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燃煤锅炉烟气除尘方案


燃煤锅炉烟气除尘技术方案
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1 概述 袋式除尘器在国外已得到广泛的应用,燃煤电厂应用袋式除尘器已有 30 多年的历史,发达 国家早在 20 世纪 80 年代就已普遍采用袋式除尘器,并且其应用总量远远超过了电除尘器。 在美国 80 年代已有 100 多台袋式除尘器应用于燃煤锅炉,相应的发电总量在 2× 104MW 以 上, 单机最大容量达 500~800MW。 澳大利亚从 70 年代开始在电站锅炉上使用袋式除尘器, 到 90 年代已有 80%的电站锅炉使用袋式除尘器,欧洲、日本也有类似的情况,由于日趋严 格的环境排放标准,最近几年越来越多的电除尘器被改造为袋式除尘器。 在国内袋式除尘器技术也已成熟,并具有良好的设计、加工、制造、安装、调试能力,现已 广泛应用于冶金、建材、水泥、电力等行业,绝大多数都获得了良好的效果和可观的效益。 根据目前环保发展趋势的要求, 如果电除尘器部不出现实质性的突破, 已很难满足日趋严格 的环保标准,而袋式除尘器以其除尘效率高(可达 99.99%),适应粉尘范围广,尤其对电除尘 器难以脱出得微小颗粒(PM2.5 以下),将成为燃煤锅炉烟气除尘和其他行业粉尘污染控制的 一种主要的除尘设备。 2 长袋低压脉冲袋式除尘器 2.1 概述 袋式除尘器有各种各样形式, 目前使用最多和发展最快的是大型脉冲袋式除尘器, 大型脉冲 长袋除尘器集尘原理(见图),含尘气体经过进气口阀导入袋式除尘器,依靠气流分布板分散 烟气的同时,将较重的灰尘落下灰斗。含尘空气由布袋外面进入里面时,经布袋过滤成干净 空气,再由外壳上端通过离线排气口阀排到外面去。关闭排气口阀,沾在布袋上的灰尘与气 流成分离状态。通过滤袋上的脉冲喷吹管,瞬间喷射出来 的高压反洗气流把灰尘抖入灰斗 里。这个反洗动作,按一定的间隔依次转换,因此不会影响连续集尘作用。
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大型脉冲除尘器构造及操作示意图 2.2 主要技术特点 2.2.1 设备阻力低 本设计方案为侧进风式低压脉冲袋式除尘器, 我公司吸收和消化了国内外行喷吹的优点, 克 服了其缺点,采用两个进风口从灰斗的上部进风,并设置导流板,这样避免了烟气在灰斗中 流速较快,气流分布不均匀,造成粉尘的二次飞扬,阻力增加的缺点,从结构上具有阻力低 的优点。 2.2.2 气流分布均匀 气流分布的好坏是关系到袋式除尘器运行成本的关键因素之一, 我公司对低压长袋脉冲袋式 除尘器根据燃煤锅炉粉尘的特点进行了气流分布实验, 确定了气流分布板的形式, 进风口设 有导流装置,此装置为美国引进技术,我公司人员在实践中又作了进一步的改进的。气流分 布板结构是通过灰斗的上部和滤袋室的中部和下部均设有导流装置, 使入口的含尘气体在入 口处使大颗粒的粉尘和未燃烧尽的碳粒在此处得到沉降, 并使一部分气体直接进入除尘器箱 体的中部和上部,这样有利于粉尘的沉降,并使气体的上浮速度明显的降低,本设计中除尘 器内部气流组织具备以下几个特点: ⑴ 袋式除尘器内部的气流分配和各处流场中各部位的烟气的气流速度,根据设计的要求并 不完全相同,设计中最大限度的降低了上升气流速度,从而保证了高效清灰; ⑵ 保证滤袋之间、滤袋底部、灰斗内的最佳流速等; ⑶ 烟气在袋式除尘器内部的流量分配不依靠气流本身的扩散进行分配,而是通过特殊设计
