火电厂工况条件对袋式除尘器设计选型的影响

火电厂工况条件对袋式除尘器设计选型的影响【信息时间：2010-10-22阅读次数：99】【我要打印】【关闭】陈志伟（江苏新中环保股份有限公司，江苏张家港215600）摘要：简要介绍了袋式除尘器设计选型时所应考虑的因素，阐明了烟气流场设计、清灰系统设计和保护系统设计是袋式除尘器结构设计的重点，对滤袋如何进行选型及注意事项提出了建议，介绍了滤袋失效的种类和解决方案，阐述了在充分了解燃煤电厂的烟气特性前提下进行设计选型，才能保证滤袋达到预期的使用寿命甚至更长，从而提高袋式除尘器的运行可靠性和经济性。关键词：袋式除尘器烟气流场清灰系统保护系统滤料滤袋失效随着我国环保排放要求的不断提高，火电厂烟尘排放指标日趋严格，袋式除尘器因其具有除尘效率高、排放效果受烟气量波动、煤种变化和灰尘性质影响不大等优点，得到了电力设计和生产单位的广泛关注，并得到了大量的使用。袋式除尘器在火电厂生产过程中不是单纯的环保设备，同时也是重要的生产设备，其运行稳定可靠与否，直接关系到机组的运行稳定性和经济性。如果袋式除尘器运行阻力过高，势必会影响到机组的出力和电耗；如果袋式除尘器滤袋破损，将直接导致粉尘超标，同时粉尘对下游的引风机产生磨损。袋式除尘器在火电厂锅炉烟气处理上应用已有很多成功的案例，在烟尘排放稳定达标和削减方面起到了积极的作用。但也有一些袋式除尘项目，存在着由于除尘器结构设计不合理、配套件选型不合适、制作安装不到位及操作维护不当，导致袋式除尘器未能达到理想使用效果。同时，很多燃煤电厂采用的燃料并非单纯的煤，还包括煤矸石、煤泥、石油焦、煤气掺烧等，由于烟气特性不一，对袋式除尘器的设计选型和运行维护提出了更高的要求。2、袋式除尘器设计选型依据袋式除尘器设计选型通常依据处理风量来确定设备规格，结合入口粉尘浓度并按照设备阻力要求选择过滤风速，结合烟气温度、湿度、气体组分、粉尘特性、排放要求来确定滤袋材质及表面处理方式，并根据入口粉尘浓度、粉尘颗粒度来确定除尘器的结构型式，包括除尘器进风方式、烟气流场分布和清灰方式。过滤风速也称气布比，通常在入口粉尘浓度小于50g/Nm3条件下，适合的过滤风速选择在0.9-1.0m/min，在入口粉尘浓度在50-100g/Nm3条件下，适合的过滤风速选择在0.85-0.9m/min。选择好过滤风速后，即可结合处理烟气量确定过滤面积。按此进行设计选型，设备运行阻力可以控制在1200Pa以下。火电厂锅炉烟气进入到除尘器入口温度通常在120-160℃之间，也有少量运行温度小于110℃或大于170℃，尽管很多高温滤料单纯从滤料耐温角度而言是可以选择的，但由于烟气中存在O2、NO2、SO3、H2O等物质，这些物质对某些滤料在高温条件是有化学损伤作用的，因而滤料选择要结合温度、烟气组分和性价比综合考虑。烟气湿度是影响烟气露点温度的重要因素之一，也会影响到粉尘的黏度，从而影响到除尘器的过滤和清灰性能。锅炉爆管导致大量水汽进入除尘器进而产生糊袋现象，就是烟气湿度急剧升高原因所致。有些燃料如褐煤、煤泥含水率高达30%，烟气湿度对应要达到12-15%，比常规的烟气湿度5-8%要高出一倍以上，势必使粉尘的黏性加大，此时滤料的表面处理就至关重要，除常规的烧毛、热定型外，还需进行PTFE乳液浸渍处理，目的就是提高滤料表面的易清灰性能。同时，高的烟气湿度在温度较高的条件下，对P84、NOMEX等滤料具有一定的水解损伤作用。烟气组分中的O2、NO2、SO3对滤料具有较强的氧化作用，而SO2、SO3、HCl、HF又对滤料具有较强的酸腐蚀作用，燃煤中的这些对滤料容易造成化学损伤的物质不可避免的存在，因而在滤料材质选择方面就需要考虑这些因素，而且这些物质在烟气中所占的比例和烟气运行温度一同影响着滤料材质的选择。粉尘的特性决定着滤袋的表面处理方式和清灰方式，其特性表现在粒径分布、粉尘形状、粉尘的密度、附着性和凝聚性、吸湿性和潮解性、磨啄性。