火電廠鍋爐大氣污染控制袋式除塵器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫 雪 景

（吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長春 130118）

城市生活中空氣污染問題是我國環(huán)保研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)問題之一。為此，國家對(duì)氣體排放問題制定了一系列的保護(hù)措施，這些措施提高了煙塵排放的標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)了硫化物排放的限制，但也在無形中提高了煙塵濃度和吸煙的電阻率，從而降低除塵器的吸煙效率。本文以研究新型U 型沉降脈沖袋除塵器為例，通過多方面的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，探討了新型U 型沉降脈沖袋除塵器在廢氣處理中的凈化作用。

1 除塵器優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性

在我國，袋式除塵器剛開始用于燃煤廠的煙氣除塵，而國外發(fā)達(dá)國家則對(duì)大型火電站的燃煤鍋爐進(jìn)行除塵和脫硫，其中袋式除塵器的份額占相當(dāng)比重。隨著國家環(huán)保法規(guī)日益完善，電廠燃煤鍋爐的各種污染物排放標(biāo)準(zhǔn)也逐步提高，袋式除塵器將在國內(nèi)燃煤鍋爐的除塵和脫硫市場(chǎng)中具有廣闊的前景[1-2]。

此外，我國對(duì)袋式除塵器的需求很大，特別是袋式除塵器濾料、脈沖閥等新材料和新設(shè)備的研制，進(jìn)一步提高了袋式除塵器的安全可行性，不僅清除效率高，而且對(duì)粉塵性能和煙氣組成的影響較小，故而具有廣闊的市場(chǎng)開發(fā)前景。

2 新型除塵器的優(yōu)化分析和設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

首先，含塵氣體進(jìn)入除塵器后，經(jīng)集合管分流進(jìn)入U(xiǎn) 型集合煙道，由于出口壓力較低，氣流速度減慢，大顆粒粉塵受重力影響掉入灰斗，微細(xì)的粉塵進(jìn)入包袋室；隨后，小小的顆粒和微細(xì)粒的粉塵再吸入濾袋中，周圍隨著空氣流的運(yùn)動(dòng)作用，在空氣篩分、慣性、粘附和空氣擴(kuò)散等多種因素作用下，吸入濾袋中的粉塵被捕集并送到粉塵濾袋。粉塵濾袋會(huì)快速吸附氣體到濾袋外表，被粉塵凈化的有機(jī)氣體粉塵會(huì)從裝在濾袋內(nèi)的表面快速排出。經(jīng)過一個(gè)長期的分化過渡成長周期。吸附于整個(gè)濾袋入口表面的空氣粉塵不斷急劇增加，壓差也在不斷急劇升高，當(dāng)空氣阻力升高到一定阻力值時(shí)，壓差通過變壓器自動(dòng)發(fā)出信號(hào)、電磁脈沖使風(fēng)閥自動(dòng)打開，具有極高壓力的空氣以極快的流動(dòng)速度從空氣噴射器入口高速吹出，經(jīng)空氣噴管高速吹進(jìn)整個(gè)濾袋，使其急劇收縮膨脹，引起電磁沖擊波的振動(dòng)，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生瞬間的反向振動(dòng)氣流，脈沖粉刷清灰除塵處理[3]。吸附于機(jī)器濾袋底層表面的凈化粉塵，灑落在電動(dòng)除塵器濾袋底層的除灰斗內(nèi)，從濾袋除塵口迅速排出，凈化的粉塵氣體從濾袋排氣口中迅速排出。

2.2 構(gòu)造

U 型沉降脈沖袋式除塵器由入氣口、上箱體、脈沖噴吹裝置、花板、中箱體(煙氣室、內(nèi)置旁路煙道、凈氣室、濾袋間、U 型槽)、灰斗、排灰裝置、煙氣出口等組成。其中U 型沉降低壓脈沖袋式除塵器，采用煙氣擴(kuò)容沉降，突然轉(zhuǎn)彎慣性分離(U 型沉降)，均勻布風(fēng)緩慢上升3 個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)預(yù)除塵的目的， 從而減少了進(jìn)入布袋的煙氣含塵量， 減少了布袋的磨損機(jī)會(huì)，既提高了除塵器整體除塵效率，同時(shí)也增加了布袋的使用壽命。U 型沉降脈沖袋式除塵器構(gòu)造如圖1 所示。

2.3 新型除塵器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

本文以某電廠70 MW 機(jī)組進(jìn)行袋式除塵優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下袋式除塵器煙氣排放濃度≤50 mg/m3；除塵效率＞99%；漏風(fēng)率≤2%。優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟如下。

1）除塵器總過濾面積

已知：Q=120 000 m3/h，vf=1.0 m/min，參考文獻(xiàn)[4]中過濾面積計(jì)算公式，帶入數(shù)值得：

因此得出本設(shè)計(jì)中袋式除塵器過濾面積A=2 000 m2，公式（1）中物理量如下，Q 為煙氣流量，m3/h；vf為過濾風(fēng)速，m/min；A 為袋式除塵器過濾面積，m2。