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的气流分布板提前进行分配; ⑷ 设备阻力损失和布袋的磨损减少到最小。 2.2.3 稳定可靠的脉冲喷吹系统 为了保证袋式除尘器喷吹系统的可靠性, 我们采用了进口的脉冲阀。 国产的脉冲阀质量不过 关,不能保证设备的正常运行,所以本方案设计采用了澳大利亚高原脉冲阀,其阀门喷吹流 量大, 阻力小, 膜片寿命长, 大大减少了维修的工作量, 在正常使用情况下可保用三年以上。
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2.2.4 结构稳定可靠、加工精度有保证 除尘器的钢结构部分采用计算机进行受力分析和计算,结构简单,稳定性强,能满足各种危 险载荷下安全运行。我公司采用特殊工艺制造加工,一次加工成型,同时大大减小了花板孔 之间累积误差,花板的平整度、花板孔的尺寸完全达到符合国家的标准。花板、喷吹管、气 包、脉冲阀一体化设计、组装、安装,保证整体装配精度。 2.2.5 相互独立的除尘器室 每台锅炉配一台袋式除尘器,每台分为 4 个并列的除尘室, ,关闭其中一个室后,另外一个 室照常可以投入运行,因此可以实现不停炉除尘器检修工作。 当对某一除尘室需要检修维护时, 只需关闭该室的出口提升阀门和手动关闭入口进气阀, 切 断含尘烟气的进入, 并打开除尘器的检修门, 通风冷却后检修人员即可进入操作维护和检修。
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此外,当锅炉长时间处于低负荷运行时,可以只投入几个室运行,并可以关闭除尘器的几个 室,设备运行灵活。 2.2.6 整体结构的袋笼 袋笼长 6 米,整体结构,避免分节袋笼不同心、脱节等弊病。加工精度有保证。 袋笼上都带有 6mm 厚的碳钢环, 无需使用工具, 就能很方便地将过滤布袋的绑扣锁在孔上, 维护人员在孔板板面上行走也不会造成对袋的损害,袋笼的下部分接入 1.2mm 厚的低碳钢 帽。 2.3 滤袋的选择 根据锅炉烟气的特点和我们对滤料的使用经验,在此次脉冲袋式除尘器中采用进口 PPS(聚 苯硫醚)滤料,克重 550g/m2。 ,其分子结构为:
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2.2.1 选择滤袋的依据 燃煤电厂锅炉烟气除尘一般对滤料的要求为: 耐高温:一般能在 120~180℃的烟气温度中使用 30000 小时; 耐折:滤袋经过折叠、运输、储藏和使用中的反吹清灰不损坏; 耐磨:一般燃煤电厂锅炉的烟气含尘浓度较高,烟尘成分主要是 SIO2、AL2O3、FE2O3、 MGO 等物质,对滤料和设备都产生一定的磨损; 耐氧化:烟气中的含氧量和氮氧化物,对滤料也有氧化腐蚀作用; 耐酸腐蚀:因为烟气中含有水蒸气和酸性气体,在停炉检修或局部保温不好时,由于温度的 降低,可能出现结露,产生腐蚀; 使用性能稳:在烟气的工况条件下,不因经纬向的膨胀和收缩使滤袋变形,透气性能要好,过 滤阻力小。 袋式除尘器是依据滤料自身固有的物理过滤特性, 以及附着在滤料表面的粉尘层的过滤特性