粉尘的粒径分布主要影响袋式除尘器的清灰和阻力，细颗粒粉尘难捕集，捕集后的形成的粉尘层较密实，对清灰会造成一定的困难，粗颗粒粉尘易捕集，捕集后形成的粉尘层较疏松，有利于清灰，但粗颗粒粉尘对滤料和设备都有一定的磨损作用，特别是粉煤灰磨啄性很强，覆膜滤袋不适合在此工况条件下使用。从某种意义上讲，粗细搭配的混合粉尘对过滤和清灰都是有利的。粉尘形状分为规则形和不规则形，规则形粉尘表面光滑，比表面积小，不容易被滤料拦截，不规则形粉尘表面粗糙，比表面积大，容易被滤料拦截。但不规则形状的尘粒容易对滤袋产生磨损。对于多数粉尘而言，其密度对袋式除尘器的设计选型影响不大，但是，密度特别小的粉尘将对清灰增加困难，需要特别考虑气流分布和清灰方式。粉尘的附着性和凝聚性有利于微细粉尘的凝聚和一次粉尘层的建立，从而提高除尘效率，但不利于清灰。吸湿性和潮解性强的粉尘极易在滤袋表面吸湿和固化，有些粉尘吸湿后发生潮解，其性质和形态均发生变化，形成粘稠状物，将导致除尘器清灰困难，阻力增大。粉尘的磨啄性关系到除尘器本体设计和进风方式的选择，甚至要考虑预处理措施，局部流速高的部位要做防磨处理。3、袋式除尘器结构设计袋式除尘器是利用纤维编织的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物的除尘装置。其过滤机理是尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。细微的尘粒（粒径为1?m或更小）则受气体分子冲击（布朗运动）不断改变着运动方向，由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径，尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来。过滤的过程分两个阶段，首先是含尘气体通过清洁的滤料，此时起过滤作用的主要是滤料纤维的阻留；其次，当被阻留的粉尘不断增加，一部分粉尘嵌入到滤料的内部，一部分覆盖在滤料表面形成粉尘层，此时主要靠粉尘层过滤含尘气体。随着除尘器过滤工作的延续，除尘器滤袋表面的粉尘将越积越厚，直接导致除尘器阻力的上升，因此，需要对滤袋表面的粉尘进行定期的清除，即清灰。3.1烟气流场分布设计袋式除尘器从其除尘机理而言，保证达到预期的排放指标是很容易实现的，但如何保证滤袋使用寿命更长，达到30000小时的保证寿命甚至更长，至关重要的因素之一即是创建合理的烟气流场，也就是促使气流均匀分布到每个过滤单元和每条滤袋。气流扩散空间大有利于烟气的自然分配，同时烟气由于速度低，该空间兼有重力除尘功能，如果在进风口或扩散区域设置导流板，除有利于气流分布外，还可以兼有惯性除尘作用，这样可以大幅度降低接触到滤袋的烟尘浓度。尤其是高含尘浓度、粉尘颗粒较粗的工况条件更应考虑这样的设计原则，如干法脱硫后、煤矸石电厂和其它燃烧劣质煤的工况。袋式除尘器气流分布主要决定于进风方式的选择与设计。从进风方式来看，袋式除尘器的进风方式有单元进风、沉降进风、直通进风、阶梯进风等多种方式，各种进风方式均有其各自的优缺点，但从降低设备固有阻力来看，直通进风和阶梯进风方式相对比较合理，从离线清灰和不停机检修来看，单元进风和沉降进风方式更具有优越性。单元进风方式的袋式除尘器由若干个单元仓室（3-24个）组合而成，通过进出口总管将单元进出风口连接，设计时要求充分考虑进风总管与各支管的流量分配和阻力分布情况，合理选择气流速度，合理设置均风导流装置，促使烟气能够在各仓室等量分布，各滤袋承受负荷均匀，以达到降低设备阻力和延长滤袋使用寿命的目的，从而保证设备能够长期稳定可靠、经济高效的运行。沉降进风方式与单元进风方式类似，同样由若干个单元仓室（3-24个）组合而成，通过进出口总管将单元进出风口连接，区别在于单元进风口竖直向下，而不是水平接入单元灰斗，这样设置方式可以起到惯性除尘的作用，尤其适用于高粉尘浓度场合的除尘，如干法脱硫后配套的袋式除尘器。直通进风方式为除尘器采用箱体扩散进风，来自空预器的烟气通过烟道进入到除尘器的进口喇叭，进口喇叭内部设置有两级布风板，烟气经布风板和导流板分配后进入袋滤区域，袋滤区内安装有滤袋和笼骨，烟气透过滤袋完成了过滤，粉尘被阻挡在滤袋的外表面，过滤后的洁净气体在滤袋内部，并通过排风总管排放。