燃煤鍋爐煙塵提標(biāo)改造方案

謝春玲 汪小田

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科學(xué)評(píng)價(jià)

燃煤鍋爐煙塵提標(biāo)改造方案

謝春玲 汪小田

謝春玲本文針對(duì)燃煤鍋爐的煙塵在提標(biāo)改造過(guò)程中的可行性方案進(jìn)行了詳細(xì)的比較，提出的比選標(biāo)準(zhǔn)，可在鍋爐煙塵改造行業(yè)起到借鑒作用。

如付諸現(xiàn)實(shí)將對(duì)鍋爐改造單位產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

燃煤鍋爐煙氣除塵經(jīng)歷了由初級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過(guò)程，目前廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)的包括布袋除塵器與靜電除塵器。本文簡(jiǎn)述了靜電除塵器和布袋除塵器的除塵原理，并結(jié)合單位鍋爐房實(shí)際情況，對(duì)4電場(chǎng)靜電除塵器和布袋除塵器從技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行了比較，給出了鍋爐房煙塵提標(biāo)改造最終方案。

近年來(lái)，灰霾天氣日益?zhèn)涫荜P(guān)注，其主要影響因子為PM2.5 、PM10，PM2.5被吸入人體后會(huì)進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。

針對(duì)灰霾天氣，全國(guó)各省市都出臺(tái)了相應(yīng)的治理目標(biāo)與方案，2013年西安市針對(duì)日益嚴(yán)重的灰霾天氣制定了《西安市“治污減霾”工作實(shí)施方案（2013年）》，主要內(nèi)容如下：全市范圍內(nèi)除集中供熱設(shè)施外，禁止新建任何燃煤鍋爐；完成450臺(tái)20蒸噸以下燃煤鍋爐拆改任務(wù)；完成20蒸噸以上污染物排放量較大燃煤鍋爐改造任務(wù)；嚴(yán)格控制煤炭新增消費(fèi)量，增加清潔能源的供應(yīng)量，推廣清潔能源項(xiàng)目。

單位鍋爐房現(xiàn)有4臺(tái)20t/h燃煤鍋爐，鍋爐燃燒過(guò)程排放的煙塵含有PM2.5 、PM10，對(duì)灰霾天氣造成一定的“貢獻(xiàn)”，因此，為了積極響應(yīng)西安市“治污減霾”專項(xiàng)行動(dòng)，實(shí)施鍋爐大氣污染物中煙塵的削減是一項(xiàng)有意義的工作。本文就鍋爐除塵裝置的方案比選做必要的研究。

現(xiàn)狀分析

單位鍋爐房現(xiàn)有4臺(tái)20 t/h燃煤鍋爐，其中1#、2#鍋爐建于1991年，3#鍋爐建于1995年，4#鍋爐建于2005年，目前，采用先干式除塵后濕式脫硫的干濕兩級(jí)脫硫除塵工藝，其中除塵采用新型模塊式多管除塵器，除塵效率約為95%，脫硫運(yùn)用石灰-石膏濕式脫硫技術(shù)，脫硫效率約為90%。

鍋爐房大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)——地方標(biāo)準(zhǔn)

2013年，西安市環(huán)境保護(hù)局以 ［2013］48號(hào)《西安市環(huán)境保護(hù)局關(guān)于加快實(shí)施燃煤鍋爐煙氣污染綜合治理的通知》明確提出了燃煤鍋爐煙塵治理項(xiàng)目必須進(jìn)行煙塵提標(biāo)改造，處理后煙塵排放濃度≤30mg/m3。單位2012～2013年鍋爐大氣污染物排放情況如表1所示。

表1　鍋爐房大氣污染物2012～2013排放情況

從上表可以看出，單位鍋爐煙塵排放濃度不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

鑒于此，需對(duì)鍋爐房4臺(tái)20t/h鍋爐的除塵系統(tǒng)進(jìn)行全面改造，以使煙塵排放濃度≤30mg/m3。

單位燃煤鍋爐煤質(zhì)參數(shù)與運(yùn)行參數(shù)

表2　鍋爐房煤質(zhì)與運(yùn)行參數(shù)

除塵方案比選

燃煤鍋爐煙氣除塵經(jīng)歷了由初級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過(guò)程，除塵器的選用由初期的旋風(fēng)除塵器、水膜除塵器、多管除塵器到目前廣泛應(yīng)用的布袋除塵器與靜電除塵器，為了尋找適合單位鍋爐除塵改造的方案，下面重點(diǎn)對(duì)布袋除塵器與靜電除塵器進(jìn)行比較分析。

