1袋式除尘器是今后发展的必然趋势
1.1超微细粉尘对大气质量
2006年底,我国燃煤发电装机容量已达到4.84亿kw,用煤12亿t,烟尘排放量维持在300万t左右,其中约有270万t左右PM10的超微细粉尘可长期在空气中漂浮,影响大气质量和能见度,特别是PM2.5粉尘以气溶胶形式存在大气中,袋式除尘能较好地收集更多的重金属和99.8%以上PM10以下的粉尘。
1.2烟尘治理环境标准要求越来越高
由于认识到烟尘的危害性,我国已制定烟尘控制标准,而各省市根据本地的状况也制定出更严格的地方标准,如京、津、唐地的影响区要求燃煤电厂烟尘排放质量浓度小于30mg/m3,河南省已拟出台电力、水泥行业烟尘排放质量浓度小于50mg/m3,2010年前全国都会实行小于50mg/m3的控制标准,使用4电场甚至5电场电除尘器都难达到此标准。老电厂改造由于场地所限,增加电场就更困难,只有采用袋式除尘器才能达到新标准。
1.3粉尘浓度对脱硫塔安全运行的影响
脱硫塔本身有除尘作用,设计人员往往将脱硫塔一般考虑有50%除尘效率,有些甚至设计为80%除尘效率。以一台300MW机组为例,双室3电场电除尘器烟气出口质量浓度256mg/m3,排放量为506mg/h,按脱硫塔除尘效率50%设计,就有253kg/h粉尘掺入石灰石浆液系统循环,影响脱硫效率,也加剧了循环泵和喷淋系统的磨损,有的电厂运行不到半年,循环泵及喷淋系统部件都因磨损更换。大量粉煤灰也影响石膏结晶和品质不利于销售。更重要的是PM10以下的粉尘不能去除,只有采用5电场或6电场的电除尘器才有可能得到改善,但在占用场地和技术经济比较方面电除尘就失去优势了。
1.4电除尘器对粉尘性质敏感,电除尘器理论上除尘效率可达到99.5%以上,但其对烟气性质较为敏感,受烟尘的比电阻、浓度、粒径分布、温度、湿度和燃烧状况、运行中清灰效果、腐蚀等因素影响,大多运行在96.0%一99.5%。最适合电除尘处理的粉尘比电阻为106一1011Ω·Cm,比电阻低于104Ω·Cm或高达5X1012Ω·Cm都将造成电除尘器效率明显下降。故煤的硫分和其他元素的影响很明显,某电厂燃烟煤,灰分约20%,硫分分别为2.0%和0.5%,对应的除尘效率为99.75%和90.00%。另外,当飞灰中SiO2加Al2O3的质量分数超过85%时,除尘效率显著降低,这是因为SiO2在高温下的挥发再冷凝会形成极细的微粉,Al2O3也常是以极微细的高岑土粉体存在,不仅难收下,而且会在极板面上附成一层膜,难以振打清灰导致电除尘器工作恶化,这2种成分还是极好的绝缘材料,比电阻也很高,导致粉尘粘附力相当大,其粒径微小对荷电和收集都很难,还会形成所谓电气扬尘和造成电晕电流的急剧增加。微量的K20和Na20在有水汽的条件下对降低比电阻很有效,但当Al2O3和SiO2的质量分数较高而K2O和Na2O的质量分数低且灰很轻时,电除尘器难以收尘。郑州热电厂曾由双室3电场改为双室4电场效果不明显,所以继内蒙古丰泰电厂2X2OOMW机组以后,郑州热电厂和焦作电厂共有6台20OMW机组都改用了袋式除尘器。电除尘器对微细粉尘捕捉能力有限,所净化的气体粉尘质量浓度在100一1500mg/m3,故大量的微细粉尘排入大气中。另外,当粉尘质量浓度达到某一极限时通过电场的电流趋近于零,极易发生电晕闭塞而降低除尘效率。较低烟温和较高的湿度可提高除尘效率,但也应考虑到烟气中含有SO3导致除尘器出现糊板、腐蚀、破坏绝缘、影响电除尘器正常工作。
1.5电除尘与袋式除尘器技术经济比较!
