CFB干法脫硫袋式除塵器設計及運行維護

楊傳遍，許廣林，劉 軼

(南京龍源環保有限公司，南京 210012)

CFB干法脫硫袋式除塵器設計及運行維護

楊傳遍，許廣林，劉 軼

(南京龍源環保有限公司，南京 210012)

闡述了CFB干法脫硫工藝，及其配套袋式除塵器的結構型式、設計選型和運行維護等方面的技術問題。

CFB干法脫硫;袋式除塵器;設計;運行維護

目前，國內外的燃煤或燃油電站所采用的脫硫工藝已達數百種之多。按脫硫工藝在生產中所處的部位不同可分為：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫，燃燒后脫硫即煙氣脫硫。煙氣脫硫工藝有：石灰石-石膏法、氨法、雙堿及CFB干法。其中，CFB干法煙氣脫硫因其脫硫效率較高、占地少、投資低，維修費用低、無污水排放、腐蝕小而獨具優勢。

1 CFB干法脫硫工藝簡介

如圖1所示，CFB干法脫硫工藝是20世紀80年代末開發的一種新型脫硫工藝，該工藝以循環流化床原理為基礎，通過吸收劑的多次再循環，延長了吸收劑與煙氣的接觸時間，從而大大提高了吸收劑的利用率。該工藝不但具有流程簡單、占地少、投資小以及副產品可以綜合利用等優點，而且能在很低的鈣硫比（Ca/S＝1.1～1.2）情況下達到脫硫效率在92%以上。實踐證明，CFB干法煙氣脫硫工藝處理能力大，對負荷變動的適應能力強，運行可靠，維護工作量少。

CFB干法脫硫工藝系統由吸收劑加料系統、吸收塔、供水系統、袋式除塵器、脫硫灰輸送與儲存以及電氣、控制系統等組成。鍋爐煙氣由循環流化床下部經導流板進入流化床反應塔，與消石灰顆粒充分混合，與此同時，安裝在流化床反應塔內部的噴嘴噴入適量的水，鍋爐煙氣中HCl、HF、SO2、SO3和其他有害氣體與消石灰反應，生成CaCl2·2H2O、CaF、CaSO3·1/2H2O、CaSO4·2H2O和CaCO3。反應產物由煙氣從反應塔上部帶出，經袋式除塵器分離。分離出的固體絕大部分被送回流化床反應塔，以延長吸收劑的反應時間，提高利用效率。水直接噴入反應塔下部，盡可能使反應溫度略高于露點溫度20℃，既提高脫硫效率，又防結露。

CFB干法脫硫工藝的吸收劑是生石灰消化所得的氫氧化鈣細粉，由于這種消石灰顆粒很細，因此無須再磨細，此工藝既節省了購買磨機等大型設備的投資費用，也減少了能源消耗，使運行費用大為降低，而且省去了龐大的漿液貯備罐及易磨損的漿液輸送泵等組成的復雜的吸收劑制備、輸送系統，只要用空氣斜槽就可以實現輸運，從而大大簡化了工藝流程。

CFB干法脫硫工藝所產生的副產品呈干粉狀，其化學組成與噴霧干燥工藝的副產品相類似，飛灰主要有CaSO3、CaSO4、CaCl2、CaF2以及未反應的吸收劑等組成，其處置方法與噴霧干燥的副產品基本相同。

圖1 煙氣循環流化床脫硫工藝

2 CFB干法脫硫配套袋式除塵器結構型式

CFB干法脫硫煙氣經過脫硫塔，無論煙氣性質還是煙塵的性質都發生了很大的變化，因此在CFB干法脫硫后的除塵器結構特點如下。

2.1 設置預除塵系統

CFB干法脫硫塔出口粉塵濃度高達800～1000g/Nm3,最高可至1500g/Nm3，故在袋式除塵器前要加預除塵系統。如圖2所示，預除塵系統布置在袋式除塵器的外部；如圖3所示，預除塵系統布置在除塵器的內部。