布袋除塵器

布袋除塵器是一種干式高效除塵器，它是利用纖維編織物制作的袋式過(guò)濾元件來(lái)捕集含塵氣體中的固體顆粒物的除塵裝置。其作用原理為：當(dāng)含塵氣流流經(jīng)濾布時(shí)，比濾布空隙大的微粒，由于重力作用沉降或由于慣性作用被濾布擋住；比濾布空隙小的微粒，由于和濾布發(fā)生碰撞或被濾布纖維表面“集塵層”吸附，而停留在濾布的表面和空隙中，因此，袋式除塵器對(duì)于比濾布空隙小的粉塵微粒同樣也可以取得很好的效果。

按照清灰方式的不同，袋式除塵器可分為機(jī)械振動(dòng)類、分室反吹類、噴嘴反吹類、振動(dòng)反吹并用類、脈沖噴吹類。脈沖噴吹袋式除塵器是利用壓縮空氣在極短的時(shí)間內(nèi)高速噴入濾袋，同時(shí)誘導(dǎo)數(shù)倍于噴射氣流的空氣，形成空氣波，使濾袋由袋口至底部產(chǎn)生急劇的膨脹和沖擊振動(dòng)，造成積塵下落的作用。脈沖噴吹袋式除塵器因電耗相對(duì)于其他袋式除塵器小且清灰效果好而被廣泛應(yīng)用。

含塵氣體從袋式除塵器入口進(jìn)入后，由導(dǎo)流管進(jìn)入各單元室，在導(dǎo)流裝置的作用下，大顆粒粉塵分離后直接落入灰斗，其余粉塵隨氣流均勻進(jìn)入各倉(cāng)室過(guò)濾區(qū)，過(guò)濾后的潔凈氣體透過(guò)濾袋經(jīng)上箱體、提升閥、排風(fēng)管排出。隨著過(guò)濾工況的進(jìn)行，當(dāng)濾袋表面積塵達(dá)到一定厚度時(shí)，由清灰控制裝置按設(shè)定程序關(guān)閉提升閥，控制當(dāng)前單元離線，并打開(kāi)電磁脈沖閥噴吹，抖落濾袋上的粉塵。落入灰斗中的粉塵經(jīng)由卸灰閥排出后，利用輸灰系統(tǒng)送出。

靜電除塵器

靜電除塵器是利用強(qiáng)電場(chǎng)電暈放電，使氣體電離產(chǎn)生大量自由電子和離子，并吸附在通過(guò)電場(chǎng)的粉塵顆粒上，使煙氣中的粉塵顆粒荷電，荷電后的粉塵顆粒在電場(chǎng)庫(kù)侖力的作用下被吸向極板并聚集在極板上，聚集在極板上的灰通過(guò)振打周期性地被去除并落入灰斗，再通過(guò)灰斗系統(tǒng)排出，從而達(dá)到收塵的目的。

靜電除塵器可以通過(guò)加長(zhǎng)電場(chǎng)的長(zhǎng)度來(lái)提高捕集效率，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)使用3個(gè)電場(chǎng)時(shí)，捕集效率可達(dá)99%，若使用4個(gè)電場(chǎng)時(shí)，捕集效率可達(dá)99.4%。

經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選

單位鍋爐房鍋爐煙塵產(chǎn)生濃度約3000mg/m3，為滿足煙塵排放濃度小于30mg/m3標(biāo)準(zhǔn)要求，要求除塵器的除塵效率必須大于99%。但由于3電場(chǎng)靜電除塵器除塵效率在99%左右，不能確保鍋爐煙塵排放濃度≤30mg/m3，因此選用4電場(chǎng)靜電除塵器與脈沖噴吹袋式除塵器進(jìn)行比較分析。下面從技術(shù)性能、煙塵處理效果、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、排污費(fèi)等方面進(jìn)行比選。