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(对于不复膜的滤料) ,来截留烟气中具有一定颗粒度的粉尘,它依赖于滤料在厚度方向的 纤维密度来决定过滤能力, 称为深层过滤技术。 袋式除尘器滤料材质, 可分高温型和常温型, 高温型采用膨体纱纤维, 滤袋的材质允许使用温度小于 260℃, 中、 常温滤料采用化学纤维, 使用温度在 200~120℃之间,可根据不同工况选用不同材质,电厂燃煤锅炉空予器出口烟气 温度一般均在 110~180℃之间,为此需选用中温滤料。 滤袋是袋式除尘器的“心脏”,是袋式除尘器能否长期可靠高效使用的关键,在选用时,要充 分考虑使用条件,必须满足烟气特征的要求。 下表是各种高中温滤料的纤维特性比较表: 纤维种类 操作温度(长期/瞬间) 水解 稳定性 耐酸性 耐碱性 耐磨 能力 抗张 强度 诺梅克斯 NO 204/240 OC 中 中 优 优 良 玻璃纤维 FG 260/290 OC 良 优 差 差 优 莱登 PPS 190/232 OC 优 优 优 优 中 P84(HT) 260/300 OC 中 良 中 良 良 泰氟纶(TF) 260/280OC 优 优 优 中 优 从表中可以看出,PPS 纤维具有强度的完整保持性和内在的耐化学性,可以在较恶劣的环境 中保持良好的过滤性能, 并达到理想的使用寿命, 而且价格适中, 在燃煤锅炉、 垃圾焚烧炉、 电站锅炉均有使用。 该滤料可在 190℃的温度下连续使用,瞬时 200℃(每年累计 400 小时以下) ;在 160℃的热 压釜中能保持 90%以上的强度,耐化学性非常好,抗硫、抗酸效果很好,现有约 80%的 PPS 滤料使用在燃煤锅炉上,所以在燃煤锅炉上是最合适的滤料。 PPS 纤维要求含氧量小于 8%(VOL)、NOX 小于 500mg/NM3 左右,若含氧量达到 12%建议 温度降到 140℃,总之含氧量越高,所使用的温度就要越低,因每增加 10℃,化学反应成双 倍的增加,据有关澳大利亚电厂和鲁奇公司在其他电厂运行经验,当烟气含氧量大于 15% 时 PPS 的耐氧性差,当烟气含氧量小于 8%时能长期使用。 关于滤袋的寿命, 根据鲁奇公司在国外的使用经验和生产专业生产厂家的介绍和国外的使用 经验,PPS 滤料在电厂烟气条件下的使用寿命可达 30000 小时,但要烟气含氧量小于 8%, 烟气温度最高不超过 150℃,对于循环流化床锅炉以上的烟气均可满足, 滤料的使用寿命能够 得到保证。 2.4 滤袋、袋笼及花板布置 花板由 6mm 厚的钢板制作,花板与滤袋的配合紧固密封,在滤袋外边与袋孔内边以及滤袋 口下底与花板面之间形成双层自密封结构。 花板及其支撑梁水平焊接在外壳墙面上, 周围密 封焊接,确保设备的气密性,花板的加工采用特殊工艺制造,所有边角都打磨光滑,以避免 损坏滤袋。花板的开孔采用数控、冷压工艺加工完成,并清理各孔的锋利边角和毛刺,孔径 公差满足国家标准,形成良好的密封,花板孔中心偏差<1mm,袋口采用滤袋自锁密封装置, 确保无泄漏,并拆装方便。 花板表面平整光洁,没有挠曲、凹凸不平等缺陷,其平面度偏差不大于 1‰。 花板及其支撑梁水平焊接在外壳墙面上,周围密封焊接,确保设备的气密性。 2.5 清灰系统 低压长袋脉冲袋式除尘器的清灰由压缩空气进行的。 储气罐内的压缩空气由空气管道输送到位于除尘器上部的气包, 气包上部装有脉冲阀, 脉冲 阀和清灰管道架设在花板上方, 形成一个独立的清灰系统。 在每个清灰管道上有 15 个喷嘴,
