氣質(zhì)量逐漸下降。燃煤鍋爐煙氣微細(xì)粒子高效捕集已構(gòu)成社會(huì)的重大需求，除塵器>袋式除塵器在燃煤鍋爐煙塵排放治理方面扮演重要角色，是燃煤鍋爐煙氣排放達(dá)標(biāo)的必由之路。本項(xiàng)目是在中小型工業(yè)鍋爐煙氣微細(xì)粒子高效控制技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)的中試的基礎(chǔ)上，對(duì)氣流分布，脈沖清灰，濾料性能，除塵控制等技術(shù)進(jìn)行分析。
2 工程試驗(yàn)與方法
在舊有15 T/H工業(yè)燃煤鍋爐上進(jìn)行中試試驗(yàn)，此類中小型燃煤工業(yè)鍋爐一般只配置麻石水膜除塵器，隨著當(dāng)?shù)丨h(huán)保排放排準(zhǔn)和要求的提高，需要對(duì)鍋爐煙氣脫硫除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造。根據(jù)煙氣量，采用CMDZ型脈沖袋式除塵器。CMDZ型脈沖袋式除塵器主要由上箱體、中箱體、灰斗、卸灰裝置、噴吹裝置和控制系統(tǒng)等幾部分組成。該除塵器具有清灰能力強(qiáng)，過(guò)濾負(fù)荷高，濾袋長(zhǎng)，噴吹壓力低，維修工作量小，更換和安裝濾袋方便，控制技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。
含塵煙氣進(jìn)入中箱體下部，在均風(fēng)板形成的預(yù)分離室內(nèi)，大顆粒粉塵因慣性作用落入灰斗。煙氣沿均風(fēng)板向上到達(dá)濾袋，粉塵被阻留在濾袋外面，干凈煙氣進(jìn)入袋內(nèi)，并經(jīng)袋口和上箱體由排風(fēng)口排出。當(dāng)濾袋表面的粉塵不斷增加，導(dǎo)致設(shè)備阻力上升到設(shè)定值時(shí)，微壓差控制器有信號(hào)輸出？刂蒲b置便發(fā)出信號(hào)，使噴吹系統(tǒng)工作。此時(shí)壓縮空氣從氣包順序經(jīng)脈沖閥和噴吹管上的噴嘴向?yàn)V袋內(nèi)噴射。在濾袋膨脹產(chǎn)生的加速度和反向氣流的作用下，附于袋外的粉塵脫離濾袋落入灰斗。粉塵由卸灰裝置排出。噴吹一次的持續(xù)時(shí)間為0.1 s，噴吹結(jié)束后，濾袋立即恢復(fù)過(guò)濾狀態(tài)。
CMDZ-2.0型除塵器采用單煙道結(jié)構(gòu)，二個(gè)過(guò)濾室，每室135條濾袋，每室過(guò)濾面積為331 m2。在中箱體上均裝有安全防爆閥，除塵器頂設(shè)有雨棚、檢修電動(dòng)葫蘆。濾料選用具有良好的耐熱性、阻燃性和耐化學(xué)腐蝕性的PPS濾料。脈沖閥采用澳大利亞GOYEN公司性能優(yōu)良的淹沒(méi)式電磁脈沖閥，以及獨(dú)特的淹沒(méi)閥安裝方式。濾袋框架采用八角星形斷面。對(duì)除塵器外殼及管道進(jìn)行保溫。配套的除塵器其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。
3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
經(jīng)檢測(cè)，除塵系統(tǒng)的煙囪排放濃度為28 mg/Nm3，系統(tǒng)運(yùn)行阻力在1200 Pa左右，各運(yùn)行參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求值。中試期間系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，清灰效果好，說(shuō)明該技術(shù)設(shè)備是成熟可靠，說(shuō)明脈沖袋式除塵器可以廣泛應(yīng)用于電廠及中小型工業(yè)燃煤鍋爐的煙氣凈化。
3.1 氣流分布對(duì)袋式除塵器的影響
除塵器內(nèi)的氣流分布均勻與否對(duì)電除塵器的除塵效率影響較大，而對(duì)袋式除塵器則影響主要是濾袋的壽命、系統(tǒng)阻力等方面。氣流分布不均，會(huì)造成局部風(fēng)速過(guò)高，對(duì)這些區(qū)域的濾袋壽命產(chǎn)生較大影響，將導(dǎo)致濾袋壽命縮短，而且會(huì)造成此區(qū)域灰斗的灰量增加。合理的氣流分布可以避免氣流對(duì)濾袋的直接沖刷，使氣流均勻的分配至各倉(cāng)室，并能保持各灰斗的灰量均勻。通過(guò)控制關(guān)鍵部位的氣流速度，使煙氣流動(dòng)順暢、平緩，可以減少局部阻力。
