袋式除尘器技术在燃煤电厂的使用分析及解决方案

1袋式除尘器技术在燃煤电厂的使用分析及解决方案江得厚(河南电力试验研究院，河南郑州450052)摘要：电力行业燃煤电厂近年来为达到烟尘更严格的减排指标，使脱硫设备安全稳定运行，而电除尘器在某些煤种和烟尘物化特性很难满足达标要求，在性能价格比中袋式除尘器更有优势，所以，袋式除尘器得到迅速的发展，在应用中为使滤袋满足3万小时运行寿命的要求，本文对几种常用的袋式除尘器从设计、制造、运行中总结巳取得的经验和教训，特别对电-袋复合式除尘器发生的问题作出分析，建议釆用更合适的方法来达到滤袋更长应用寿命。关键词：袋式除尘器电袋除尘器运行寿命分析1袋式除尘器是今后发展的必然趋势有以下几方面的原因，促使袋式除尘器成为今后发展的方向；1.1超微细粉尘对大气质量和人体健康的影响2009年底，燃煤装机容量6.52亿kW，发电量29867亿千瓦时,发电用原煤14亿t、烟尘排放量376万t左右，其中约有300万t左右PM10及以下的超微细粉尘可长期在空气中漂浮，影响大气质量和能见度。特别是PM2.5粉尘可吸入肺部颗粒物，危害人的呼吸系统和心脏等循环器官带来和加重疾病，已引起各国的重视，制定可吸入肺部颗粒物和重金属的相关环境标准。德国≤20mg/m3，日本≤10mg/m3，美国≤30mg/m3。袋式除尘能较好地收集更多的重金属和99.8%以上PM10以下的粉尘。1.2烟尘治理环境标准要求越来越高2010年全国都会实行小于50mg/m3的控制标准和准备出台新的标准，新机组控制在30mg/m3，老机组改造控制在50mg/m3以下，还准备增加PM2.5细颗粒、重金属等控制指标。各省市根据本地的状况也制定出更严格的地方标准。使用5、6电场电除尘器很难达到此标准。老电厂改造增加电场就更困难，只有2采用袋式除尘器才有能达到新标准。1.3粉尘对脱硫塔安全稳定运行的危害脱硫塔本身是有除尘作用，将脱硫塔一般考虑有50%除尘效率，有些甚至设计为80%除尘效率。一台300MW机组双室3电场电除尘器，按脱硫塔除尘效率50%设计，就有253kg/h掺入石灰石浆液系统循环，影响脱硫效率，也加剧了循环泵和喷淋系统的磨损，运行不到半年，循环泵及喷淋系统部件都因磨损更换(Al2O3和SiO2非常坚硬表面粗糙)。使除雾器和GGH结垢、堵塞、腐蚀、坍塌等。其结垢、堵塞物质的成分50%是粉煤灰中的SiO2、Al2O3、Fe2O3；35%是CaSO3·1/2H2O；10%是CaCO3。可看出粉煤灰占一半以上,是形成可溶性盐等硬垢的主要原因。大量粉煤灰也影响石膏结晶、脱水和品质不利于销售。更重要的是PM10以下的粉尘不能去除，只有采用5电场或6电场的电除尘器才有可能得到改善，但在占用场地和技术经济比较方面电除尘就失去优势了。图1GGH结垢堵塞情况图2GGH防腐层脱落腐蚀情况3图3除雾器堵塞严重情况图4除雾器堵塞坍塌情况图5、河南某电厂某机组运行10个月后的循环泵的损坏情况。一点建议：脱硫塔不应作除尘器使用，脱硫塔只应作脱硫用，入口烟尘浓度应小于50mg/m3，使脱硫系统可用率高于95%长期稳定运行。1.4烟尘物化特性对电除尘器的影响[1-2]电除尘器理论上除尘效率可达到99.5％以上，但受烟气性质、烟尘的比电阻、浓度、粒径分布、温度、湿度和运行等因素影响，除尘器效率会显著下降，一年后大多运行在96％～99.5％之间。最适合比电阻为106～1011Ω·cm，比电阻低或高都造成电除尘器效率明显下降。含硫量和其他元护板4素的影响很明显，某电厂含硫量分别为2.0%和0.5%，对应的除尘效率99.75和90%。飞灰中SiO2加Al2O3的含量超过85%时，除尘效率显著降低，这是因为SiO2、Al2O3是以极微细的粉体存在难收尘，Al2O3会在极板面上附成一层膜，难以清灰，它还是极好的绝缘材料，比电阻也很高，导致粉尘粘附力相当大，其粒径微小对其荷电和收集都很难，还会形成所谓电气扬尘和造成电晕电流的急剧增加。