（1）技術(shù)性能

表3　兩種方法技術(shù)性能對(duì)比

（2）煙塵處理效果

以鍋爐房實(shí)際運(yùn)行情況為例，通過(guò)理論公式計(jì)算出4電場(chǎng)靜電除塵器與脈沖噴吹袋式除塵器除塵效果如下。

表4　除塵效果對(duì)比

圖1　布袋除塵器工作原理

圖2　靜電除塵器工作原理

煙塵排放量=B×A×D×（1-η）/H

B——燃煤量（t）

A——煤的灰分含量（%）

D——煙氣中煙塵占灰分量的百分?jǐn)?shù)，其值與燃燒方式有關(guān)（鏈條爐煙塵占灰分的比例一般為15%～25%，取18.46%計(jì)算）

η——除塵器的總效率（%）

H——煙塵中的可燃物（%）

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，4電場(chǎng)靜電除塵器除塵效率低于脈沖噴吹袋式除塵器，燃煤鍋爐其他指標(biāo)相同的情況下，煙塵排放量高于脈沖噴吹袋式除塵器。

（3）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

影響布袋除塵器本體費(fèi)用的主要因素是氣布比和濾料。選擇的氣布比值偏小，單位面積濾料處理的煙氣量就減少，使濾袋數(shù)增多，除塵器的體積增大，清灰裝置也會(huì)相應(yīng)增加，就會(huì)造成本體成本費(fèi)用明顯增加。濾料也是影響本體費(fèi)用的關(guān)鍵因素，不同的濾料價(jià)格相差很大。布袋除塵器的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用主要是更換濾袋費(fèi)用和阻力增加引起引風(fēng)機(jī)軸功率增加的費(fèi)用，考慮到耐溫的要求，又符合耐腐蝕、增濕的條件，目前一般采用復(fù)合濾料，使用壽命約3～5年。

電除塵器本體費(fèi)用的主要因素：比收塵面積、煙氣流速、電場(chǎng)數(shù)及電源裝置。選擇的比收塵面積大，煙氣流速小，極板的用鋼量大，電除塵器的體積就越大，本體費(fèi)用顯著增加。電除塵器運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用主要是極板、極線的更換和電場(chǎng)耗電量。當(dāng)電除塵器的除塵效率大于99.4%時(shí)，電場(chǎng)耗電量增加得越來(lái)越快，甚至?xí)^(guò)因采用布袋除塵器后引風(fēng)機(jī)軸功率的增加量。極板極線的更換費(fèi)用比較高，但使用年限較長(zhǎng)，約6年左右。

以某發(fā)電廠2×200MW機(jī)組除塵費(fèi)用為例進(jìn)行了比較分析（如表5所示），我們可以看出靜電除塵器與布袋除塵器在投資與能耗方面的差異。

一次性固定投資包括設(shè)備費(fèi)用、土建費(fèi)用、運(yùn)輸安裝費(fèi)用、技術(shù)服務(wù)費(fèi)用及配套設(shè)備的費(fèi)用，4電場(chǎng)靜電除塵器固定投資要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于布袋除塵器，因此，靜電除塵器的初期投資大。

運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用：由于布袋除塵器的運(yùn)行阻力大，與之配套的風(fēng)機(jī)功率增加，比4電場(chǎng)靜電除塵器電耗高，相應(yīng)的用電費(fèi)用要高；濾袋的更換費(fèi)用是布袋除塵器的主要維護(hù)費(fèi)用，由于濾袋使用年限較極板極線的使用年限短，在更換費(fèi)用同樣昂貴的情況，布袋除塵器濾袋更換費(fèi)用更高。

表5　2×200MW機(jī)組除塵費(fèi)用的比較

由于4電場(chǎng)靜電除塵器一次性固定投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于布袋除塵器，即使運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用略低于布袋除塵器，總的投資費(fèi)用仍然高于布袋除塵器，并且，若要將靜電除塵器的除塵效果提高到布袋除塵器的水平，需增加電場(chǎng)數(shù)量，采取5電場(chǎng)或6電場(chǎng)，甚至更高，如此，初期投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用會(huì)大幅度提升。

（4）排污費(fèi)

根據(jù)《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》中明確規(guī)定對(duì)每一排放口污染當(dāng)量數(shù)最大的前3種大氣污染物征收排污費(fèi)，單位燃煤鍋爐排放的大氣污染物主要有二氧化硫、煙塵、氮氧化物；其對(duì)應(yīng)的大氣污染物污染當(dāng)量數(shù)見(jiàn)表6。

