淺談燃煤鍋爐煙道除塵的可行性

宋傳志

[摘要]隨著科學技術的不斷發展，生活水平的提高，集中供熱的興起，大型熱源聯網供熱不斷的發展壯大，給人民的生活帶來溫暖。然而，近年來全國各地區霧霾天氣的出現，使原本幸福安逸的生活變得岌岌可危。人們逐漸的意識到，再發展科技，提高供暖水平的同時，環境污染的控制及治理是不可忽視的重要問題。在我國煤炭儲量豐富，我國北方的供暖仍以燃煤鍋爐房為主，煤炭燃燒產生的煙氣是形成霧霾天氣的原因之一。如何在保障人們供暖需求的同時，減少污染物的排放，降低霧霾天氣的發生，是我們此次研究的目的。

[關鍵詞]燃煤鍋爐；煙道除塵

茌供暖行業中，除塵器是燃煤鍋爐煙氣除塵的主要設備，根據除塵器除塵機理的不同，一般可以分為機械式除塵器、濕式除塵器、過濾式除塵器和電除塵器。根據除塵器除塵機理繪制下表。

隨著2014年7月新環保法的實施，環保排放標準的提高。供暖企業對除塵器的使用已經從原來效率較低的機械式除塵器和濕式除塵器改為除塵效率更高的過濾式除塵器。袋式除塵器已經逐步成為供暖企業的酋選。在正常運行的情況下，袋式除塵器完全可以滿足新環保排放標準的要求。然而，在鍋爐點火階段，各供暖企業為了保護袋式過濾器的濾袋，延長袋式除塵器的使用壽命，各供暖企業往往在鍋爐點火階段將袋式過濾器旁通掉，這樣鍋爐點火階段的濃煙將不通過除塵器而直接排放到大氣中。由于這種情況的出現，我們考慮利用煙道自身進行初期的除塵處理以保護袋式除塵器和降低煙氣排放濃度。

利用煙道進行除塵主要有兩種方式，一種是在煙道內加設附件，例如擋板，過濾設施等，這種設計會嚴重影響煙道的流通性，煙氣阻力也會增大很多。第二種就是利用慣性碰撞進行煙道除塵，例如在煙道設計中經常會有彎頭或流向改變的地方，這些地方均會產生慣性碰撞，煙氣里固體顆粒會通過碰撞與煙氣分離，進而減少煙氣內的含塵量，但這種分離相應也會增加煙氣的阻力，進而增加引風機的風壓，增大電耗，但這種除塵的效率很低。我們分別從這兩種方式出發，闡述利用煙道除塵的可行性。

慣性除塵是使含塵氣流方向發生急劇轉變，借助塵粒本身的慣性作用使其與氣流分離，其方式有兩種，一種是碰撞式，一種是回轉式。碰撞式是指含塵氣流進入后，氣體和較細的粉塵繞過擋板，顆粒較大的粉塵因慣性較大而撞擊到擋板上，并靠重力沿擋板下落至灰斗。適用于管道的自然轉彎處，可在動力消耗不大的情況下將粒徑較大的粉塵除掉。回轉式是指含塵氣流進入后，粒徑較大的粉塵靠慣性力沖入預設的收集裝置中，而氣體和慣性較小的細粉塵則轉彎穿過擋板經出口排出。鍋爐房煙道設計中的回轉式見下圖。

慣性碰撞的效率通常取決于兩個因素，一是氣流速度的影響，氣流速度在捕集體周圍的分布，它隨氣體相對捕集體流動的雷諾數Re而變化。Re定義式為：Re=upD/v。式中u是氣流相對于捕集體的流速。二是顆粒運動軌跡，它取決于顆粒的質量、氣流阻力、以及氣流速度等。描述顆粒運動特征的參數，可以采用無因次的慣性碰撞參數St，在大氣污染控制工程設計中給出，St=d*d*p*u*C/（18*v*D）。式中u表示氣流流速，d表示阻力。

慣性除塵的氣流速率越高，氣流方向轉變角度越大，轉變次數越多，除塵效率越高，壓力損失也越大。慣性除塵適用于臺塵顆粒較大的煙氣，由于其除塵效率不高，所以只適用于除塵中的一級除塵，其捕集粉塵顆粒粒徑約在1 0～20um之間。所以是否在煙道管段設置除塵裝置我們還需要進行經濟比較。

在煙道內設置除塵效果更高的濾料來對煙道進行臨時除塵，等運行平穩后關閉此過濾煙道，繼續利用除塵設備進行除塵，而這種臨時利用濾料除塵的煙道稱之為過濾除塵煙道。過濾除塵煙道可不考慮引風機壓頭問題，因為他與布袋除塵器可采用并聯形式，可利用布袋除塵器的旁通煙道進行設置，也可征平直管道處增設旁通過濾煙道。

慣性除塵煙道的除塵效率很低，而且局限性大，對于鍋爐點火時候的高含塵量的煙氣處理力不足，我們可以考慮在煙道內加設臨時煙氣過濾裝置來滿足鍋爐點火時的除塵要求。而在點火后正常運行期間，將此段除塵裝置采用正常煙道旁通，減少引風機運行期間的壓頭。煙道內的過濾材料可選用合成纖維或無機纖維，可根據排煙溫度進行選取。過濾材料應滿足捕塵效率高、粉塵剝離性好、透氣性適宜、強度足、耐溫、使用壽命長、原料來源廣泛和價格低等要求。

煙道除塵的經濟性主要考慮的還是運行期間電耗的增加，對于過濾煙道除塵而言，常規運行期間是不采用此種方式除塵的，所以我們在考慮經濟性的時候不考慮過濾煙道除塵，只考慮采用慣性煙道進行一級除塵的經濟性。不同煙道材質及不同的工程狀況都對經濟分析有著直接的影響。所以對于不同工程需要進行單獨的分析，我們暫不給出詳細的經濟性分析內容，此部分需要進行更多的工程實例來加以驗證。

通過上訴的介紹我們可以看出，不同材質的煙道由于控制其煙氣流速不一，所以對煙道內的除塵效果也不一致，相對于鋼制煙道與磚砌或混凝土煙道來說，鋼制煙道的慣性分離性能更強，煙道除塵的能力也就比磚砌或混凝土更強，而且鋼制煙道的改變流向的方式更易施工。建議利用必須存在的轉彎煙道進行慣性除塵設計，用于初級除塵，增加除塵器的使用壽命；不建議在平直管道或無需增加轉向的煙道處增設慣性除塵煙道；建議使用布袋除塵器的供熱企業可以嘗試采用煙道過濾除塵設計，可在有空間位置的直管段或布袋除塵器的旁通管段進行過濾除塵布置，用于保護布袋除塵器。