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在自动控制的程序控制下进行依次进行连续不停的完成对滤袋的脉冲清灰。 2.6 低压脉冲清灰袋式除尘器的技术参数 2.6.1 袋式除尘器的性能参数 除尘器型号 LTFZ735× 4 处理烟气量 170000m3/h 烟气温度 ≤150℃ 进口浓度 ≤50g/m3 出口浓度 ≤50mg/m3 除尘效率 >99.99% 室数 4 脉冲阀数量 80 脉冲阀型式 GOYEN 3 英寸 滤袋材质 PPS 针刺毡滤料 滤袋数量 1200 条 除尘器总过滤面积 2939m2 过滤风速 0.96m/min 清灰空气压力 0.25~0.6MPa 压缩空气耗气量 ~6m3/min 除尘器本体阻力 <1500Pa 除尘器本体漏风率 <2% 2.7 低压脉冲脉冲袋式除尘器的性能保证 2.7.1 除尘器的保证性能 除尘器在下述三个条件下仍然达到出口含尘浓度不大于 40mg/m3,设备阻力低于 1500Pa: 除尘器进口烟尘浓度发生变化时(不大于 10%时); 除尘器进口粉尘粒径发生变化时; 锅炉出口烟气量大小发生变化时(不大于 10%时) ; 2.7.2 滤袋寿命 在烟气成分不便,锅炉运行正常,烟气温度不超过设计值,烟气含氧量小于 8%的条件和其 他烟气成分条件符合 PPS 滤料选用条件下,滤袋寿命不小于 30000 小时。 2.7.3 脉冲阀 脉冲阀在符合招标要求的条件下,能够提供良好的清灰性能。 在下述条件下,脉冲阀应能正常工作。 环境空气温度为-20℃~50℃; 环境空气相对湿度为 10~95%; 环境空气中无腐蚀性介质; 脉冲阀应能承受足够的气源压力。 脉冲阀再正常工作条件下严密不漏气,脉冲阀脉冲时间为 0.08~0.2± 0.02 秒。 脉冲阀在一定的供气压力下,单位的喷吹时间内,每次的喷吹气量应足够。 脉冲阀的表面涂层光洁、美观,没有剥落、碰伤、划痕、毛刺等缺陷,紧固件没有松动、损 伤等现象。 脉冲阀阀膜加厚加强,在正常使用条件下,膜片累计使用寿命大于 100 万次。 2.8 低压脉冲袋式除尘器的控制系统 除尘器整体控制采用 PLC(可编程控制器)控制。 控制模式主要有三种方式有三种:自动控制、控制室手动控制、就地手动控制。三种控制方
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式有不同级别的授权,以避免设备在运行中的误操作。 自动控制模式下, 整个系统的运行控制采用逻辑闭锁控制, 在此模式下操作人员不需参与操 作。 控制室手动控制模式下,系统具备自动控制模式的特点,但是在此模式下,操作人员需要参 与控制,在操作程序上依然受到逻辑闭锁的控制。也就是说在这种控制模式下,人、机共同 参与控制,每一步操作 PLC 会自动检查逻辑关系,发现逻辑错误后系统发出警告性提示, 这种控制模式避免了因操作人员误操作引起的故障或事故,并设置操作权限。 就地手动控制模式下,系统不进行逻辑检查,因此不受逻辑闭锁的控制。这种模式主要用于 设备检修。 以上三种控制模式可以通过授权进行自由切换, 平时系统正常运行时一般启动的是自动控制 模式。 2.8.1 除尘器的整机启动 启动空气压缩供气系统 启动出口提升阀 开启除尘器进口阀门(手动) 启动脉冲喷吹装置 2.8.2 脉冲清灰控制 在本设计中采用了三种清灰控制模式:压差自动控制,时间控制和手动控制。在设备正常运 行期间,以差压自动控制为主,压差控制是利用测得的除尘器内外压差,通过 PLC 来控制 脉冲阀开、 闭; 时间控制为辅, 采用定时的自动脉冲清灰。 手动控制一般用于调试和检修中。 