環保改造后袋式除塵器差壓升高原因及對策
據統計,2015 年我國煙塵排放量達 1538 萬噸。工業鍋爐是我國僅次于電站鍋爐以外的用煤大戶,隨著我國對大氣污染治理工作的逐步推進,
污染排放標準不斷提高,10 蒸噸及以下燃煤工業鍋爐逐漸被淘汰,大容量煤粉工業鍋爐和袋式除塵器得到越來越多的應用。煤科院節能分院運營著神東煤礦幾十臺煤粉工業鍋爐。為適應環保局《鍋爐大氣污染物排放標準》要求,于 2016、2017 年進行了大規模的環保改造,增加了 SNCR脫硝和 NGD 除塵脫硫一體化設備。運營中發現 20 蒸噸鍋爐袋式除塵器差壓異常增大,影響設備正常運行,而 30 蒸噸鍋爐所有環保設備運行良好,袋式除塵器差壓正常。在對兩種爐型的數據進行比對、分析的基礎上,提出并實施了多條技術改進情措施,取得了良好的效果,為解決同類問題提供參考。
一、袋式除塵器介紹
1. 1 工作原理
袋式除塵器是利用由過濾介質制成袋狀或筒狀過濾元件來捕集含塵氣體中粉塵的除塵設備。含塵煙氣由下部進氣通道,經導流板進入濾塵室,由于導流板的碰撞和氣體速度的降低等作用,粗粒粉塵將落入灰斗中,其余細小顆粒粉塵隨煙氣向上運動,由于濾料纖維及織物的篩濾、慣性碰撞、鉤附、擴散、重力沉降和靜電等作用,粉塵被阻留在濾袋外,凈化后的煙氣逸出至袋內,經靜氣室進入出口煙道排出。隨著粉塵在濾袋上的積聚,含塵煙氣通過濾袋的阻力也相應增加,當阻力達到額定數值時,采用脈沖噴吹氣流的方法進行清灰操作,清收下來的灰塵由排灰落入灰斗。圖 1 為袋式除塵器過濾過程示意。
1.2 常用類型及其特點
按清灰方式不同,袋式除塵器可分為: 機械振動、逆氣流清灰、脈沖噴吹、氣環反吹和復合清灰五種。
工業煤粉鍋爐多采用脈沖噴吹方式清灰,細分為氣箱式脈沖噴吹和行脈沖噴吹兩種形式。其共同點是凈氣室被分隔成若干箱室,每箱布置有若干條濾袋,箱室側邊凈煙氣出口側有一個提升閥。清灰時,提升閥關閉,切斷該箱室煙氣通道,開始噴吹,待吹落的灰塵自然下落至灰斗后清灰結束,開啟提升閥,煙氣恢復流通,恢復過濾狀態。隨后,下一箱式開始清灰,依次循環進行。其不同點在于,氣箱式脈沖噴吹除塵器一個箱室的多條布袋共用一套噴吹設備,如圖 2 所示,每個清灰周期一個箱室只噴吹一次。壓縮空氣壓力較高,約為0.6 MPa。而行脈沖噴吹除塵器則不同,如圖 3 所示,每排濾袋上部裝有一根噴吹管,對準每條濾袋中心的位置都開有一個噴吹孔,每個箱室裝有多根噴吹管。清灰時,每根噴吹一次,逐根進行。待一個箱室內的所有濾袋全部完成噴吹一次后,該箱室清灰工作結束,恢復過濾。下一箱室開始清灰。由于該方式噴出的壓縮空氣直接撞擊濾袋,產生的沖擊力較氣箱式脈沖噴吹強,所以噴吹壓力略低,宜控制在 0.3~0.4 MPa。
二、改造后袋式除塵器運行情況
2. 1 基本情況介紹
補連塔和寸二鍋爐房有 9 臺 20 蒸噸煤粉鍋爐,配套使用 96-6 型氣箱式脈沖噴吹袋式除塵器,過濾面積 750 m 2 ,于 2010 年投產。石圪臺鍋爐房兩臺 30蒸噸煤粉鍋爐,配套使用 72-6 型行脈沖袋式除塵器,過濾面積 1050 m 2 ,于 2014 年與投產。本次改造,該三個鍋爐房利舊使用了原有袋式除塵器,并在其前面設計了旋風除塵器,對改造后的高灰濃度煙氣進行預除塵。哈拉溝 30 蒸噸鍋爐于 2016 年投產,針對高灰濃度的煙氣專門設計了 84-6 型袋式除塵器,過濾面積1230 m 2 ,不設旋風除塵器。