以焦作某电厂22OMW机组烟气量160万m3/h电除尘改袋式除尘器为例。
(l)投资费用及场地。要达到排放质量浓度50mg/m3以下,若用4电场除尘器,投资费用约2000万元,若采用袋式除尘器并考虑到阻力加大,更新3台引风机,总投资费用约1900万元,大体上和改造4电场投资费用相当。若考虑老电厂的场地和拆迁费用,电除尘器改造就比袋式除尘器高一些,而占地面积比例为4:3,体积也大1倍。
(2)技术指标。袋式除尘器改造投用后排放质量浓度通常都小于3Omg/m3,而一台4电场除尘器一般只能在100mg/m3左右,所以,电厂大都采用5电场甚至6电场除尘器,占用场地可想而知。
(3)能耗及运行维护费用。电除尘器总能耗为827.6kw,袋式除尘器总能耗为644kw。电除尘器较袋式除尘器能耗高183.6kw,多耗电费约33万元/年。设备运行维护费用按20年计算,电除尘器按4年大修1次,每次需用400万元,年维护费用20万元,20年总计2400万元,年均维护费用120万元。滤袋按3年更换1次,每次需450万元,共计2925万元,加上年维护费用,20年共计3325万元,年均维护费用166.25万元,每年比电除尘多46.25万元,ZOa总计高出925万元。按目前运行情况看,按4年换1次滤袋计算,换袋共需2250万元,加上每年20万元的维护费,共计2650万元。年运行维护费袋式除尘器只比电除尘器高出12.5万元,按4年换1次滤袋算,考虑能耗,则少了20.5万元。国外滤袋使用寿命长达6-8年,所以其运行维护费用比电除尘器低。
(4)环境社会效益分析比较。采用袋式除尘器改造后比原3电场除尘器可少排烟尘1890t/年,其中PM10以下微细粉尘933.66t/年,少缴排污费和超标排污费275.8万元。由于减少了粉尘量的排放,减少了对3台引风机的磨损,也减少了停机检修次数,节约检修费90万元/年,减少停电损失约500万元,其环境效益和社会效益显著。
(5)综合效益比较。袋式除尘器与4电场电除尘器投资大体相当,目前滤袋价格略有下降,所以投资和运行费用比4电场电除尘略低一些,但除尘效率比电除尘器高,袋式除尘器排放质量浓度低于3Omg/m3,而电除尘器则在80一15Omg/m3。3电场电除尘器未改用袋式除尘器时,还要考虑引风机磨损检修费用,这样袋式除尘器年运行维护费用比电除尘低43.75万元,并可年均多发电1281万kw·h,增加上网电量收入约500万元左右。
1.6采用袋式除尘器是发展的必然趋势从减少大气污染提高人民健康水平和达到越来越严环保指标要求来看,势必要发展高效的除尘器,电除尘器和袋式除尘器均属高效除尘器,各有优缺点,但要达到烟尘排放低于SOmg/m3,电除尘则使用5电场甚至6电场,增加投资和场地,在维护工作量及费用上均比袋式除尘器大得多。而且电除尘器对煤种、锅炉的燃烧方式和烟尘物化特性很敏感而影响除尘效率,从技术经济分析袋式除尘器也有明显优势,所以,近Za来逐渐增多,特别是老电厂改造更为明显,成为今后燃煤电厂除尘发展的必然趋势。
2国内袋式除尘器发展现状和存在的问题
随着大型脉冲喷吹长袋式除尘器的出现,新型耐折、耐高温、耐腐蚀滤料开发应用,清灰和保护系统自动化程度的提高,使得袋式除尘器应用于电厂的技术问题得到了较好解决。所以,目前袋式除尘器发展很快。国内已有1台300MW机组袋式除尘器投用,1台在调试;ZOOMW机组已有11台投运,3台正在安装(其中有1台电+袋);135MW等级机组大约有8台投运(正安装的未统计);SOMW机组(其中有电+袋)则有10台以上投用。另有l台300MW和l台2OOMW机组反吹风清灰的袋式除尘器在试用。据以上不xx统计,将近40台袋式除尘器在使用,大多数都运行很好,排放粉尘都低于30mg/m3,其中也有出现一些问题,大多改进后得到解决,运行维护和可靠性都有很大提高。使用的技术有引进的ALSTHOM高粉尘浓度有内、外沉降室低压脉冲行喷吹袋式除尘器和鲁奇的旋转喷吹袋式除尘器,其他大部分是国产自己设计开发的产品。
