電袋復合除塵器在燃煤循環流化床鍋爐除塵中的應用

吳志紅

（福建龍凈環保股份有限公司 福建省龍巖市工業西路龍凈工業園，福建龍巖 364000）

電袋復合除塵器在燃煤循環流化床鍋爐除塵中的應用

吳志紅

（福建龍凈環保股份有限公司 福建省龍巖市工業西路龍凈工業園，福建龍巖 364000）

針對我國循環流化床鍋爐燃煤廣泛應用、煙塵排放標準日趨嚴格的現狀，結合循環流化床燃煤鍋爐的煙氣工況條件特點，提出該工況更適合選用電袋復合除塵器來實現煙塵低量排放的觀點。而且，選用電袋復合除塵器后所具有的節能優勢更符合當前燃煤電站貫徹實施的“節能減排”環保政策。

電袋復合除塵器；循環流化床；鍋爐；爐內脫硫；經濟性

循環流化床鍋爐（CFB）是20世紀80年代發展起來的一項清潔煤燃燒技術。它具有燃料適應性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石爐內脫硫、負荷調節比大而且快等突出的優點。循環流化床鍋爐不但低成本實現了嚴格的污染排放指標，而且還可以用煤矸石等低熱量燃料，發揮資源綜合利用優勢，為我國燃煤電力節能環保改造提供了一條有效途徑。

1 燃煤循環流化床鍋爐煙氣、粉塵特點

1.1 燃煤循環流化床鍋爐的特點

1.1.1 燃料適應性廣

這是循環流化床鍋爐的主要優點之一。在循環流化床鍋爐中，燃料僅占床料的1%～3%（按重量計），其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當于一個“大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實際上起到了無窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開始燃燒。在這個加熱過程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火沒有困難，并且煤種適應性很廣的原因所在。

1.1.2 燃燒效率高

由于循環流化床鍋爐氣固混合良好、燃燒速率高、飛灰在爐內可以再循環燃燒，因此燃燒效率要比鼓泡流化床鍋爐高，通常在95%～99%范圍內。

1.1.3 高效脫硫

循環流化床鍋爐處在830～900℃的工作溫度下，在此溫度下石灰石可充分發生焙燒反應，使碳酸鈣分解為氧化鈣，氧化鈣與煤燃燒產生的二氧化硫進行鹽化反應，生成硫酸鈣，以固體形式排出達到脫硫的目的。

石灰石脫硫反應方程：

因此循環流化床鍋爐可實現爐內高效廉價脫硫，一般脫硫率均在 90% 以上。當鈣硫比為 1.5～2.0 時，脫硫率可達 85%～90%。而鼓泡流化床鍋爐，脫硫效率要達到85%～90%，鈣硫比要達到3～4，鈣的消耗量大一倍。同時，與煤粉燃燒鍋爐相比，不需采用尾部脫硫脫硝裝置，投資和運行費用都大為降低。

1.1.4 氮氧化物（NOX）排放低

由于較低的爐內燃燒溫度，循環流化床鍋爐中生成的NOX主要由燃料中的 N 轉化成的 NOX，而熱力 NOX即空氣中的 N轉化成的 NOX生成量很小，同時，循環流化床鍋爐采用分級送風的方式，即一次風從布風板下送入，二次風分二層從爐膛下部密相區送入，可以有效地抑制NOX的生成。因此循環流化床鍋爐煙氣中N的氧化物排放很低。運行經驗表明，循環流化床鍋爐的 NOX排放范圍為（50～150）×10-6或 40～120mg/ MJ。

除以上特點外，循環流化床鍋爐還有燃燒強度高、爐膛截面積小、負荷調節范圍大、負荷調節快、燃料預處理系統簡單、給煤點少等諸多的優點。此外，由于循環流化床燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內優良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低（含炭量小于1%），屬于低溫燒透，易于實現灰渣的綜合利用，如作為水泥摻和料或做建筑材料。同時低溫燒透也有利于灰渣中稀有金屬的提取。

1.2 循環流化床鍋爐煙氣、粉塵特點

循環流化床鍋爐的以上特點，決定了其尾部煙氣粉塵具有以下的一些特性：

1.2.1 煙氣中SOX、NOX含量低，粉塵比電阻高

循環流化床鍋爐摻燒石灰石后，煙氣中的 SOX與 CaO 發生反應，生成 CaSO4等物質，大大降低煙氣中的 SOX，從而提高煙氣中粉塵的比電阻。

1.2.2 煙氣中含塵濃度高

CaO、Ca（OH）2和其他物料在爐內反復循環燃燒，以及循環流化床對煤種的適應性廣，燃燒煤矸石和劣質煤等低熱值煤使得鍋爐實際燃煤量增加，而熱值與灰分成反比關系，這就意味著煙氣的粉塵濃度增加。

