大机组布袋除尘器技术应用研究

大机组布袋除尘器技术应用研究目录1我国电力工业的基本现状...............................................................12国内外电厂除尘器设备的应用现状................................................22.1国内外火力发电厂除尘器设备的基本状况.................................22.2我国火力发电厂除尘器设备的发展及应用.................................32.3袋式除尘设备在国内典型项目工程上推广应用的情况介绍......122.4影响我国火电厂大型燃煤机组布袋式除尘器发展的主要因素..143火电厂大型燃煤机组选用布袋除尘器的技术经济比较..................163.1电除尘器与布袋除尘器在技术上的综合比较...........................213.2静电除尘器与布袋除尘器在经济上的综合比较.......................223.3静电除尘器与布袋除尘器对比的综合技术经济分析................234结论.............................................................................................251我国电力工业的基本现状随着国民经济的持续增长，对电力的需求也越来越大，到2006年全国发电装机容量将超过4.2×108kW。我国电力构成主要以火电为主，根据统计资料，在总装机容量中有75%为火电，而火力发电厂中又以煤为主要燃料，以全部发电量计算，全国76.8%的电来自煤炭。目前，我国的大气环境污染物仍然以煤烟型为主，主要污染物是悬浮颗粒物。根据各地2004年环境统计快报数据汇总结果，烟尘排放量1083.1×104吨，比上年增加3.3%；工业粉尘排放量853.9×104吨，比上年减少16.4%。环境污染问题已成为国家可持续发展的重要制约因素。根据国家环保总局测算，我国环境问题所造成的损失约占国民生产总值的10%，环境污染问题已经相当严重。近年来世界各国对粉尘等颗粒物及污染物的排放控制标准不断提高。我国的环保标准也要求严格控制粉尘等颗粒物及污染物的排放总量。国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局2004年1月1日联合发布了新修订的国家污染物排放标准《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2003)。新标准兼顾电力发展和环境保护目标，分三个时段规定了火电厂大气污染物排放限值，提出了到2005年和2010年火电厂应执行的烟尘排放限值，这有利于火电厂根据自身的情况采取相应的控制措施。新标准提出了第3时段烟尘最高允许排放浓度要求：2004年1月1日后新上机组，除西部非两控区的燃用特低硫煤（入炉燃煤收到基硫分小于0.5%）的坑口电厂及以煤矸等为主要燃料（入炉燃料收到基低位发热量小于等于12550KJ/Kg）的资源综合利用火力发电锅炉外，其余新上机组均执行小于50mg/Nm3烟尘最高允许排放浓度要求。根据新标准的要求，我院2004年以后及最近新设计的电厂均按烟囱出口排放浓度低于50mg/Nm3。我国未来五年后环保趋势，实际上将向国外高环保标准要求国家看齐，如；美国在90年代就针对火力发电厂提出了PM10的环保标准。即：火力发电厂新建项目锅炉排出烟气的含尘粒径小于10μm时可直接排入大气，粉尘排放浓度不得高于30mg/Nm3。目前国内执行第3时段排放标准（50mg/Nm3）与美国执行的排放标准（30mg/Nm3）之间还有较大的差距。12国内外电厂除尘器设备的应用现状2.1国内外火力发电厂除尘器设备的基本状况燃煤电厂锅炉烟气除尘经历了由初级到高级的发展过程。