基于選用梯度濾料的褶皺式布袋在半干法脫硫后顆粒物超凈排放技術(shù)的研究與應(yīng)用

　　化床半干法脫硫后顆粒物超凈排放技術(shù)的研究，重點(diǎn)比較了梯度濾料和常規(guī)濾料的特性，闡述了褶皺式布袋在設(shè)計(jì)使用過(guò)程中的側(cè)重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐的超凈排放，對(duì)改善環(huán)境空氣質(zhì)量狀況和PM2.5治理具有極其重要的作用。

　　【關(guān)鍵詞】梯度濾料；褶皺式布袋；半干法脫硫；顆粒物超凈排放

　　一、引言

　　近幾年我國(guó)大面積、長(zhǎng)時(shí)間受霧霾籠罩以來(lái)，引起人們對(duì)大氣污染的高度關(guān)注。2016年全國(guó)338個(gè)地級(jí)以上城市監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，有73個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，占21.6%;265個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)，占78.4%。2014年9月，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部、能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》提出：到2020年燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到超低排放限值(即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米)。按照平頂山市人民政府下達(dá)的2016年58號(hào)文件要求，坑口電廠積極響應(yīng)市政府超低排放的要求，積極對(duì)其2號(hào)鍋爐脫硫脫硝除塵系統(tǒng)進(jìn)行超凈排放技術(shù)改造。

　　二、工程的燃料及煤灰分析資料

　　坑口電廠采用循環(huán)流化床鍋爐燃燒洗選矸石、煤泥、中煤發(fā)電已成為實(shí)施節(jié)能減排的主流。由于它具有煤種適應(yīng)性廣、變負(fù)荷能力強(qiáng)、污染物排放低，特別在低氮燃燒和脫硫方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

　　煤質(zhì)成份分析表

　　三、顆粒物超凈排放工藝的選擇

　　3.1工程現(xiàn)狀：坑口電廠鍋爐為330噸循環(huán)流化床鍋爐，脫硫采用爐內(nèi)噴鈣加爐后半干法兩級(jí)脫硫;脫硝采用SNCR技術(shù)，除塵為低壓脈沖袋式除塵器;除塵器設(shè)計(jì)處理煙氣量600000 m3/h，風(fēng)速為0.85m/min。濾袋為(φ160×7000mm)共3360條，過(guò)濾面積為11816 m2。

　　3.1.1半干法脫硫煙氣的特殊性.

　　循環(huán)流化床半干法脫硫系統(tǒng)在脫硫塔出口的粉塵濃度要在1000-1200g/m3以上，粉塵濃度特別大;脫硫塔出口的煙氣溫度非常低，只有70℃左右，而且需要長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行在這一溫度區(qū)間里，最直接的反映就是煙氣的含濕量大.

　　3.2顆粒物超凈排放改造注意事項(xiàng)：

　　對(duì)現(xiàn)有機(jī)組的袋式除塵器在運(yùn)行過(guò)程中，常常出現(xiàn)“三高”癥狀,即高阻力，高過(guò)濾風(fēng)速，高排放。高的阻力導(dǎo)致高能耗，也給鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大的隱患;高的過(guò)濾速度導(dǎo)致濾袋壽命大幅減少，使運(yùn)維成本增加很多;高的排放濃度會(huì)導(dǎo)致企業(yè)減產(chǎn)或停產(chǎn)改造。袋式除塵器的“三高”，困擾電廠多年，直到褶皺布袋技術(shù)的出現(xiàn)才得以解決。 褶皺布袋技術(shù)，是將傳統(tǒng)圓形或橢圓形布袋，做成褶皺狀，配合專用籠骨，使濾袋過(guò)濾面積能增加50%-150%。因此我廠將濾袋全部更換成采用梯度濾料的褶皺式濾袋，使除塵器過(guò)濾面積由原來(lái)的11816 m2增加至16800m2，過(guò)濾面積增加42.18%，過(guò)濾風(fēng)速由原來(lái)的0.85m/min降至0.67m/min，袋籠全部更換成八爪型袋籠。更換成褶皺式布袋后，沉降空間增加了1500mm，增大了重力沉降效果，可以有效降低布袋除塵器阻力。