微量的K2O和Na2O在有水汽的条件下对降低比电阻是很有效的，但当Al2O3和SiO2的含量较高而K2O和Na2O的含量低且灰很轻时，电除尘器难以收尘。改为双室4电场效果不明显，所以有一些电厂改用了袋式除尘器。电除尘器对微细粉尘捕捉能力有限，故大量的微细粉尘排入大气中。当含尘浓度达到某一极限时通过电场的电流趋近于零，极易发生电晕闭塞而降低除尘效率。较低烟温和较高的湿度或调质可提高除尘效率，但也应考虑到烟气中含有SO3或氨导致除尘器出现糊板、腐蚀、破坏绝缘、影响电除尘器正常工作。1.5综合效益比较[3]袋式除尘器与4电场电除尘器投资大体相当，当前滤袋价格略有下降，所以投资和运行费用比4电场电除尘略低一些。但除尘效率比电除尘器高，袋式除尘器排放浓度低于30mg/Nm3，而电除尘器则在80～150mg/Nm3左右，甚至更高。1.6采用袋式除尘器是发展的必然趋势减少大气污染越来越严环保指标要求，要达到烟尘排放浓度低于505mg/Nm3，电除尘要使用5电场甚至6电场，增加投资和场地，在维护工作量及费用和投资上均比袋式除尘器大得多。而且电除尘器对煤种、燃烧方式和烟尘物化特性很敏感而影响除尘效率。并且难以满足脱硫系统安全稳定运行的要求。袋式除尘器从技术经济分析也有明显优势，所以，近年来迅速的增加，特别是老电厂改造更为明显，成为今后燃煤电厂除尘应用的必然趋势。同时也要清醒的看到电除尘正加快湿式和移动电极电除尘器研究和应用，很快将成为强劲的对手。2国内袋式除尘器发展现状随着大型脉冲喷吹长袋式除尘器的出现，新型耐折、耐高温、耐腐蚀滤料开发应用，清灰和保护系统、自动化程度的提高，使得袋式除尘器应用于电厂的技术问题得到了较好解决。所以，目前袋式除尘器发展很快。目前100MW机组及以上正建和使用约234多台，己投运的大约128台，电袋复合除尘器约30多台。相当50MW的锅炉使用袋除大约已超过150台，合计约370台以上。其它35t/h以上工业锅炉约450台，总计大约超过820台。袋式除尘器使用大多数都运行较好，含尘浓度都低于30mg/m3。其中也有出现一些问题：锅炉爆管产生的水雾、启动点火用油雾化不好，使粉尘成粘性造成糊袋；当前电站锅炉大都采用性价比较高的聚苯硫醚(PPS)滤袋，但它应用中也有不足之处，主要是在烟气中O2和NO2作用下，随着温度越高，造成PPS氧化腐蚀越严重、阻力大等，运行不当时滤袋寿命在2～3年之间，只要运行得当国内也有相当一部分电厂使用超过5年以上。存在的问题，大6多已经改进后得到解决，运行维护和可靠性都有很大提高。使用的技术有引进的ALSTHOM高粉尘浓度有内外沉降室低压脉冲行喷吹袋式除尘器、鲁奇的低压旋转喷吹袋式除尘器，其他大部分是国产自己设计开发的产品，其中包括反吹风袋式除尘器。目前有德国4家、澳大利亚1家、美国1家公司都在我国设厂生产各种滤袋，国内已有多家公司可以提供国产滤料的滤布和滤袋，或用国外滤料（纤维）生产滤布和滤袋。提供袋笼（笼架）的厂家也很多，达到国外质量要求的也有4～5家。这些公司对水泥、冶金、化工、电力等各行业提供各种规格的不同要求的滤袋和袋笼。电厂大机组所使用的脉冲阀以澳大利亚的高原和ALSTHOM公司产品较多，国内已有几个公司的脉冲阀质量也很好，在许多行业中得到应用。总体来说，我国已具备了自行设计袋式除尘器的能力，配套的各种部件和加工在国内都很齐全，为燃煤电厂袋式除尘大发展创造了条件。2.1燃煤电厂袋式除尘器的几种工艺技术(1)旋转式低压脉冲喷吹袋式除尘器；(2)固定式脉冲行喷吹袋式除尘器；(3)电--袋(串连式)复合型除尘器。(4)反吹袋式除尘器(目前很少采用)。2.2旋转式低压脉喷吹袋式除尘器(1)采用6″～14″大型脉冲阀，用阀少，喷吹压力低0.080～0.12MPa；7(2)Ф130×8000mm椭园形袋笼，间距小，不利于气流分布，对自平衡能力不利；(3)一般使用PPS面层掺15％叶状不规则截面P84滤袋，有降阻利于收细粉尘效果；(4)有边转边吹旋转驱动部件和带上千条滤袋的大型脉冲阀，发生故障影响较大；(5)要购买专利，不易随便推广。