阶梯式进风方式同样采用箱体扩散进风，来自空预器的烟气通过烟道进入到除尘器的进口喇叭，进口喇叭内部设置有两级布风板，布风板上按规则开孔，二级布风板放置在进口喇叭末端，与顶板相连，与两侧壁板、灰斗上沿均留有一定的距离，实现孔内进风占总烟气量的1/6、侧面进风占总烟气量的1/3、底面进风占总烟气量的1/2的三维布风方式，并结合滤袋的阶梯形排布，实现在进风方向上，呈流通面积阶梯递减趋势，在出风方向上，呈流通面积阶梯递增趋势。为保证出风顺畅，避免气流积聚，在出口喇叭内设置纵横两向交错的导流叶片，形成分层网锥出风。检验烟气流场设计合理与否可以通过三种方式加以评判。一是通过数学建模，即通过CFD模拟方式判断烟气流场中各点的烟气流速是否符合设计要求。二是通过建立物理模型，按实际所需设备规格的10-20%比例并依据相应的方法创建模型，风机开启后借助风速仪检测除尘器各区域的烟气流速，在此过程中可以适当调整导流板的方位。三是通过现场冷态启动风机在净气室内测试各区域袋口的过滤风速，如果各袋口出风速度均匀，可以判定整个烟气流场符合技术要求。3.2清灰系统设计袋式除尘器的清灰系统设计及清灰制度的设置合理与否将直接影响到除尘器的运行稳定性、运行安全及滤袋的使用寿命。对袋式除尘器的清灰来说,清灰太彻底不行,因为这样会失去粉尘层的过滤作用,更多的超细粉尘会直接进入滤料内部而引起过滤阻力不断上升,以及清灰力过大会影响滤袋寿命等。清灰不彻底也不行,这样会使滤袋的过滤阻力过高,而影响整个机组的正常运行。另外,袋式除尘器的清灰还必须尽可能地保证整个滤袋及各个区域清灰程度均匀,否则会引起整个系统阻力分布不均匀,从而影响到内部的气流分布。袋式除尘器的清灰很多，从目前我国燃煤电厂已投入商业化运行的袋式除尘器来看，清灰方式主要分为低压脉冲固定行喷吹方式、低压脉冲旋转喷吹方式和分室定位反吹方式，其中前两种应用更为普遍一些。低压脉冲固定行喷吹袋式除尘器的脉冲喷吹装置采用固定管喷式结构，一只脉冲阀对应一根喷吹管，而一根喷吹管对应14-16个喷嘴，喷嘴孔径大小不一，呈规则排布，并与滤袋逐一对应，脉冲阀开启时间为0.1秒，补气时间为10秒。电磁脉冲阀采用进口产品，喷吹压力为0.2～0.3MPa（可调），气量为0.2～0.25m3/次。低压脉冲固定行喷吹袋式除尘器喷吹清灰原理是依靠脉冲阀膜片快速开启，在瞬间释放压缩空气，压气从喷嘴中高速喷出，引射数倍的周围气体注入袋内，滤袋快速膨胀，袋壁产生很大的加速度，抖落滤饼，从而实现清灰。低压脉冲旋转喷吹袋式除尘器每个滤袋束设置一个清灰装置，其中包括一个脉冲压缩空气储气罐，电磁隔膜阀和旋转支管。脉冲清灰压缩空气由罗茨风机提供。罗茨风机将压缩空气通过输气管道输送到位于除尘器顶盖上部的压缩空气储气罐中，当清灰指令下达以后，压缩空气从储气罐经过隔膜阀和旋转风管将压缩空气喷入滤袋实现脉冲清灰。旋转风管在花板上部分为3-6个支管，在旋转风管的底部有一个密封轴承支座。在每一圈布袋上都对应若干个数量不等的喷嘴，旋转风管通过法兰与支管连接，旋转风管穿过净气室顶部，旋转风管通过齿轮传动装置由马达驱动，转速约为1转/分。分室定位反吹袋式除尘器采用锅炉引风机出口的净化烟气作为清灰气源，通过反吹风机、回转定位反吹装置反吹到滤袋内部，风量为总风量的1%左右，风压为3000Pa。三种清灰方式比较分析如下：3.2.1低压脉冲固定行喷吹袋式除尘器清灰方式每个喷嘴与滤袋一一对应，清灰比较彻底，且喷吹系统没有运转部件，因而运行稳定可靠；脉冲阀数量较多，通常为3”，每只脉冲阀对应的滤袋面积一般小于60㎡，因而个别脉冲阀出现故障，对除尘器总体运行性能影响不大；采用圆形滤袋并呈矩形布置，各滤袋表面承受含尘气体压力相同，有利于滤袋寿命的保证；采用的单仓过滤面积一般为600-1500㎡左右，仓室数量可灵活调整，对场地的适应性很好，更容易实现离线清灰和不停机检修。3.2.2低压脉冲旋转喷吹袋式除尘器清灰方式旋转支管底部的喷嘴对应滤袋束进行喷吹，边吹边旋转，喷吹气量较大，压力较小，喷吹下来的