鍋爐煙氣除塵器比較研究

高 潔

(無錫市廣播電視大學高職部,江蘇無錫 214011)

鍋爐煙氣除塵器比較研究

高 潔

(無錫市廣播電視大學高職部,江蘇無錫 214011)

在大型燃煤火力發電廠鍋爐煙氣除塵幾種除塵器中,靜電除塵技術成熟可靠,應用最為廣泛,但對于某些特性的煤種及偏離設計工況較多時,除塵的效率就比較低;布袋除塵器除塵效率很高,對超細粉塵治理效果尤其明顯,但濾袋壽命不是很長,濾袋更換維護工作量較大;電袋復合型除塵器具有除塵效率穩定高效、適應能力強、濾袋阻力低、使用壽命長、運行維護費用低、占地面積小等優點。

靜電除塵器;除塵效率;布袋除塵器;電袋除塵器

一、靜電除塵器

(一)靜電除塵器的工作原理

含有粉塵顆粒的氣體在接有高壓直流電源的陰極線(又稱電暈極)和接地的陽極板之間所形成的高壓電場通過時,由于陰極發生電暈放電,氣體被電離,此時帶負電的氣體離子在電場力的作用下,亦向陽極運動,到達陽極后,放出所帶的電子,塵粒則沉積于陽極板上,而得到凈化的氣體排除除塵器外。

(二)靜電除塵器的類型

根據目前常用的靜電除塵器,可以分為以下幾類:

按氣流方向分為立式靜電除塵器和臥式靜電除塵器

按除塵器收塵極形式分為板式靜電除塵器和管式靜電除塵器

按沉淀極板上粉塵的消除方法分為干式靜電除塵器和濕式靜電除塵器

按收塵極和電暈極不同配置分為單區靜電除塵器和雙區靜電除塵器

(三)影響靜電除塵器除塵效果的主要因素

1.粉塵比電阻。電阻在104～1011Ω·cm之間的粉塵,電除塵效果好。當粉塵比電阻小于104Ω·cm時,由于粉塵導電性能好,到達集塵極后,釋放負電荷的時間快,容易感應出與集塵極同性的正電荷,由于同性相斥而使“粉塵形成沿極板表面跳動前進”,降低除塵效率。當粉塵比電阻大于1011Ω·cm時,粉塵釋放負電荷慢,粉塵層內形成較強的電場強度而使粉塵空隙中的空氣電離,出現反電暈現象。正離子向負極運動過程中與負離子中和,而使除塵效率下降。

2.氣體含塵濃度。粉塵濃度過高,粉塵阻擋離子運動,電暈電流降低,嚴重時為零,出現電暈閉塞,除塵效果急劇惡化。電除塵器內同時存在著兩種電荷,一種是離子的電荷,一種是帶電塵粒的電荷。離子的運動速度較高,約為60～ 100 m/s,而帶電塵粒的運動速度較低,一般在60 cm/s以下。因此含塵氣體通過電除塵器時,單位時間轉移的電荷量要比通過清潔空氣時少,即這時的電暈電流小。如果氣體的含塵濃度很高,電場內懸浮大量的微小塵粒,會使電除塵器擔憂暈電流急劇下降,嚴重時可能趨近于零,這種情況稱為電暈閉塞。為了防止電暈閉塞的產生,處理含塵濃度較高的氣體時,必須采取措施,如提高工作電壓,采用放電強烈的電暈極,增設預凈化設備等。氣體的含塵濃度超過30 g/m3時,必須設預凈化設備。

3.氣流速度。隨氣流速度的增大,除塵效率降低。其原因是,風速增大,粉塵在除塵器內停留的時間縮短,荷電的機會降低。同時,風速增大二次揚塵量也增大。電場風速的大小對除塵效率有較大影響,風速過大,容易產生二次揚塵,除塵效率下降。但是風速過低,電除塵器體積大,投資增加。根據經驗,電場風速最高不宜超過1.5～2.0 m/s,除塵效率要求高的除塵器不宜超過1.0～1.5 m/s。