袋式除塵器內(nèi)的氣流分布技術(shù)是袋式除塵器的關(guān)鍵技術(shù)之一，在工程實(shí)踐中，國(guó)家尚沒(méi)有這方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于大容量機(jī)組，由于煙氣量大，氣流分布是除塵的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。袋式除塵器內(nèi)的氣流分布的關(guān)鍵是進(jìn)出風(fēng)總管配置、進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)的配置、煙氣流動(dòng)狀態(tài)、除塵器的結(jié)構(gòu)布置，以及均流措施。
3.2 脈沖噴吹清灰技術(shù)
清灰系統(tǒng)是袋式除塵器的核心，清灰系統(tǒng)及清灰程序的設(shè)置合理與否將直接影響到袋式除塵器的運(yùn)行及濾袋的使用壽命。從袋式除塵器的除塵機(jī)理來(lái)看，除了濾料本身的過(guò)濾作用外，濾袋外粘附的粉塵層也有過(guò)濾作用[1]。對(duì)袋式除塵器的清灰太徹底，會(huì)失去粉塵層的初濾作用，更多的超細(xì)粉塵會(huì)直接進(jìn)濾料內(nèi)部而引起過(guò)濾阻力不斷上升，同時(shí)清灰過(guò)大會(huì)影響濾袋壽命等。清灰不徹底，會(huì)造成使濾袋的過(guò)濾阻力過(guò)高，從而影響整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行。袋式除塵器的清灰還必須盡可能地保證整個(gè)濾袋及各個(gè)區(qū)域清灰程度均勻，否則會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)阻力分布不均，影響除塵器內(nèi)部的氣流分布，增加系統(tǒng)的阻力。噴吹系統(tǒng)的設(shè)置，如氣包的大小、噴吹管及噴嘴的管徑、噴吹氣量及噴吹壓力的選擇，以及噴吹程序的設(shè)置也是噴吹系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，需要依據(jù)有關(guān)的規(guī)程規(guī)范、或通過(guò)試驗(yàn)，再結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算得出。
大孔徑、低噴吹壓力也能使濾袋產(chǎn)生更大的加速度[2]。實(shí)驗(yàn)證明，脈沖閥的噴吹氣量大并不能說(shuō)明脈沖閥的性能優(yōu)越，延長(zhǎng)噴吹時(shí)間不能提高噴吹時(shí)濾布的效率，無(wú)益于提高清灰效果，而脈沖閥的響應(yīng)速度才是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。在袋式除塵器的噴吹系統(tǒng)中，從設(shè)備角度來(lái)看，脈沖閥的可靠性尤為關(guān)鍵。不同廠家生產(chǎn)的脈沖閥，具有不同的響應(yīng)速度，在噴吹氣量上造成的差別很大。響應(yīng)速度慢的脈沖閥不僅要多消耗壓縮空氣，由于在噴吹時(shí)濾袋內(nèi)部反向壓力上升的速度慢，還會(huì)影響到濾袋的加速度，也就是說(shuō)影響清灰效果。
3.3 濾料的分析與選擇
袋式除塵器對(duì)所選用的濾料的基本要求是高效、低阻、長(zhǎng)壽命。作為一種過(guò)濾材料，它的過(guò)濾性能是首先需要得到保證的，包含了對(duì)微細(xì)粉塵的過(guò)濾性能。袋式除塵器的運(yùn)行阻力包括系統(tǒng)阻力和過(guò)濾阻力，其中系統(tǒng)阻力與袋式除塵器的系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)布置有關(guān)，而過(guò)濾阻力則取決于濾料的結(jié)構(gòu)和性能。濾料的過(guò)濾阻力包括使用初期過(guò)濾阻力和壽命終期過(guò)濾阻力，在確保過(guò)濾效率的前提下，這兩者的過(guò)濾阻力越低越好。濾料在袋式除塵器中的投資約占20～25%，濾料的壽命直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。當(dāng)前國(guó)內(nèi)燃煤電站袋濾技術(shù)中，單一的PPS濾料，以30000小時(shí)壽命是大家關(guān)注的熱點(diǎn)。
目前燃煤電廠袋式除塵器所用的濾料從材質(zhì)來(lái)看主要是PPS（聚苯硫醚）或與P84（共聚酰亞胺）、PTFE（聚四氟乙烯）及玻璃纖維等的混紡濾料。PPS 濾料是目前作為燃煤電站的首選濾料。PPS 濾料雖然適用于燃煤電站，但最致命的缺點(diǎn)是易氧化，煙氣中的O2及NO2含量都會(huì)影響PPS濾料的壽命。
價(jià)格是制約濾料質(zhì)量的極為重要的因素。燃煤電站袋濾技術(shù)與其他行業(yè)的環(huán)保要求最主要的區(qū)別在于燃煤電站采用袋濾技術(shù)是作為發(fā)電設(shè)備的組成部分，不僅對(duì)其有效性而且對(duì)其可靠性、安全性的要求更為突出，對(duì)袋濾設(shè)備(含濾料配件)的品質(zhì)要求極高。為此，必需充分關(guān)注﹑熟悉產(chǎn)品不同品質(zhì)的價(jià)位，否則價(jià)位達(dá)不到一定程度時(shí)，不可能配備高品質(zhì)的材質(zhì)及其配件，將直接影響電站鍋爐及中小型工業(yè)鍋爐煙氣凈化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3.4 除塵控制技術(shù)