2. 2 運行表現出的問題
采暖季運營發現 20 蒸噸鍋爐的配套袋式除塵器進出口差壓均出現異常增高,嚴重者_過 3000 Pa,影響正常生產運營。檢查發現濾袋表面的灰板結嚴重。30 蒸噸鍋爐的袋式除塵器差壓正常,至采暖季結束未出現大于 1500 Pa 的情況。
三、原因分析和技術改造方案
3. 1 原因分析
環保改造之前,袋式除塵器使用正常。而改造后20 蒸噸爐型的袋式除塵器均出現問題。分析本次環保改造前后,在生產工藝上存在很大變化,包括:
1)增加了 SNCR 脫硝工藝,爐膛噴入尿素溶液引起煙氣中水蒸氣含量增加,并不可避免產生的氨逃逸;
2) 增加了半干法脫硫工藝,需要將袋式除塵器濾得的一部分灰噴水增濕后回送至脫硫反應器中,與鍋爐排出的煙氣相混合來脫除煙氣中的 SO 2。該過程中,由于循環灰溫度低吸熱以及增濕水蒸發吸熱,會使煙氣的溫度明顯下降。而且,大量的循環灰導致煙氣中灰塵濃度由原來的不足 20 g/m 3 增大到 1000 g/m 3 ;
3) 為緩解煙氣濃度變化帶來的巨大壓力,增加了旋風除塵器,對高濃度煙氣進行預除塵。參見生產工藝見圖 5。
考慮到 30 蒸噸鍋爐改造后袋式除塵器工作正常,通過對兩者進行數據對比,分析歸納出以下原因:
1.結構形式。
原袋式除塵器的結構形式不適應高粉塵濃度工況。20 蒸噸鍋爐配套的 96-6 型袋式除塵器是早期應用在工業煤粉鍋爐的產品。首先,其 27 mm 的濾袋間距,與石圪臺 72-6 型袋式除塵器的 43 mm 的濾袋間距和哈拉溝 84-6 型袋式除塵器的 62 mm 布袋間距相比偏小很多,不符合“采用脈沖清灰方式時,布袋間距一般取 0. 5 倍濾袋直徑,不低于 40 mm的設計原則,濾袋間距小,易搭接架橋。其次,噴吹清灰方式不同,96-6 型袋式除塵器采用氣箱式脈沖噴吹,清灰效果比不上行脈沖噴吹方式,不符合相關標準中“脫硫除塵一體化設計的高濃度袋式除塵器應具有強力清灰的功能,宜采用管式脈沖清灰( 即行脈沖噴吹) 的方式進行清灰的要求;三點,袋式除塵器運行的過濾風速應隨粉塵濃度的增加而減小 ,在煙濃度顯著增加的情況下,原 96-6 型除塵器明顯存在過濾面積偏小和過濾風速偏高問題,不利于灰塵清收和下落。
2. 煙氣溫度。
煙氣溫度降低為結露提供了外在條件。NGD 脫硫工藝使經過反應器的煙氣溫度下降 20~50 ℃,使煙氣的飽和濕度下降,當低于煙氣中的水蒸氣含量時,過飽和的水蒸氣會轉換為液態,附著在灰塵顆粒表面,吸濕后的灰塵顆粒凝聚力、粘性力增強。當煙氣流經濾袋時,使濾袋表面捕集的粉塵潤濕黏結引起糊袋,正常噴吹清灰無法吹掉,板結成灰塊,煙所無法通過。
3. 煙氣濕度。
煙氣中的水蒸氣含量大為結露提供了物質基礎,其來源有:
1) 煤粉中氫元素燃燒生成的水;
2) 爐底撈渣機密封水蒸發;
3) 脫硝噴入的尿素溶液;
4) 脫硫工藝噴入的增濕水;
5) 鍋爐二次風、三次風所含的水蒸氣;