1.2.3 飛灰細顆粒增加，灰分黏性加大

由于燃料顆粒在循環燃燒，飛灰細微顆粒比例增加，黏性加大，爐內加鈣后，飛灰中含一定比例的 CaO、Ca（OH）2和 CaSO4等，所以細度小，灰分黏度大不利除塵和清灰。

針對以上的煙氣粉塵性質，除塵系統如采用常規的靜電除塵或者是布袋除塵存在下列不利的因素：

采用靜電除塵器。由于煙氣粉塵中 SOX的含量大大減少，粉塵比電阻增大，使得靜電除塵器的除塵效率大大降低。為提高電除塵器的收塵效率，就必須增加更多的收塵板面積，這將導致設備的一次性投資和運行維護費用的大幅增加。而且，由于設計水平、鍋爐運行狀況、燃燒煤種、粉塵的物理、化學性能等因素的影響，電除塵器的出口排放將很不穩定。就目前的技術而言，電除塵器的出口排放要達到低于 50mg/m3的水平，也是相當困難的。

采用布袋除塵器。雖然布袋除塵器的除塵效率不受煙氣成份、含塵濃度、顆粒分散度及粉塵比電阻等粉塵性質的影響，對微細粉塵捕集率一般可達 99.9% 以上，排放濃度 ＜50mg/m3。但是，如果除塵器入口濃度過高，將帶來粉塵粗顆粒對濾袋的磨損加劇、除塵器系統阻力增大，需要頻繁清灰等一系列問題。這些問題都將大幅地縮短濾袋的使用壽命。

2 電袋復合除塵器

電袋復合除塵器是吸取靜電除塵和布袋除塵兩種除塵機理的優點，舍去其缺點而開發的一種新型除塵設備。相對于傳統的除塵方式，它具有排放長期穩定、高效、節能等特點。

2.1 電袋復合除塵器的除塵機理

電袋復合除塵器工作時，煙氣從進口喇叭進入電場區，有約80%～90% 粉塵在電場區荷電并被收集，粗顆粒煙塵直接沉降至灰斗，剩下的已荷電難收集粉塵隨煙氣均勻進入濾袋區，通過濾袋過濾后完成煙氣凈化過程。

在電袋除塵器中，電場區起著除塵和荷電的兩種作用，除去了磨琢性較強的粗顆粒，同時使進入袋區的細微顆粒帶電，粉塵的過濾性能發生了變化，以利于后級袋區的除塵和清灰。

圖1 典型的電袋復合除塵器結構

2.2 電袋復合除塵器的優勢

2.2.1 技術優勢

針對循環流化床鍋爐出口煙氣粉塵高濃度的特點，在經過電袋除塵器的前級電場預除塵作用后，煙氣中的粉塵濃度、粗顆粒含量大大降低，同時進入濾袋區粉塵被充分荷電。由于粉塵荷電的作用，徹底改變粉塵在濾袋區的過濾機理。粉塵在濾袋表面形成結構疏松、透氣性好和容易清灰的粉塵層。相對純布袋除塵器而言，電袋除塵器從工況條件上減緩了諸多縮短濾袋壽命的因素（如粗顆粒磨損、頻繁清灰等），從原理上降低了濾袋阻力，使粉塵層具有良好的透氣性，易于清灰，從而延長了濾袋的壽命。

2.2.2 性價比優勢

由于循環流化床鍋爐煙氣中 SOX、NOX的含量極低，煙氣的酸露點也相應較低，降低了煙氣中酸結露的可能性，降低了酸腐蝕的風險，減緩了煙氣中酸性物質對濾袋的腐蝕，從而延長了濾袋的使用壽命。同時，在煙氣溫度、含氧量、水分等條件允許的范圍內，濾袋材質可選擇抗酸、抗氧化較弱但較為經濟的 PPS 濾料，使電袋復合除塵器具有了較高的“性價比”。

2.2.3 節能優勢

電袋復合除塵器主要通過三個方面實現節能：①電袋除塵器阻力低于常規布袋除塵器，從而節省引風機的電耗；②延長了濾袋清灰周期，從而節省空壓機的電耗；③電場配置電源數量與傳統電除塵器相比，僅為1/4左右，從而大大節省了電能。

綜上所述可以看出，對于循環流化床鍋爐尾氣的收塵，電袋復合除塵器有其獨特的技術性能和經濟優。在獲得低排放的同時，節約了大量的能耗，這是其他除塵方式無法比擬的。因此，電袋除塵器是鍋爐尾氣收塵首選的除塵方式。

自2002年福建龍凈環保第一臺電袋除塵器投運以來，經過10多 a 的努力，到2016年12月份，龍凈環保已投運電袋復合除塵器400臺，其中循環流化床鍋爐配套項目60臺（含300MW 等級機組25臺，200MW 等級機組12臺），并在2009年承接了四川白馬循環流化床示范工程600MW 機組配套的電袋項目，現該項目已進入安裝階段。