圖2 設在除塵器外部的預除塵器

圖3 設在除塵器內部的預除塵器

設置預除塵系統的作用是除去煙氣中的大部分粗顆粒粉塵，以減輕袋式除塵器的除塵負擔。

2.2 氣流分布板

經過氣流分布板的煙氣均勻與否，是除塵器設計的重要考慮因素。如圖2所示的袋式除塵器中，在進氣喇叭口處設計了氣流分布板，而在圖3所示的袋式除塵器中，氣流分布板設置在靠近袋式除塵器的濾袋區前部。通過模型試驗、計算機模擬、實測流場氣流分布等技術方法積累氣流分布板設計參數，設計出氣流分布更均勻的氣流分布板。

2.3 灰斗設計

因CFB干法脫硫后，煙氣的含塵濃度很高，除塵器處理的粉塵量大。因而，袋式除塵器的灰斗比普通除塵器灰斗體積要大，如圖2、圖3所示。根據粉塵特性，灰斗角度一般大于63°，設計成不同于一般棱形的船形灰斗，儲存量會增加很多。灰斗的底部為適應大循環灰量的要求，采用輸送量大，耗能低的氣力輸送斜槽作為回料系統。

為保證除塵器收集的脫硫灰卸灰流暢，應在灰斗上設計配套蒸氣加熱系統和空氣流化系統。

3 CFB干法脫硫配套袋式除塵器設計選型參數

CFB干法脫硫塔出口粉塵濃度最高可達1500g/Nm3，袋式除塵器在如此高的粉塵入口濃度下，如果還按照常規袋式除塵器設計選型，會導致袋式除塵器運行阻力很高，增加整套脫硫系統的運行能耗，嚴重時，袋式除塵器阻力會接近3000Pa，導致脫硫系統無法正常投運。因而，需要根據脫硫塔出口粉塵性質、粉塵濃度、煙氣量、溫度、濕度、煙氣成分、煙氣特性等技術參數，合理確定袋式除塵器的各項技術參數，既保證袋式除塵器正常穩定運行，又不增加設備投資、增大袋式除塵器占地面積，有效地將袋式除塵器運行阻力控制在一個比較合理的水平。

3.1 袋式除塵器除塵效率

常規燃煤電站鍋爐袋式除塵器入口粉塵濃度一般在40g/Nm3左右，出口排放濃度不高于50mg/Nm3，CFB干法脫硫配套袋式除塵器不會因為入口濃度數十倍的增加而允許增加出口排放濃度，出口排放濃度還是不高于50mg/Nm3，CFB干法脫硫配套袋式除塵器除塵效率與常規燃煤電站鍋爐袋式除塵器除塵效率相比應當更高。

3.2 過濾速度

過濾速度是袋式除塵器最重要的設計參數之一。過濾風速選擇大，設備占地小、投資低，但是運行阻力高、清灰頻率高、清灰能耗高、除塵效率相對低；過濾風速選擇小，設備運行阻力低、清灰頻率低、清灰能耗低、除塵效率相對高，但是占地大、投資高。CFB干法脫硫配套袋式除塵器過濾風速選擇范圍一般在0.75～0.85m/min，比較經濟、可靠，這由粉塵性質、入口煙氣含塵濃度、濾料材質、清灰壓力、清灰頻率、設備運行阻力等因素確定的。

影響選擇過濾風速的因素有：

（1）粉塵性質

脫硫灰的基本特性：干法脫硫灰是一種干態的混合物，它包含飛灰、未反應的消石灰及反應后產生的各種鈣基化合物，主要成分為CaSO4·2H2O、CaSO3·1/2H2O，未完全反應的吸收劑Ca(OH)2及吸收劑中所含少量雜質等。不同的干法脫硫工藝，所產生的脫硫灰渣的成分和各成分所占的比例有較大的不同。