2）濾袋數(shù)量的計(jì)算

參考文獻(xiàn)[4]中濾袋數(shù)量計(jì)算公式，帶入數(shù)值得：

因此在本袋式除塵器中應(yīng)當(dāng)設(shè)立960 條濾袋，公式（2）中，n 為濾袋數(shù)量，條；A 為袋式除塵器過濾面積，m2；L 為濾袋長度，m。

3）袋籠的確定

濾袋與袋籠之間的配合尺寸應(yīng)符合以下要求：①當(dāng)選用聚苯硫醚(PPS)濾袋時(shí)，濾袋直徑應(yīng)＞袋籠直徑5 mm～7 mm， 濾袋長度應(yīng)＞袋籠長度的4%～6%；②當(dāng)選用玻纖覆膜濾袋時(shí)，濾袋直徑應(yīng)＞袋籠直徑3 mm～5 mm；濾袋長度應(yīng)＞袋籠長度的2%～4%。本設(shè)計(jì)中濾袋為PPS 材料，因此取濾袋直徑＞袋籠直徑6 mm，袋籠直徑為124 mm；取濾袋長度＞袋籠長度的5%，袋籠長度為4 850 mm。

4）濾袋與花板的布置

根據(jù)濾袋數(shù)量為960 條， 我們共設(shè)6 個(gè)濾袋單元，每個(gè)過濾單元2 個(gè)濾室，共12 個(gè)過濾室。每個(gè)過濾室橫向布置5 個(gè)，縱向布置16 個(gè)。一般花板孔直徑應(yīng)＞濾袋直徑5 mm， 因此花板孔直徑取135 mm。橫向花板孔的中心距取230 m， 縱向花板孔的中心距取180 mm，花板橫向尺寸為7 810 mm，單側(cè)花板縱向尺寸為3 300 mm。

5）上箱體的布置

根據(jù)花板的尺寸得出上箱體的橫向尺寸為7 810 mm，縱向尺寸為2 個(gè)單側(cè)花板縱向尺寸與煙氣通道縱向尺寸之和，即8 560 mm。為了方便后續(xù)濾袋的更換與維護(hù)、室內(nèi)建筑的高度要求及噴吹設(shè)備的安裝，上箱體高度取840 mm。

3 濾料的選擇方案

濾布的除塵性能和使用吸塵器的效率對(duì)整體除塵效果有較大程度影響[4]。濾布專用材料篩選應(yīng)必須具備以下幾個(gè)條件：材料能有效阻止細(xì)小顆粒粉塵直接通過，濾袋篩選材料中沿經(jīng)緯度曲線方向交織處的孔眼小，經(jīng)緯度曲線本身細(xì)，以利于增大濾袋篩選有效材料面積、減少篩選阻力。濾料內(nèi)層絨毛的內(nèi)部長度不僅要長，而且要具有一定彈性，使其內(nèi)部能同時(shí)覆蓋很多孔眼，并且具有一定的熱強(qiáng)度。為了同時(shí)方便反吹粉塵氣體時(shí)的清理，濾料中的絨毛葉片應(yīng)直接位于與其中含塵垢的空氣相碰或接觸的一面[5-6]。

已知設(shè)計(jì)要求中煙氣平均溫度為140 ℃， 最高溫度160 ℃。熱水鍋爐煙氣產(chǎn)物主要是炭黑、粉煤灰，并且有一定量的硫及其化合物存在，因此應(yīng)當(dāng)在聚苯硫醚纖維(PPS)針刺氈與聚四氟乙烯(PTFE)纖維中選取合適本設(shè)計(jì)的濾料。本設(shè)計(jì)利用脈沖的方式進(jìn)行清灰，而聚四氟乙烯(PTFE)纖維柔韌性欠缺在脈沖清灰時(shí)容易受到劇烈震動(dòng)減少濾料壽命， 最終我們選擇聚苯硫醚纖維(PPS)針刺氈作為本設(shè)計(jì)濾袋的材料。在袋式除塵器前加入U(xiǎn) 型槽來達(dá)到對(duì)含塵煙氣的三步降速， 同時(shí)通過慣性力的作用將≥90 um 的顆粒去除，達(dá)到預(yù)除塵的效果，減少塵粒對(duì)濾袋的磨損，提高濾袋的利用率，間接提升除塵效率。在這個(gè)過程中可以將原本含塵量2 000 mg/Nm3的煙氣凈化為含塵量41 mg/Nm3潔凈氣體， 煙氣去除效率達(dá)到99.95%。

4 結(jié)論

本文對(duì)U 型沉降脈沖袋式除塵器優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)地闡述，說明了其改性后的除塵器具有顯著的除塵和凈化能力。同時(shí)對(duì)其濾料的選擇方案進(jìn)行分析，為實(shí)際應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。