(四)造成靜電除塵器除塵效率低的原因

1.高低壓供電控制裝置設計運行不佳。合理的電除塵器電暈功率是保證電除塵器安全、穩定運行的重要因素之一。電除塵器直流高壓由380 V交流電流經可控硅高壓整流設備供給,除塵器電場阻抗對高壓供電裝置來說是一個變化的負載。當電場阻抗升高、電流變小時,要求設備能自動升壓;而當電場阻抗降低、電流變大時,要求設備能自動降壓以保持設定的電流。整流變壓器內部的電壓、電流取樣電阻,引進負反饋信號,經微機智能處理后移相控制可控硅的導通角,改變負載輸出電壓,達到穩定輸出的目的,使電場獲得最有效的電暈功率。然而有些電源及控制設備制造廠生產的控制器對設備控制特性和控制方式、保護功能等還不完善,再加上電廠運行和檢修人員對設備原理的理解存在一定的盲區,從而造成供電控制裝置運行不佳。

2.振打清灰裝置的運行方式不合理。目前,火電廠使用的電除塵器,無一不是采用振打方式清灰。在振打力度和均勻性都滿足要求的情況下,振打制度(周期、時間、方式)是否合理對電除塵器除塵效率影響極大,振打周期對除塵效率的影響在于清灰時能否使脫落的塵塊直接落入灰斗。振打周期過長、極板積灰過厚,將降低帶電粉塵在極板上的導電性能,降低除塵效率;振打周期過短,粉塵會分散成碎粉落下,引起較大的二次揚塵,即沉積在電除塵器收塵極上的粉塵再次被氣流帶出除塵器,尤其是末極電場的二次揚塵會大大降低電除塵器的效率。

3.鍋爐的運行參數偏離正常值。在正常負荷下鍋爐的煙氣流量、排煙溫度、煙氣含塵濃度等參數值與電除塵器設計的參數相差不大,電除塵器都能正常運行。若鍋爐煙氣流量增大、排煙溫度升高、煙氣含塵濃度增加,電除塵器的運行工況就會惡化,使除塵效率降低。當鍋爐長時間低負荷運行時,為穩定燃燒,必須投入重油或柴油助燃,造成煙氣溫度和煙氣中的粘稠物增加。這些粘稠物造成陰極線肥大,陽極板積灰,導致電場的除塵效率下降。

4.煤種的變化。如果鍋爐燃燒煤種發生了變化,其熱值較設計煤種低,灰分較設計煤種高,則會加大對輸煤、制粉、除塵、輸灰設備的磨損,縮短設備的檢修周期。使用低熱值燃煤,會使鍋爐實際燃煤量增加,使煙氣的含灰量增大。這樣會使電除塵器處理煙氣含塵濃度超過設計值,除塵效率將受到嚴重影響。為了消除因煤種發生變化而影響電除塵器的除塵效率,在除塵設備系統運行正常的情況下,每套電除塵器至少應進行一次針對典型煤種的特性試驗,以確定煤種、供電、振打對電除塵器效率的綜合影響,找出電除塵器的最佳運行方式。

(五)提高電除塵器除塵效率的方法

1.使用縱橫式超高壓寬間距靜電除塵器。優點:縱橫式超高壓寬間距靜電除塵器采用超高壓電場可以增大靜電除塵器所適應的粉塵比電阻范圍,可以解決或改善以往工況條件惡劣情況下電除塵效率低的問題。基本結構特點:應用超高壓橫向電場和超高壓縱向電場串聯。采用超高壓寬間距橫向分布電場,電場分布符合粉塵分布規律。采用超高壓寬間距縱向分布電場,G-OPZEL集塵極,它具有較大的阻流寬度及流線型設計,有效地防止了氣流對集塵極上附著的粉塵以及振打過程中下落的粉塵沖刷,可高效捕集微細粉塵,抑制二次揚塵。另外,該除塵器采用優秀的頂部電磁振打技術,頂部振打清灰,力的傳遞符合積灰脫落規律——上大下小,清灰效果好,二次揚塵少,除塵效率高。振打裝置移到電場外部頂部,電場內部只有極板極線,無運動部件,可實現節省維護費用,改善維修工人的工作環境。頂部電磁振打器,結構簡單故障少,清灰效果好,在運行中可觀察振打狀況,并可調整振打強度和周期,可實現不停機維護。