脫硫灰的物理特性：干法脫硫灰是一種干燥且非常細的粒狀物，它的中粒徑為10微米或更細，粒徑比普通的粉煤灰細，脫硫副產物的真密度一般為2.6～2.7t/m3，堆積密度為0.8～1.0t/m3（普通粉煤灰的真密度一般為2.1t/m3，堆積密度為0.75t/m3）。一般顆粒粒度越細、黏著性和附著性較大的粉塵，設計的過濾風速就越小。

（2）入口煙氣含塵濃度

入口煙氣含塵濃度越高，單位面積單位時間內濾料表面附著的粉塵量就越高，因而清灰頻率也越高。為了降低清灰頻率，設計的過濾風速就需相對降低。

（3）濾料的材質

不同材質的濾料選擇的過濾風速有所不同，煙氣溫度、煙氣成分、煙氣特性等決定了濾料的選擇。CFB干法脫硫配套袋式除塵器選用的濾料基本與電站鍋爐袋式除塵器選用的主要濾料材質一致，絕大部分采用PPS纖維，濾料經過燒毛、熱軋、熱定型處理，濾料表面采用PTFE浸漬處理。

（4）清灰壓力和清灰頻率

如果壓力不足，清灰氣流太弱，清灰力度不能到達濾袋底部，則灰餅不能剝落，就會形成局部積灰，濾料負荷不均勻，會導致局部過濾風速過高，因而選擇合適的清灰壓力影響著袋式除塵器的過濾風速。

清灰頻率影響過濾風速的確定。清灰頻率較高，則過濾風速可相對取高值，但是清灰頻率過高會降低濾袋及脈沖閥的使用壽命；清灰頻率較低，則過濾風速可取相對低值。

（5）設備運行阻力

在同等的基礎條件下，僅僅比較過濾風速，過濾風速越高，則袋式除塵器的運行阻力越高；反之，過濾風速越低，則袋式除塵器運行阻力越低。

3.3 壓力損失

壓力損失是袋式除塵器最重要的設計參數之一。壓力損失不僅說明袋式除塵器的能耗，而且決定除塵效率、清灰頻率。袋式除塵器壓力損失由設備本體阻力、濾料阻力和沉積在濾料表面粉塵層的阻力組成，即：

ΔP =ΔPc +ΔPf +ΔPd

式中：ΔP — 袋式除塵器總阻力，Pa；

ΔPc — 袋式除塵器的設備本體阻力，Pa；

ΔPf — 濾料阻力，Pa；

ΔPd — 沉積在濾料表面粉塵層阻力，Pa。

設備本體阻力與設備本體的結構、煙氣流速等因素有關，設備本體阻力一般在200～350Pa。

濾料阻力與煙氣的黏性系數、濾料的阻力系數和過濾風速等因素有關，除塵器投運初期濾料阻力一般在50～100Pa，隨著除塵器投運時間的延長，濾料纖維間不斷嵌入超細粉塵，濾料阻力會逐漸增加。

沉積在濾料表面粉塵層的阻力與粉塵層厚度、粉塵顆粒大小等因素有關，阻力一般在300～1400Pa。

影響壓力損失的因素有：

（1）設備本體結構型式

設備本體結構型式產生的氣流阻力在袋式除塵器的總壓力損失比例中，在投運初期較大，運行時間越長，比例逐年下降。但是由于設備本體阻力有持續影響，優良的結構型式能顯著降低袋式除塵器的總壓力損失、降低除塵器的能耗。為了降低除塵器本體阻力，可通過阻力計算、實測流場氣流分布和阻力、模型試驗測試氣流分布和阻力、計算機模擬氣流分布等手段，改進、提高除塵器的結構效率，從而達到降低能耗的目的。

（2）過濾風速

濾料的阻力及沉積在濾料表面的粉塵層阻力均隨著過濾風速的增加而提高。提高過濾風速，會降低除塵器氣流流通面積，而氣流速度的提高，必然就會增加除塵器的本體結構阻力。

（3）粉塵負荷

在其它影響除塵器壓力損失因素不變的前提下，沉積在濾料表面粉塵層的阻力對除塵器的總壓力損失有決定性的影響，濾料表面的粉塵堆積越多，產生的阻力就越大，因而及時清灰是必需的，以便將除塵器總壓力損失控制在一定范圍內。