　　3.2.1對(duì)于噴吹壓力的選擇。

　　噴吹壓力同氣布比有關(guān).褶皺式除塵布袋最好用中低壓.如用普通閥門2.5米的除塵布袋0.3-0.5MPa左右就可以。褶皺式除塵布袋的有效內(nèi)徑很小,且同圓袋比,為不規(guī)則形狀,脈沖氣流不需要完全克服負(fù)壓就可以震掉濾餅,完成清灰，褶皺布袋中間有比較松的部分，噴吹時(shí)振動(dòng)的幅度較大，容易清灰。另外褶皺較淺且中間的空間比較大，不會(huì)造成像濾筒清灰那樣的結(jié)塊。

　　3.2.2、除塵器的殼體在材料和體積上都有節(jié)省。

　　新建的除塵器如果采用同圓袋完全一樣的氣布比設(shè)計(jì),箱體截面積可以減少65%,因此體積可以減少65%,因此材料可以有同樣的節(jié)省.噴吹管和脈沖閥的數(shù)量都相應(yīng)減少，設(shè)計(jì)時(shí)氣布比稍微低一些,比如過(guò)濾面積按增加50%來(lái)考慮,這樣用戶會(huì)體驗(yàn)到比較長(zhǎng)的布袋壽命, 較好的運(yùn)行效果。

　　3.3、半干法脫硫后配套褶皺式布袋除塵器的特殊設(shè)計(jì)

　　1)氣布比的選取

　　常規(guī)半干法脫硫配套布袋除塵器氣布比較高，一般在0.75-0.80m/min之間，但在超凈排放中，由于布袋入口煙氣中含塵量極高、粉塵顆粒粘度、濕度非常大，使得布袋除塵器的過(guò)濾面積需要足夠大，才能達(dá)到較好的過(guò)濾效果。同時(shí)，為了增大細(xì)粉以及PM2.5的捕集效率，濾袋表面須覆蓋一定的粉塵層，清灰頻率不能過(guò)高。經(jīng)試驗(yàn)，氣布比取值須在0.60～0.7m/min之間。

　　2)氣流上升速度的選取

　　布袋箱體內(nèi)的氣流上升速度是一個(gè)非常關(guān)鍵的控制參數(shù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，須保證氣流的上升速度小于粉塵顆粒的沉降速度，如果氣流上升速度過(guò)大，則會(huì)造成濾袋清理下來(lái)的粉塵懸浮在半空中，甚至?xí)螉A帶到濾袋上，必然造成布袋除塵器的阻力居高不下，使得整個(gè)清灰系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。

　　3)濾料的選擇

　　超細(xì)面層梯度結(jié)構(gòu)濾料是針對(duì)日益嚴(yán)格的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)而開發(fā)的一種新型濾料，其主要分為四個(gè)部分組成，從上往下依次為：超細(xì)纖維層，細(xì)纖維層、基布和粗纖維層。傳統(tǒng)的濾料采用夾心層對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即基布上下層纖維材料完全一樣，過(guò)濾方式為深層過(guò)濾;該濾料采用纖度/密度分級(jí)組合的梯度結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-3：表層過(guò)濾層由超細(xì)PPS纖維形成致密層，迎塵層填充密度梯度結(jié)構(gòu)，中層為高強(qiáng)低伸PTFE基布，里層與迎塵層形成纖度梯度結(jié)構(gòu)，易于空氣通過(guò)的粗孔層。超細(xì)纖維的線密度小，纖維直徑越細(xì)，透氣通道越致密，采用超細(xì)纖維制作的梯度結(jié)構(gòu)濾料孔徑更加細(xì)小，大幅度提高濾料的過(guò)濾精度，獲取更高的排放值。該梯度層狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有利于濾餅形成，使濾料過(guò)濾精度高且保持較大的透氣量，提高粉塵的捕集效率，降低設(shè)備運(yùn)行阻力。傳統(tǒng)的濾料采用面層、基布層和底層三層的夾心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過(guò)針刺或者水刺作用形成緊密的濾料結(jié)構(gòu)，過(guò)濾方式多為深層過(guò)濾;在實(shí)際工作中，濾料過(guò)濾含塵煙氣時(shí)，粉塵粒子能夠進(jìn)入濾料內(nèi)部，由于篩濾、碰撞、滯留、擴(kuò)散、靜電等效應(yīng)細(xì)微粒易于堵塞纖維之間的孔隙，使得除塵器的阻力上升增加，粉塵殘留率較高，清灰頻率較頻繁。