6) 鍋爐設備爆管瀉漏的水蒸發;;
7) 袋式除塵器噴吹過程壓縮空氣帶入的水。
將 20 蒸噸鍋爐與 30 蒸噸鍋爐進行對比分析發現,差別是第 2 項撈渣機密封水的蒸發量不同,表現在水面與爐底之間的距離和受熱面積存在較大的差距
4.旋風除塵器。
旋風除塵器落灰管路串煙氣加重了袋式除塵器的負擔。旋風除塵器是由內筒、外筒和錐筒組成,含塵氣體是從內筒與外筒之間,沿著切線方向進入除塵器下降到底部,通過落灰管進入下面循環灰倉,凈化后的煙氣從內筒向上排出。由于旋風下部落灰管與循環灰倉之間應設置卻未設置_隔離裝置,現場實測發現約 25%的煙氣以 10 m/s 左右的風速沿落灰管進入循環灰倉 經插板閥 9后自下而上進入布袋除塵器 3。這部分煙氣既攜帶著旋風除塵器脫除的部分灰塵,又夾帶著因高風速吹揚起循環灰倉內的部分積灰。并且,進入袋式除塵器后的流動方向阻礙了灰塵的下落,影響袋式除塵器的清灰效果。
5) 其它因素。
除上述幾條主要影響因素外,還包括: 提升蓋板或噴吹設備故障、煙氣流場分布不均、箱室與蓋板連接部位漏風、脫硝系統氨逃逸等。
3. 2 技術改進方案
針對上述 3.1 中所列舉的諸多影響因素,綜合考慮投資成本與收益,進行如下技術改進。
1) 提高煙氣溫度。
通過給除塵器灰斗加裝蒸汽伴熱路來提高溫度,增大煙氣中水蒸氣飽和濕度,減少結露。在袋式除塵器灰斗四周保溫層內,緊貼斗壁安裝蒸汽伴熱管路,通過傳導、對流和輻射等換熱形式,提高除塵器整體溫度。同時,灰溫提高后,在 NGD 脫硫反應器中吸收的熱量減少,反應器出口煙溫提高,水蒸氣飽和濕度增大,減少了結露機會。
2) 降低煙氣濕度。
在鍋爐底部落灰口附近膜式壁管上焊接抓釘、灌耐火澆注料,將爐膛落灰口尺寸縮小為原來的 1/3,通過縮小換熱面積的方法來減少爐低撈渣機密封水蒸發量,降低煙氣中的水蒸汽含量。
3) 解決串風問題。
在旋風除塵器落灰管上加裝的雙層重錘翻板閥,既可以_順暢落灰,又解決了落灰管路串煙氣問題。
4) 優化鍋爐燃燒。
通過調整鍋爐燃燒器的旋流角度和配風,增強煤粉與二次風、三次風的混合效果,延長爐膛內停留時間。
5) 完善保溫設施。
完善凈氣室四周保溫,將頂部箱室蓋板_換為雙層保溫蓋板。
6) 其它措施。
針對其它影響因素分別采取有效措施。包括: 提高員工技能水平,降低設備故障率; _換箱室蓋板密封條,降低漏風率; 優化尿素溶液的噴入位置和角度,減少脫硝系統氨逃逸等。
3. 3 效 果
在采取上述改進措施后,補連塔和寸二鍋爐房20 蒸噸袋除塵器差壓得到了較好的控制,同時,引風機電流、爐膛負壓、鍋爐負荷等也得到了明顯優化。
結論
1) 環保改造前后,煙塵濃度、煙氣溫度、濕度等主要影響參數已經發生了顯著變化,應重新設計袋式除塵器。若利舊使用原有設備,應進行全面評估并采取提高煙溫、降低濕度、完善保溫等措施,將參數變化影響降低。
2) 煤粉燃燒不充分,導致飛灰殘炭過高,煙塵物理特性變化,對袋式除塵器差壓有重要影響。
3) 除塵器結構形式、煙氣溫度、煙氣濕度、旋風除塵器、飛灰殘炭率、保溫效果、煙氣流速、煙塵濃度和漏風情況等,都是影響袋式除塵器運行差壓的重要因素,本次除塵器除差壓高是多重因素的疊加作用。