表6　污染當(dāng)量數(shù)計(jì)算結(jié)果

由于采用靜電除塵（4電場(chǎng)）相較于脈沖噴吹袋式除塵，煙塵的污染當(dāng)量數(shù)多出839.24，故靜電除塵在排污費(fèi)的征收上也相應(yīng)較高。

綜合分析

兩種除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)比較

（1）從技術(shù)性能比選結(jié)果可以看出，4電場(chǎng)靜電除塵器設(shè)備阻力小、能耗低，使用范圍廣，可以捕集顆粒直徑小于0.1μm的粒子及高溫?zé)煔猓?00～400℃），還能去除煙氣中的水霧和酸霧，相對(duì)于脈沖噴吹袋式除塵，其缺點(diǎn)為設(shè)備外形尺寸大，占地面積大，除塵效率受飛灰比電阻影響大。

（2）從除塵效果比選結(jié)果可以看出，4電場(chǎng)靜電除塵器除塵效率為99.4%，脈沖噴吹袋式除塵器除塵效率為99.9%，在燃煤鍋爐其它指標(biāo)相同的情況下，煙塵排放量高于脈沖噴吹袋式除塵器。

（3）從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選結(jié)果可以看出，4電場(chǎng)靜電除塵器一次性固定投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于布袋除塵器，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用略低于布袋除塵器，總的投資費(fèi)用仍然高于布袋除塵器，并且，若要將靜電除塵器的除塵效果提高到布袋除塵器的水平，需增加電場(chǎng)數(shù)量，采取5電場(chǎng)或6電場(chǎng)，甚至更高，如此，初期投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用會(huì)大幅度提升。

（4）從排污費(fèi)的比選結(jié)果可以看出，由于脈沖噴吹袋式除塵器除塵效率較高，煙塵排放量較少，由此對(duì)排污費(fèi)的貢獻(xiàn)值也較少。

比選結(jié)果

單位鍋爐房煙塵提標(biāo)改造應(yīng)主要滿足以下要求：

（1）鍋爐入口煙氣溫度為200-230℃，變化范圍130～230℃，短期260℃；

（2）鍋爐煙塵一般考慮2.5μm以上的顆粒物；

（3）鍋爐房占地面積有限，若設(shè)備尺寸過(guò)大，可能無(wú)法安裝；

（4）鍋爐煙塵產(chǎn)生濃度約3000mg/m3，為滿足煙塵排放濃度小于30mg/m3標(biāo)準(zhǔn)要求，必須選用高除塵效率的除塵器。

基于上述兩種除塵方案的比較，脈沖噴吹袋式除塵器均能滿足以上要求，雖然其運(yùn)行費(fèi)用偏高，但其一次性投資低，占地面積小，且除塵效率有保證。因此，我們認(rèn)為鍋爐房煙塵改造選用脈沖噴吹袋式除塵器比較合適。

除塵效果驗(yàn)證

鍋爐房在經(jīng)過(guò)調(diào)研后，最終選擇了低壓噴吹在線脈沖袋式除塵器，除塵器外形尺寸為5m×6m×17m，拆除原有除塵器后，在原地安裝，未新增占地面積；采用P84+玻纖復(fù)合濾料，可以耐受280℃高溫，滿足鍋爐房鍋爐煙氣溫度條件。

改造工程完畢后對(duì)4×20 t/h鍋爐進(jìn)行了驗(yàn)收監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示1#爐至4#爐煙塵出口平均濃度為14.4 mg/m3，排放濃度均小于30mg/m3，滿足達(dá)標(biāo)排放要求。

結(jié)語(yǔ)

4電場(chǎng)靜電除塵器與脈沖噴吹袋式除塵器各有優(yōu)缺點(diǎn)，4電場(chǎng)靜電除塵器設(shè)備阻力小、能耗低，運(yùn)行費(fèi)用低，但設(shè)備尺寸大，占地面積大，且一次性投資費(fèi)用昂貴；脈沖噴吹袋式除塵器由于設(shè)備阻力大，運(yùn)行費(fèi)用較高，但一次性投資費(fèi)用遠(yuǎn)低于靜電除塵器，除塵效率高，煙塵達(dá)標(biāo)排放有保證，且占地面積小。結(jié)合鍋爐房的實(shí)際情況，選用了脈沖噴吹袋式除塵器進(jìn)行煙塵提標(biāo)改造，目前，設(shè)備運(yùn)行良好，且污染物排放濃度遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

謝春玲 汪小田

中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.11.007