2.合理設計氣流分布裝置,提高除塵效率。

3.變常規ESP固定式陽極板為移動式陽極板、變常規ESP振打清灰方式為旋轉刷清灰方式。

(六)靜電除塵器面臨的問題

靜電除塵的工作原理是利用粉塵在電場中荷電并在電場力作用下向除塵電極沉積。粉塵的荷電程度除了受電場條件影響外,還很大程度受煙氣成分、粉塵的物理、化學性能影響。通常,一臺電除塵器是按某種煤種進行設計的,但由于各種原因的影響,在鍋爐運行過程中使用的燃煤條件會有很大的變化,因此,導致除塵器的除塵效率可能發生很大的波動,但如果每臺除塵器都按最難收塵的極限條件煤種設計,則會大大增加設備的投資。煤種的多變性和燃燒過程的復雜化給電除塵器設計及使用帶來巨大的困難。

目前,排放標準已提高到30～50 mg/Nm3,很多地方排放標準還小于20 mg/Nm3,所以電除塵器的設計、制造、安裝、操作將面臨更高的要求。

電除塵器除塵效率與極板面積呈指數變化,即當排放濃度降低時,除塵器的極板面積將按指數增大。在常規情況下,當要求排放濃度為200 mg/Nm3時,3個電場就可滿足條件;為100 mg/Nm3時需要4個電場;而50 mg/Nm3時則需要5～6個甚至更多的電場,設備費用和電耗將急劇增加。

(七)靜電除塵器的優點

除塵效率能捕集1 um以下的細微粉塵,從經濟方面考慮,一般控制一個合理的除塵效率;處理煙氣量大,可用于高溫(可高達500℃)、高壓、高濕的場合,能連續運轉;具有高效低阻的特點,電除塵壓力損失為100～200 Pa;適用范圍廣,維護簡單方便。

(八)靜電除塵器的缺點

設備龐大、耗鋼多,需高壓供電設備的輸出峰值電壓為70～100 KV,故投資高;制造、安裝和管理的技術水平要求較高;除塵效率受粉塵比電阻影響大,一般對比電阻小于104～105Ω·cm或大于1012～1015Ω·cm的粉塵,若不采取一定措施,除塵效率將受到影響;對初始濃度大的含塵氣體需設置預處理裝置;不具備離線檢修功能,一旦裝備出現故障,或者帶病運行,或者只能停爐檢修。

二、布袋除塵器

隨著排放氣體含塵量要求的逐漸提高,靠電除塵達到要求將大幅增加投入成本。而布袋除塵技術條件的日趨成熟,尤其是一些核心問題的解決,使布袋除塵器的投資運行成本遠低于電除塵器的投資運行成本,目前燃煤鍋爐很多使用了布袋除塵器。

(一)布袋除塵器的優點

除塵效率高;附屬設備少、投資省、技術要求沒有電除塵要求高;能捕集比電阻高、電除塵難以回收的粉塵;性能穩定可靠、對負荷變化適應性好,運行管理簡單,特別適宜捕集細微而干燥的粉塵,所收的干塵易于回收和處理;能適合生產全過程除塵新理念,降低總量排放;適于凈化含有爆炸危險或帶有火花的含塵氣體。