　　圖1-1三種過(guò)濾方式示意圖

　　圖1-2傳統(tǒng)濾料與電袋梯度濾料梯度結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

　　圖1-3超細(xì)面層梯度結(jié)構(gòu)

　　濾袋作為布袋除塵器的核心部件，有著舉足輕重的作用，濾料的選擇自然也成了重中之重。對(duì)于CFB鍋爐半干法脫硫后超凈排放選用超細(xì)面層梯度結(jié)構(gòu)濾料，梯度結(jié)構(gòu)濾料長(zhǎng)期使用溫度為160℃，在溫度方面能夠滿足長(zhǎng)期使用條件。梯度結(jié)構(gòu)濾料的常規(guī)性能測(cè)試顯示，完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。電廠環(huán)境工況條件下氮硫含量較低，梯度結(jié)構(gòu)濾料能夠完全符合使用工況;針對(duì)梯度結(jié)構(gòu)濾料使用高效PTFE滲膜處理，提高其耐酸性、抗氧化腐蝕能力。采用梯度結(jié)構(gòu)濾料，濾料結(jié)構(gòu)層次分明，實(shí)現(xiàn)“類表面過(guò)濾”，能夠?qū)⒎蹓m有效截留在濾料表層，減少粉塵細(xì)微顆粒的滲入，大大提高了過(guò)濾精度，實(shí)現(xiàn)超凈超低排放要求，同時(shí)也保證了后期的使用設(shè)備的運(yùn)行阻力穩(wěn)定。

　　4)預(yù)沉降室的設(shè)置

　　由于半干法脫硫塔出口的粉塵濃度要在1000-1200g/m3以上，粉塵濃度特別大。為了減輕濾袋的除塵負(fù)荷，須設(shè)置預(yù)沉降室。為了提高沉降室的除塵效率，須對(duì)沉降室做一些特除設(shè)計(jì)。如在箱體內(nèi)加裝百葉窗導(dǎo)流板，延長(zhǎng)粉塵通行路程的同時(shí)，使粉塵在重力作用下逐漸沉降下來(lái)，或在箱體內(nèi)加裝“人”字形導(dǎo)流板，使氣流產(chǎn)生一些小股旋渦，粉塵受到離心力作用，與氣體分開，含塵氣體中的大顆粒粉塵發(fā)生自然沉降并經(jīng)導(dǎo)流系統(tǒng)分離后直接落入灰斗、其余粉塵在導(dǎo)流系統(tǒng)的引導(dǎo)下，隨氣流進(jìn)入箱體過(guò)濾區(qū)。在布袋除塵器設(shè)計(jì)時(shí)可充分的利用此段，將其容積擴(kuò)大，粉塵在此處的停留時(shí)間增大，提高預(yù)沉降室的除塵效率。同時(shí)，把布袋縮短1500mm，改變從布袋灰斗進(jìn)氣的傳統(tǒng)方式，優(yōu)化為從布袋下箱體進(jìn)氣的方式，如此一來(lái)，使得煙氣進(jìn)入布袋除塵器后上升到濾袋有了一定的空間，也避免了布袋灰斗內(nèi)處于沸騰狀的存灰的二次揚(yáng)塵。經(jīng)過(guò)如此優(yōu)化過(guò)的沉降室，預(yù)除塵效率可達(dá)到60～70%。