（4）濾料

濾料同樣會產生一定的壓力損失，為了降低袋式除塵器總壓力損失及能耗，因而需要選擇優良的濾料。

CFB干法脫硫袋式除塵器入口粉塵濃度高達800～1000g/Nm3，最高可至1500g/Nm3，常規燃煤電站鍋爐袋式除塵器入口粉塵濃度一般在40g/Nm3左右，入口粉塵濃度相差20倍以上，因而在袋式除塵器正常運行的情況下，CFB干法脫硫袋式除塵器濾袋內外壓差投運初期在1250Pa左右，壽命期內壓差在1600Pa以內即可滿足CFB干法脫硫正常運行需要。

3.4 脈沖噴吹壓力、脈沖噴吹時間及脈沖噴吹頻率

如果清灰壓力和流量不足，清灰氣流太弱，清灰力度不能到達濾袋底部，則灰餅不能剝落，形成局部積灰，會導致濾料負荷不均勻、局部過濾風速過高、除塵器阻力增加，濾袋壽命縮短。反之，如果清灰氣流太強，會使附著在濾料表面的粉塵層全部剝落、灰餅散開，并且將已經滲透進濾料表層的細顆粒打出濾料表面，產生二次揚塵現象。同時，濾袋也可能由于振蕩力太強導致與袋籠的摩擦過高而裂袋。因此，無論采用高、中、低壓的壓縮氣源，設備的清灰力度和流量都必須根據工藝、粉塵和濾料性質而合理配置。

確定清灰系統參數時，需要綜合考慮工藝（溫度范圍、溫度變化、露點、濕度、粉塵顆粒、煙氣成分等）、現場環境（壓縮空氣的供應、安裝場地的布置等），以及濾料性能（材質、是否覆膜、表面處理、耐磨性、抗折性、張力范圍等）幾個因素，正確選定清灰氣源壓力和流量。

脈沖噴吹時間即脈沖閥啟、閉時間，通常稱為脈沖寬度。脈沖噴吹到一定時間后，濾袋內外的壓力下降很少，但是壓縮空氣量卻增加很多，因而合理確定脈沖噴吹時間可大大降低壓縮空氣量、降低能耗。

脈沖噴吹時間的確定與氣源壓力、氣包容積、壓縮空氣的供應流量、脈沖閥的開啟性能、濾料性能、濾袋長度、粉塵性質等因素相關。

脈沖噴吹頻率的高低直接影響著袋式除塵器的壓力損失，與除塵器的能耗有密切的關系。正常的情況下，脈沖清灰有定時、定阻及手動三種方式。從經濟運行角度選擇，選用定阻自動清灰方式比較經濟，此方式可根據袋式除塵器的壓力損失的數值自動調節清灰頻率，確保除塵器壓力損失控制在一定范圍內，降低除塵器能耗。

3.5 濾袋使用壽命

濾袋使用壽命是袋式除塵器最重要的設計參數之一。濾袋壽命定義為：在破損濾袋占總濾袋的10%時，濾袋的使用時間。濾袋的使用壽命與濾袋材質、煙氣成分、煙氣溫度、煙氣濕度、水露點、酸露點、粉塵性質、粉塵濃度、除塵器的本體結構型式、過濾風速、清灰壓力、清灰頻率及運行維護管理水平等諸多因素有關。

4 CFB干法脫硫配套袋式除塵器的運行、維護管理

實際運行說明，如果沒有相應的運行、維護管理規程制度及措施，即使是精心設計、施工質量優良的袋式除塵器，其高性能水平也是不可能穩定和持久的，甚至會影響脫硫系統的安全、經濟運行，造成重大經濟損失，并加劇環境污染，因此需要加強對袋式除塵器的運行、維護管理。