除尘器的选用由初期的旋风除尘器、多管除尘器、水膜除尘器（文丘里水膜除尘器）等到目前广泛应用的静电除尘器。在现阶段建设的火力发电厂中，除尘装置的选择以静电除尘器、布袋除尘器、电袋复合型除尘器为主。静电除尘器在国内的应用较早，70年代就已经应用于火力发电厂，如吉林发电厂、保定发电厂最早采用了进口的静电除尘器；1974年福建邵武电厂在75t/h锅炉改造时首次采用国产双室2电场静电除尘器。经过多年的开发应用，电除尘器技术成熟，除尘效率较高，目前已被广泛地应用于电力等行业。从80年代开始，我国就在部分电厂就布袋除尘器处理锅炉尾部烟气进行了尝试，受到当时工艺水平的限制，滤料不过关，技术落后，滤袋破损泄漏，导致除尘效率低，换袋频繁、工作条件差，致使布袋除尘器在火力发电厂锅炉尾部烟气处理中没有得到推广应用。在国外火力发电厂采用布袋式除尘器较早，1973年美国圣勃雷(Sunbury)电厂率先采用布袋式除尘器处理燃煤锅炉烟气获得成功，经过多年的发展完善，布袋式除尘器在国外电站锅炉已经应用的较为普遍。在澳大利亚的新南威尔士州各个发电厂已把原有的电除尘器全部改造为布袋式除尘器，现在600MW以上锅炉机组配套布袋式除尘器已经有成熟地应用。据了解，美国、加拿大、澳大利亚、南非及欧洲一些火电厂采用了各种布袋式除尘器，其效率高达99.9%。80年代就有一些厂商到国内介绍布袋除尘器在火电厂的应用。由于国内当时环保要求不高，国外火力发电厂采用布袋除尘器也不是很多，在引进国外火电厂设备时，大多数引进了电除尘器，而没有引进布袋除尘器。近年来，随着滤料制造技术的发展，制约布袋式除尘器的滤料在设计及加工工艺、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等方面都有很大的提高。布袋除尘器的烟尘排放浓度可以控制在12~50mg/Nm3，已经广泛应用于电厂、矿山、冶金、化工、水泥、制药、食品等行业作为环境净化及产品回收设备。2001年内蒙古丰泰电厂（2x200MW机组）由于燃煤为硫份低且锅炉飞灰比电阻高的特性，为保证锅炉烟气的排放浓度，引进了德国鲁奇(LURGI)公司提供的布袋除尘器，2并一举获得成功，为国内电力行业选用布袋除尘器提供了宝贵的经验。之后河南焦作发电厂#3、#4机组670t/h锅炉和郑州新力热电有限公司670t/h锅炉静电除尘改造为布袋式除尘器等工程陆续成功投运；内蒙古新丰电厂2x300MW机组配用袋式除尘项目也正在执行过程中。2004年天津津源热电有限公司2x50MW机组将2号炉的三电场静电除尘器改造为电袋复合型除尘器并获得成功，机组目前运行良好，运行中实测排放浓度为10~15mg/Nm3。2.2我国火力发电厂除尘器设备的发展及应用随着我国火力建设的发展，燃煤机组除尘器设备也有了长足的改进。近几年来，我国的大中型火力发电厂烟气除尘设备以静电场除尘器设备为主；对于环保要求较高地区，火力发电厂烟气除尘设备逐步向布袋式除尘器方向发展。随着我国环保要求的进一步提高，布袋式除尘器势必将成为我国火力发电厂烟气除尘设备（包括电布袋式除尘器）的首选。下面就针对静电、布袋及电袋复合型除尘器设备的原理及应用情况对比，进一步阐述适合将来我国经济发展及环保要求的火电厂燃煤机组烟气除尘设备的发展方向。2.2.1静电除尘器原理及其在火力发电厂的应用静电除尘器的工作原理如图1，是利用强电场电晕放电，使气体电离产生大量自由电子和离子，并吸附在通过电场的粉尘颗粒上，使烟气中的粉尘颗粒荷电，荷电后的粉尘颗粒在电场库仑力的作用下被吸向极板(阳极和阴极)并聚集在极板上，集聚在极板上的灰通过振打周期性地被除去并落入灰斗，再通过排灰系统排出，从而达到收尘的目的。静电除尘器主要由收尘极(阳极板)、放电极(阴极线)、高压直流供电装置、振打装3置和外壳等组成。影响电除尘器效率的主要因素有：飞灰比电阻、烟尘浓度、烟尘粒度、烟尘黏度和烟尘的平均漂移速度。粉尘颗粒荷电是电除尘器的关键之一，而粉尘的比电阻是影响粉尘颗粒荷电的重要因素，因此也是影响电除尘器除尘效率的重要因素之一。粉尘比电阻与除尘效率的关系见图2。