　　5)布風(fēng)系統(tǒng)的均勻性

　　超凈排放設(shè)計(jì)的布袋除塵器，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，室內(nèi)分為多個(gè)小袋室，袋室與袋室之間相互獨(dú)立，如此一來(lái)，各室的進(jìn)風(fēng)均勻性至關(guān)重要，直接影響著布袋的除塵效果。為此，通過(guò)CFD數(shù)值模擬來(lái)驗(yàn)證流場(chǎng)的均勻性，以下是布風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置前后的煙氣流場(chǎng)模擬對(duì)比圖。

　　未設(shè)進(jìn)風(fēng)分配系統(tǒng)時(shí)的煙氣流場(chǎng)

　　設(shè)置進(jìn)風(fēng)分配系統(tǒng)時(shí)的煙氣流場(chǎng)

　　通過(guò)流場(chǎng)分析，可以很清晰的發(fā)現(xiàn)，在未設(shè)置布風(fēng)分配系統(tǒng)的情況下，各個(gè)袋室的煙氣負(fù)荷極不均勻，靠近尾部的袋室煙氣負(fù)荷偏大，這樣必將導(dǎo)致尾部布袋室超負(fù)荷運(yùn)行，氣布比和氣流上升速度都將嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致室差壓過(guò)大，清灰過(guò)于頻繁，甚至無(wú)法正常清灰。在設(shè)置了布風(fēng)分配系統(tǒng)以后，可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)袋室的煙氣負(fù)荷較之前有了明顯的變化，煙氣分配也非常均勻，為清灰系統(tǒng)正常運(yùn)行提供了有力的保障。

　　6)旁路系統(tǒng)的取消

　　常規(guī)的布袋除塵器一般設(shè)置內(nèi)置式旁路，當(dāng)鍋爐爆管時(shí)，切換煙氣走向以保護(hù)布袋。但是在超凈排放系統(tǒng)中，布袋除塵器的旁路密封性及其重要，正常運(yùn)行時(shí)，如果密封性不好，原煙氣極易泄露，對(duì)凈煙氣排放濃度造成影響，導(dǎo)致煙塵排放濃度超標(biāo)，而旁路閥又很難做到零泄漏。與此同時(shí)，環(huán)保局已經(jīng)明文規(guī)定脫硫除塵系統(tǒng)不準(zhǔn)設(shè)置任何旁路系統(tǒng)，為此在超凈排放的系統(tǒng)中，考慮取消內(nèi)置旁路系統(tǒng)，杜絕泄漏的一切可能性。

　　四、結(jié)論

　　在循環(huán)流化床鍋爐的半干法脫硫系統(tǒng)中，配套的布袋除塵器承擔(dān)著舉足輕重的作用，采用梯度濾料的褶皺式布袋除塵器對(duì)原有常規(guī)布袋除塵器進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)改造，方能滿足當(dāng)下嚴(yán)格的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)。在加快空氣質(zhì)量改善和PM2.5治理問(wèn)題解決的當(dāng)下，具有很好的推廣意義。我們采用國(guó)內(nèi)獨(dú)特的超潔凈干法脫硫除塵一體化技術(shù)，該技術(shù)與濕法脫硫相比無(wú)視覺(jué)污染，更沒(méi)有低溫?zé)煔馀欧旁斐擅黠@的煙羽問(wèn)題。同時(shí)配套更新煙氣在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，于 2016年10月30日完成改造與省、市環(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了一次聯(lián)機(jī)試運(yùn)、點(diǎn)火、并網(wǎng)成功。經(jīng)河南廣電計(jì)量檢測(cè)有限公司對(duì)二號(hào)鍋爐超低排放驗(yàn)收監(jiān)測(cè)，在基準(zhǔn)氧含量6%的條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物(含一氧化氮、二氧化氮)排放濃度分別不高于2毫克/立方米、15毫克/立方米、30毫克/立方米，達(dá)到了燃機(jī)排放水平。