2.3 內蒙華電烏達熱電有限責任公司1#、2#爐

該項目為2×150MW 機組電除塵器改電袋項目，原使用雙室四電場電除塵器，2004年投運，因除塵效果差無法達標排放。該項目原電除塵器安裝施工存在較大問題，改造方案采用保留1、2電場。經過龍凈公司整改后，電場運行參數穩定，預除塵效率高。1# 爐和 #2爐分別于2006年10月和12月投運，順利通過“168h”運行，濾袋平均差壓在400Pa左右，清灰周期時間達 5 000s 以上，實測出口排放小于 21mg/m3。

（1）CFB 鍋爐：480t/h；

（2）處理煙氣量：1 200 000m3/h；

（3）除塵效率：＞99.92%；

（4）清灰方式：在線，逐行脈沖噴吹；

（5）清灰空氣壓力為 0.25MPa。

2.4 大唐長春第二熱電廠1#、2#爐改造項目

該項目為2×200MW 機組電除塵器改電袋項目，原為雙列雙室四電場電除塵器，1990年投運，原為長春發電設備總廠的 DC1-4.210 型號的靜電除塵器。因除塵器投運時間較長，加上鍋爐進行改造，在爐內添加石灰石脫硫，原靜電除塵器無法適應新的工況，除塵效果差，排放無法達標。經龍凈公司改造后，拆除了原來所有的電場，在前級布置小分區結構的BE型電場，增強了電場的穩定性和可靠性，后級布置布袋除塵區。1、2# 爐分別于2008年12月、10月投運，運行參數穩定，清灰周期在 8 000s 以上，實測出口排放小于 25mg/m3，設備平均阻力800Pa，達到了改造前的預期目標。

3 電袋復合除塵器需要解決的問題

3.1 電場區與濾袋區的配比問題

電袋復合除塵器由電場區和濾袋區組成。從理論上來說，前級的電場越大、收塵面積越大，對后級的濾袋越有利，但顯然不利于降低設備的投資和運行維護費用。反之，要是電場偏小，比集塵面積不夠，又無法達到預除塵和讓粉塵充分荷電的目的。同理，對于濾袋區濾袋的布置方式、單元數的設置、過濾風速的選擇也直接影響到電袋除塵器的整體性能。

3.2 濾袋的適應性問題

濾袋的選擇問題是電袋除塵器成功與否的核心問題。不僅僅是因為濾袋區決定最終的出口排放、設備阻力等關鍵性的參數，而且，濾袋的使用壽命將影響著電袋除塵器整體的經濟性能，所以，濾袋的選擇在電袋除塵器中起著至關重要的作用。

目前，國內燃煤鍋爐煙氣凈化除塵常用濾料纖維有 PPS（聚苯硫醚）、P84（聚亞酰胺）、PTFE（聚四氟乙烯）等三種。在不同的工況條件下，這些濾料均有其使用的局限性。其性能如下表：

表1 濾料性能

選擇濾袋時，應根據不同工況，分別選用 PPS、P84或PTFE 材質的濾袋。同時，可綜合考慮不同纖維的混合運用，如 PPS+PTFE、P84+PTFE 等以及基布為 PTFE 材質的濾袋。

4 結束語

除了循環流化床鍋爐之外，對其他形式鍋爐來說，電袋復合除塵器也是最經濟、效果最佳的除塵方案。通過采用合理的電、袋配比，合理的濾袋布置形式，使流場達到最佳的氣流分布。電袋除塵器將充分發揮靜電除塵與布袋除塵各自的效能，極大提高除塵效率，增強系統可靠性和延長使用壽命。所以這種節能、高效除塵器具有非常大的經濟和環保優勢，必將廣泛應用于電廠、礦山、冶金、化工、水泥、制藥、食品等行業，前景十分廣闊。

[1] 鄧曉飛.循環流化床鍋爐電袋組合式除塵器的設計計算[D].上海：東華大學，2009.

Application of Electric Bag Composite Dust Collector in Dust Removal of Coal Fired Circulating Fluidized Bed Boiler

Wu Zhi-hong

Aiming at the status quo of soot emission standards are widely used in our country，coal fired circulating fluidized bed boiler is becoming more and more strict，combined with the characteristics of working conditions of flue gas circulating fluidized bed boiler，the condition is more suitable for the selection of electric bag composite dust remover to achieve low smoke emissions point.At the same time，the energy-saving advantages of the electric bag composite dust collector are more in line with the “energy saving and emission reduction” environmental protection policy implemented by the coal-fired power station.

electric bag composite dust collector；circulating fluidized bed；boiler；desulfurization in furnace；economy

X701.2

B

1003-6490（2017）06-0203-02

2017-04-17

吳志紅（1981—），女，福建永定人，工程師，主要從事大氣污染控制設備的技術設計工作。