影響除塵器性能的因素很多，如濾料的性能、過(guò)濾風(fēng)速、濾料的尺寸、清灰方式以及除塵室和濾袋中的流場(chǎng)都對(duì)性能有較大的影響。袋式除塵器的自動(dòng)控制已普遍采用PLC機(jī)，工控機(jī)（IPC）也進(jìn)入這一領(lǐng)域。
袋式除塵器的控制包括運(yùn)行控制及保護(hù)，是根據(jù)設(shè)定的清灰程序，通過(guò)對(duì)脈沖閥的程序化動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。袋式除塵器的保護(hù)主要是對(duì)濾袋的保護(hù)，而在鍋爐異常工況下對(duì)濾袋產(chǎn)生危害的因素包括：煙溫及煙氣中的氧含量超過(guò)限定值，以及新建的袋式除塵器投運(yùn)前、鍋爐點(diǎn)爐或低負(fù)荷時(shí)的噴油助燃，未完全燃燒油污對(duì)濾袋的粘附。一般采取的保護(hù)措施包括預(yù)涂灰、設(shè)置旁路煙道及緊急降溫系統(tǒng)。其中煙溫及氧含量超限的報(bào)警直至停爐，均需要通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，袋式除塵器的控制系統(tǒng)對(duì)確保其正常、安全及穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。
4 結(jié)論
袋式除塵系統(tǒng)配置及功能設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)爐型、容量、爐況、煤種、氣象條件、操作維護(hù)管理等具體情況確定，每種類型因各自的特點(diǎn)而適合一定的工藝條件。根據(jù)中試的結(jié)果分析，對(duì)袋式除塵器的選用，提出以下建議：
（1）煙氣中存在有爆炸危險(xiǎn)的易揮發(fā)性灰分時(shí)，應(yīng)該避免在煙道中出現(xiàn)容易引起煙塵沉淀的結(jié)構(gòu)形式，如集塵箱和擋風(fēng)板等。在不可避免的條件下，則在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)及時(shí)清理。除塵裝置的安裝位置要有利于出灰和對(duì)灰塵的管理，防止除塵系統(tǒng)的漏風(fēng)和末端金屬表面的低溫腐蝕。
（2）設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)均流和導(dǎo)流裝置，保證各室氣流分配均勻和卸灰暢通。氣流分布設(shè)計(jì)時(shí)要控制濾袋的迎面風(fēng)速，盡量控制在1.0 m/s以下，避免氣流沖刷濾袋？刂茻煔馍仙乃俣群捅壤，以有利于粉塵的沉降。保證整個(gè)氣流在除塵器內(nèi)的流動(dòng)的平緩、順暢，一般要求均勻度大于90%以減小流動(dòng)阻力。
（3）濾料的使用壽命是一項(xiàng)涉及袋式除塵器使用的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，袋式除塵器的維護(hù)費(fèi)用主要來(lái)自更換濾袋的費(fèi)用，因此，濾袋的使用壽命越長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性越好。
（4）注意除塵設(shè)備的設(shè)計(jì)、制作和安裝質(zhì)量。優(yōu)先選用脈沖噴吹式。注意濾袋尤其是袋口的加工質(zhì)量，袋口的彈性脹圈使濾袋嵌入花板孔內(nèi)，確保二者公差配合，密封性好。脈沖噴吹系統(tǒng)的各部件、組件，各檢查門(mén)，出灰、輸灰裝置、濾袋與花板的配合、濾袋籠骨的設(shè)計(jì)及加工質(zhì)量(光潔度和垂直度等)都要好，否則會(huì)影響設(shè)備的長(zhǎng)期良好運(yùn)行。
（5）對(duì)除塵系統(tǒng)的改造項(xiàng)目，除塵專業(yè)對(duì)原有的風(fēng)機(jī)、電機(jī)進(jìn)行能力的計(jì)算和改造或選配新的風(fēng)機(jī)和電機(jī)。
（6）必須嚴(yán)格按照規(guī)程操作設(shè)備，袋式除塵器受煙氣性質(zhì)的影響較大，應(yīng)加強(qiáng)日常的維護(hù)，尤其是投運(yùn)初期，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。
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