2.3固定式脉冲行喷吹袋式除尘器(1)脉冲阀多，喷吹压力稍高0.2～0.3MPa，但脉冲阀故障只影响十多条滤袋运行；(2)多采用PPS滤袋，也有采用PPS+P84滤袋；(3)分室顶盖可打开的结构，便于在线检修；(3)便于推广应用，国内大多采用这种工艺技术。2.4两种工艺技术简要分析两种工艺技术在200MW以上火电厂都有3万小时以上(5年)的成功运行的案例，也有出现过这样或那样的问题，设计、应用得当都是可行的方案；同是使用旋转喷吹袋式除尘器，一个厂应用较好，正常运行烟温大约在140℃左右，烟气含氧量低于9％已运行77个月。另一个厂则稍差，这个厂用旋转空气预热器漏风率大(15％),易卡涩容易超温[4]，含氧量较高达12％，甚至达到250℃20多分钟(发生过2次)保护不当使布袋老化，由于煤种多变，8含硫量有时较高，易产生的酸结露，使布袋酸腐蚀更换部分滤袋。同一个电厂两台炉都使用行喷吹袋式除尘器，一台气流分布较差、水冷壁爆管较多而点火油枪露化也不好，所以运行效果不理想。一台运行较好已运行了72个月。也是这个厂用NID半干法脱硫，行喷吹袋除器入口浓度高于1000g/m3，现已运行3年7个月。关键是；设计时注意到热力系统状况、烟气参数、粉尘物化特性，运行中要规范，应急保护到位，两种工艺都会得到很好效果。但从充分发挥袋式除尘器自平行能力(行喷吹袋间距较大)和节省空间来看，行喷吹系统较为有利。下图是新安装的旋转喷吹滤袋排列情况，右边是花板开孔状况，都可看出袋间距太小，造成部分袋间速过高、部分过低。图6滤袋底部仰视图图7花板开孔袋间距图2.5反吹风袋式除尘器在2008年5月份以前都因反吹风量、风压和大量玻纤滤袋破损等原因进行改造，目前反吹风加了增压风机和喷吹系统、滤袋、袋笼等一系列改造，基本能运行，由于运行时间较短，尚待考验。2.6电-袋复合式除尘器9在后面有专门分析。3.袋式除尘器设计、制造、调试及运行的要点(1)设计时基本参数要准确可靠考虑到煤种多变的影响，要适当加大余量；要考虑气流分布均匀性，它直接影响滤袋的使用寿命、除尘器的效率及设备磨损等情况，因此，每项工程要对气流分布分别做计算机模拟和10∶1的物理模拟试验，验证进气方式、分室方式、排列方式等方面的合理性[5-8]。尽量利用袋式除尘器自平衡能力的特点，充分发挥烟气在箱体内均匀分布，对提高滤袋延长寿命起关链作用。投运前要做冷态及热态气流分布检测和调试，避免中间两列烟气大，两外侧少，造成中间两列易破袋；喷吹系统要有除水、除油和干燥措施，运行时要维护这些设备，防止返烟造成酸腐蚀；(2)滤袋的选择[5-7]电厂烟气温度一般在120～160℃，适合在这种温度段使用的只有Nomex、PPS、P84（聚酸亚铵）、PTFE。Nomex化学性能较后三种差，都不选用，P84、PTFE适宜高过200℃使用，而价格贵得很多，电厂一般选择性能价格比较好的PPS（聚苯硫醚），但其抗氧化性能较差，运行中要防止高含氧量运行。值得注意的是：其理化特性标明连续使用温度190℃，瞬时温度220℃，这种指标是在试验室做出的数据，与实际条件有一定差距。所以，目前制造厂家大都改为连续使用温度为180℃以下，瞬时高温200℃，甚至建议的使用温度已戏剧性地下降到160℃。因此，在运行使用时一定要留一定余量。实10际运行中要求在160℃运行PPS的滤袋含氧量低于8%（Vol）、NO2小于15mg/Nm3左右长期使用，若含氧量达到12%建议温度降在140℃运行。总之，含氧量越高，使用的温度就要越低，因每增加10℃，化学反应成双倍的增加[5]。根据国内、外的使用经验，PPS滤料在以上的烟气条件下使用寿命可达30000h以上。PPS浸渍PTFE或VV处理可延长滤袋使用寿命，另一种观点认为浸渍和表面涂层不会起太大的作用，只对含湿量较高的粉尘防粘灰和利于清灰有一定作用，浸渍后使PPS表面光滑更易进入细粉尘，而在反复清灰过程也易将浸渍层脱落失效。如果选