图2除尘器效率、电流、电压与粉尘比电阻关系曲线从图中可以看出，灰的比电阻值在104~1011Ωcm的范围内变化时，对除尘效率影响极小。比电阻值超过这个范围，除尘效率都会下降。当比电阻过低，由于粉尘的导电性，使收集到极板上的粉尘易失去电荷，重新带上与集电极相同的电荷，产生二次飞扬，丧失集尘能力而使除尘效率急剧下降。当比电阻过高，由于粉尘的绝缘性，粉尘吸附到极板上后仍保持原荷电状态，待粉尘集到一定厚度会产生反电晕，导致除尘效率急4剧下降。锅炉飞灰的比电阻值与烟气温度、湿度、飞灰粒度、飞灰含碳量以及煤的含硫量有关，受含硫量影响较大。一般粉尘的比电阻在烟气温度140℃到180℃之间(通常的排烟温度范围内)最高，有一个峰值(见图3)。当锅炉飞灰在93.5℃温度以下时，各种含硫量煤的飞灰比电阻值大体一致；随着温度的提高，比电阻值也随之增加，含硫量越低的煤增加得越快，在温度为163℃时达到最大值；当温度超过163℃时，比电阻值又回降，在316℃左右时，各种含硫量飞灰的比电阻值降到接近于最小值。从图三可以看出，高硫煤(硫含量在1~5%)燃烧后的粉尘容易收集，低硫煤(硫含量在1.0%以下)燃烧后的粉尘就比较难收集，实际中含硫量小于0．5%的煤燃烧后的灰是非常难于捕集的。如呼和浩特发电厂5、6号50MW机组，燃用准格尔小窑煤，煤灰的比电阻在90℃~220℃时为5.8×1011~2.4×1012，粉煤灰中SiO2、A12O3的含量极高，两项之和达90.54%，Na2O含量仅为0.01%，电气除尘器投产后除尘效果一直不理想，进行了一系列重大的改造工作，包括扩大收尘面积（将有效截面由原104m2增加到157m2）、增加烟气通道、改变极线型式、加大极距、增加辅助电极、将原三电场增加到四电场等措施，均收效甚微，除尘效率在短时间曾达到过99%，但很快又降低到96%以下；后来在原有改造基础上又进行了几种调质试验，采取在给煤机处加Na2CO3的方法和在烟道中喷湿蒸汽的方法，以期增加烟气中Na2O的含量、降低高温除尘指数和降低烟温，仍未收到满意效果。最后不得不于2003年将电除尘器改造为布袋除尘器。经过调研发现燃用准格尔煤田煤种的火力发电厂，静电除尘器运行效果普遍不理想，现将国内部分电厂的煤质及除尘器的选型参数列表说明如下：工程名称项目符号单位国华准格尔电厂大唐托克托电厂佳木斯电厂霍林河坑口电厂华能伊敏电厂机组容量MW330600300600600设计煤种准格尔矿洗中煤+末煤准格尔露天矿末煤双鸭山烟煤霍林河露天矿褐煤伊敏矿煤煤质分析收到基低位发热量Qnet.arkJ/kg1629417981216601219011786收到基全水分Mt%10.0013.256.429.7339.5收到基灰分Aar%31.726±426.9423.5112.095工程名称项目符号单位国华准格尔电厂大唐托克托电厂佳木斯电厂霍林河坑口电厂华能伊敏电厂干燥无灰基挥发分Vdaf%40.8738-4137.5348.8545收到基碳Car%43.2147.6255.7434.734.59收到基氢Har%3.423.013.762.372.03收到基氧Oar%10.558.776.258.0211.30收到基氮Nar%0.690.880.70.870.35收到基硫Sar%0.690.470.210.80.14灰分析二氧化硅SiO2%38.2240.7563.9747.3126.28三氧化二铝Al2O3%51.7247.2620.7316.3222.77三氧化二铁Fe2O3%1.384.735.0421.246.32氧化钙CaO%1.360.892.811.9613.32二氧化钛TiO2%1.301.841.310.970.85氧化钾K2O%0.430.392.451.891.68氧化钠Na2O%0.020.330.640.130.39氧化镁MgO%0.230.200.880.852.70三氧化硫SO3%1.751.061.211.936.24飞灰比电阻25℃9.60×10103.00×1098.59×1098.77×10980