总体来说,我国已具备了自行设计袋式除尘器的能力,配套的各种部件和加工国内都很齐全,为燃煤电厂袋式除尘大发展创造了条件。
3袋式除尘器设计参数的选择
为延长滤袋使用寿命,能够正常稳定运行,设计时对烟气参数、滤材、笼架、结构、喷吹系统要精细综合考虑和选择,这些方面对设备运行寿命有很大影响。
3.1设计前测定烟尘的物化特性燃用低硫煤,比电阻超过1013Ω·Cm,A12O3和510:超过85%而K2O和Na2O含量低,而且灰很径,电除尘器难以收集,应考虑采用袋式除尘。这种情况就是采用了高投资的5电场、6电场都很难长期稳定达到烟尘排放小于SOmg/m3的要求。
3.2走出湿法脱硫塔作为除尘器使用的设计误区
现在设计中流行采用4电场或5电场电除尘器,使除尘器出口排放达到100m留m3,再加上湿法脱硫除尘50%,达到{zh1}的排放SOm留m3以下的方法,实际工程应用中受烟尘物化特性的影响,5电场电除尘器也很难保证除尘效率达到100mg/m3以下,并且脱硫塔作除尘器用,脱硫效率下降和部件磨损影响正常运行及石膏品质,甚至失去0.015元/(kw·h)的脱硫电价,这样做得不偿失,值得思考。
3.3烟气参数的选定
(l)烟气量:滤袋过滤面积选择以实测参数为依据,烟气量选择过高投资过大,过小则在某些工况时锅炉不能满负荷运行,要考虑实测时的漏风量和烟温,是否可通过省煤器、空气预热器检修得到降低,即使排除这些因素后,也还要考虑运行中积灰和漏风逐步加大和煤质变化等因素,所以实测烟气量要适当加大5%一10%,适当加xx气量还可以在“假性”糊袋时带不上负荷起一定缓解作用(即烟气水分偏大,烟尘易糊在滤袋表面,经运行一段时间干燥后,可通过反吹xx),若湿的烟尘进入滤袋纤维内部不能反吹xx的{yj}性糊袋,只好更换滤袋。
(2)烟气温度:烟气温度不但影响烟气量的数值,同时也影响选择滤袋的性能。烟温选定过高,再综合考虑烟气含氧量、N02的数值,很可能选用高一档的滤布P84,这样会使投资增加,所以适当为好。
3.4滤袋及袋笼选择
(l)滤袋的选择:电厂烟气温度一般运行在120一160℃,适合在这种温度段使用的只有Nomex(亚酞胺)、PPS(聚苯硫醚)、P84(聚酸亚钱)。Nomex化学性能较后2种差,都不选用。P84(或聚四氟乙稀)适宜高过200℃使用,而价格贵得多,电厂一般选择PPS,其性能较好,耐酸、碱{zy},耐高温也较好,抗拉、抗磨、抗折较好,但其抗氧化性能较差,所以运行中要防止高含氧量运行。值得注意的是:其理化特性表明连续使用温度190℃,瞬时温度220℃,这种指标是在试验室做出的数据,试验条件与实际条件有一定差距,目前制造厂家大都改为连续使用温度为180℃,瞬时高温200℃,甚至建议的使用温度已戏剧性地下降到160℃,因此,在运行使用时一定要留一定裕量。内蒙古某电厂200MW机组由于旋转空气预热器卡涩,烟气温度在5min内上升到250℃,经2次报警,至180℃才使MFT动作后又重启,被迫手动停炉,由于保护动作延误,致使滤袋受高温冲击10多分钟,几十条滤袋老化更换,因此,保护要可靠并要提前动作。“含氧量在巧%以下均可选用”也是有条件的,烟气含氧量及温度对PPS滤料使用寿命有影响,该滤料可在180℃温度下连续使用,瞬时200℃(每年累计6Oh以下);在160℃的热压釜中能保持90%以上的强度,耐化学性非常好,抗酸、耐强碱效果很好,所以,在xxx上是燃煤锅炉最合适的滤料。
在160℃运行的PPS纤维含氧量基于8%(Vol)、NO2小于15mg/m3长期使用,若氧达到12%建议温度降在140℃运行。总之,含氧越高,使用的温度就要越低,因每增加10℃,化学反应成双倍的增加,据澳大利亚电厂运行经验,烟气含氧大于15%时PPS的耐氧性差,烟气含氧小于10%时能长期使用。根据国外的使用经验,PPS滤料在以上的烟气条件下使用寿命可达30000h,但要求烟气含氧小于10%、烟气温度不得超过160℃,烟气温度超过165℃每年不得超过1OOh,平时应作好锅炉烟气温度变化的详细记录。