4.1 袋式除塵器的運行

（1）初期運行

袋式除塵器的初期運行，是指袋式除塵器啟動之后兩個月之內的運行。剛開始運行的兩個月，袋式除塵器處于磨合期，需要充分注意容易出現的各種問題并及時解決問題，保證袋式除塵器的安全、穩定運行。

袋式除塵器的性能測試只能在初期運行后才能進行。

袋式除塵器運行前，應根據廠家提供的設備說明書、運行維護手冊及各種技術數據表結合脫硫系統的實際情況制定袋式除塵器的初步運行規程，并以此為依據安排運行人員參與初期運行。在初期運行過程中根據實際運行的煤種、鍋爐負荷、燃燒情況、脫硫系統運行工況、煙氣特性（煙氣量、煙氣溫度、煙氣露點溫度、煙氣含濕量、含塵濃度等）、粉塵性質、出灰方式等情況對除塵器運行參數重新設定，以適應脫硫運行工況下袋式除塵器保持經濟高效運行。同時，對初步運行規程進行修訂，確定最終的運行規程，并以此作為袋式除塵器的運行依據。

CFB干法脫硫系統需要在脫硫塔中對煙氣噴水降溫。噴水后的煙氣濕度增加，流化床固體物料中的脫硫劑Ca(OH)2在與水接觸后，其表面迅速離子化，電離成Ca+和OH－，Ca+能和煙氣中的SO2、SO3等迅速產生離子型反應，因此較低的煙溫和較高的煙氣濕度對提高脫硫效率比較有利，但是對袋式除塵器的結露、酸腐蝕很不利。另外，脫硫灰中的CaSO3以CaSO3·1/2H2O形式存在，在與空氣和濕氣接觸時，CaSO3·1/2H2O容易轉變為CaSO4·H2O，脫硫灰中未完全反應的吸收劑Ca(OH)2會使脫硫灰硬結，因而要求脫硫塔出口煙溫必須高于水露點或酸露點20℃以上。

（2）正常運行

袋式除塵器一般為自動運行模式，不需人工干預，但是運行值班人員仍然必須進行正常的監視與定時巡檢，記錄并保存運行數據，排除設備隱患與故障，建立相應的運行管理工作制度，保證袋式除塵器維持在最佳運行狀態。

4.2 袋式除塵器的維護管理

袋式除塵器在正常運行的情況下，維護工作較少，但是不能忽視，否則一旦發生故障就會影響運行。因此必須重視維護檢修工作，發現問題及時處理。1）建立檢修及管理工作制度。2）運行中的維護。運行人員一旦提出設備可能發生的故障，維護人員應高度重視，并及時分析、解決，以保證袋式除塵器的正常運行。3）小修維護。袋式除塵器應在機組小修停爐期間進行常規的維護。4）大修維護。袋式除塵器在計劃大修開工前，必須充分做好相應的準備工作后方可開工，大修分為機務部分及電氣、自控部分，每部分各個子系統均需要進行必要的檢查和維護。

袋式除塵器運行、維護管理需要注意和做好相應的工作，只有重視運行、維護管理，袋式除塵器才能正常、有效地運行，才能保持其優異的除塵性能、較低的運行成本。

[1]朱偉奇，任德勝，許廣林，等.袋式除塵器技術在燃煤電站上的應用[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]楊傳遍，徐忠，劉軼.燃煤電站袋式除塵器的運行及維護管理[J].中國環保產業，2010（7）.

Designing and Operation Maintenance of Bag Filter with CFB Dry Process of Desulfurization

YANG Chuan-bian, XU Guang-lin, LIU Yi
(Nanjing Longyuan Environmental Protection Co., Ltd., Nanjing 210012, China)

This article briefly introduces CFB dry process of desulfurization technique and expatiates the technical problems of its matched bag filter’s structure, designing, operation and maintenance, etc. in detail.

CFB dry process of desulfurization; bag filter; design; operation and maintenance

X701.3

A

1006-5377（2011）05-0065-05