(二)布袋除塵器的缺點

用于處理相對濕度較高的含塵氣體時,應采取保溫措施,以免因結露而造成“糊袋”;用于凈化有腐蝕性氣體時,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,將煙溫降低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;阻力較大,一般壓力損失為1000～1500 Pa。

三、電袋組合除塵器

靜電除塵技術成熟可靠,應用最為廣泛,但對于某些特性的煤種(如比電阻較高不易荷電)及偏離設計工況較多(如煤質變差煙氣量增大很多)時,靜電除塵的效率就比較低,不能適應日益提高的環保要求。

布袋除塵除塵效率很高,對超細粉塵治理效果尤其明顯,但濾袋壽命還不是很長,濾袋更換維護工作量較大。于是開發出了電袋除塵器,電袋復合型除塵器是通過靜電除塵與布袋除塵有機結合的新型的高效除塵器。它改善了進入袋區的煙塵工況條件,具有除塵效率穩定高效、適應能力強、濾袋阻力低、使用壽命長、運行維護費用低、占地面積小等優點,而且對現有電廠電除塵器的改造節省時間和經濟成本。目前中國已經發展了世界最成功的電袋除塵器技術:電袋除塵器首次將運用到1000 kW機組——鄭州新密電廠;華電新鄉寶山電廠600 kW也成功運行了1年多,2010年9月專家組對其給予了很高的評價——我國的電袋除塵技術已是世界第一。

(一)電袋組合式除塵器技術性能特點

1.適用高比阻粉塵收集,除塵效率具有高效性和穩定性。電袋除塵器的效率不受高比阻細微粉塵影響,不受煤種、煙灰特性影響,排放濃度容易實現在50 mg/Nm3以下,且長期穩定。

2.運行阻力比純布袋除塵器低500 Pa,可以減少引風機功率消耗。運行阻力比純布袋除塵器低500 Pa,每10000 m3/h風量引風機功率可減少1.74 kW。

3.清灰周期長、氣源能耗小。由于濾袋收集的粉塵量少,阻力上升緩慢,其清灰周期時間是純布袋除塵器的2倍以上,壓縮空氣消耗量不到純布袋的1/3。

4.延長濾袋使用壽命。運行阻力低、濾袋的負荷差壓小延長了濾袋使用壽命。清灰周期長、清灰次數少延長了濾袋使用壽命。在相同運行條件下電袋的使用壽命比純布袋除塵器的壽命延長2～3年。

5.一次性投資少,運行維護費用低。適量提高過濾風速可減少濾袋、閥件等數量以降低設備成本及費用,運行能耗低和濾袋使用壽命長降低了運行及維護成本。

綜上所述,電袋復合除塵器著重解決了當前除塵器常見的三大難題:電除塵器的排放難題;布袋除塵器的阻力大的難題;布袋除塵器袋使用壽命短難題。

(二)電袋除塵器也存在缺點

系統同時擁有電、袋這樣除塵機理和結構上都存在極大差異的兩套除塵設備,管理相對復雜;電除塵器發生故障時,會對布袋除塵器產生影響;氣流分布均勻問題。

四、結語

隨著科技的進步及新技術、新產品的廣泛應用,新型除塵器的開發與應用已從實驗室走出來,并已投產應用取得較好的經濟效益和社會效益。當然沒有一種除塵器是完美的,但追求完美是每個環保工作者的責任,保護人類賴以生存的環境,是我們所有人的共同目標,實現低炭、節能、環保的目標,還需我們繼續努力,開發出更好的除塵器,為全世界的環境事業做出一份貢獻。

[1]劉練波,許世森.靜電布袋復合除塵器的試驗研究[J].動力工程,2007,27(1):103-107.

[2]趙毅,陳周燕.電除塵器改造成電-袋復合除塵器的可行性[J].粉煤灰,2008(5).

(責任編輯張佑法)

R136.2;TU834.6

A

1007-7111(2010)12-0118-03

2010-10-14

高潔(1975—),女,教育碩士,講師。