除尘器采用在线清灰方式, 在本方案中采用三种脉冲清灰模式进行清灰: 慢速、 正常、 快速, 以适应滤袋上灰尘负荷的变化, 来保证在滤袋整个寿命中维持最低的除尘器阻力。 为了能实 现自动控制三种脉冲清灰模式,除尘器的压差需要进行自动测量并递给 PLC,由 PLC 启动 自动选择程序,PLC 会根据压差大小启动慢速、正常或快速的脉冲清灰模式,并给脉冲阀 发出清灰指令。 慢速、正常、快速脉冲清灰的设计值如下表所示: 设置点的压差 脉冲时间 脉冲间隔 无清洁(<0.9 KPa= N/A N/A 慢速清洁(0.90~1.20 KPa) 200ms 1~5 分 正常清洁(1.21~1.50 KPa) 100ms 10~60 秒 快速清洁(>1.51 KPa) 100ms 5秒 脉冲时间:脉冲阀膜片开启使空气喷入布袋进行清洁至脉冲阀膜片关闭的时间。 脉冲间隔:两次脉冲之间的间隔时间。 “快速”脉冲的目的是快速清除滤袋上的粉尘,使得除尘器阻力下降,系统恢复“正常”脉冲。 若“快速”脉冲按固定的时间(1~10 分钟可调)进行清洁,不能降低各室的压差而进入“正 常”脉冲系列,PLC 会发出警报,以提醒值班人员检查工艺条件,确认是否是由于工艺条件 引起压差上升的原因。 2.9 除尘器的监测 2.9.1 除尘器压差监测 除尘系统的压差对低压脉冲清灰袋式除尘器的性能起最佳的指示作用。特别是各室的 U 型 压力表更是真实反映滤袋情况的最佳指标器, 压力降的突然增大减小或各个室偏差大等可能 意味着滤袋的堵塞、泄漏、脉冲阀故障、清灰系统工作不正常等。各分室的压差只起显示监 测作用,而不起控制作用。总的压差起到显示设备整体阻力的作用, PLC 会自动变换清灰 模式到正常清灰,再由正常清灰自动切换到慢速清灰,当压差小于设定值(800Pa)时,清
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灰系统自动停止清灰,直到除尘器压差上升到设定值以上时,才再次启动清灰系统。 当除尘室的压差超过设定值(1500Pa)的高位时,会自动报警,引起操作人员的注意并采取 相应的措施排除故障。 2.9.2 除尘器的温度监测 除尘器的进出口烟道均装有热电偶温度计, 温度测点网状布置, 对进入除尘器的烟气温度进 行连续、动态监测。对所有的温度测量值进行逻辑筛选处理。对个别测点温度高于或低于所 有测点温度平均值 5%的温度值均不参与温度判断的计算。 2.9.3 清灰系统的监测 清灰系统作为袋式除尘器的核心系统之一,对其进行准确监测和控制有很大的意义。 ⑴ 对气源提供端设备的监测,包括对压缩空气机的监测,监测内容包括对设备运行状态的 监测,如:电流、电压、设备温度等。 ⑵ 对气源压力大小的监测。包括过压监测和欠压监测,并将这些信号输送到 PLC 作为对故 障的报警、逼险和应对措施的依据。当气源压力过高时,PLC 会发出报警信号提醒操作人 员紧急处理,自动切断空压机工作电源。当气源压力偏低出现欠压,清灰不利时,PLC 会 发出报警信号,提示运行人员检查清灰系统是否严密、不漏气,并自动启动第二台备用供气 设备。 ⑶对脉冲阀的监测。 2.10 滤袋的安全保护措施 通常情况下,锅炉启动时的燃油、低负荷时的投油助燃、锅炉尾部燃烧或其它原因导致烟气 超温、“四管”爆裂等引起的低温高湿等情况,可能会导致袋式除尘器的滤袋遭受到致命的损 伤, 必须采取相应的措施加以防护。 我们通过以下措施避免以上故障情况下对滤袋造成致命 的伤害。 2.10.1 锅炉燃油时的防护 锅炉点火燃油时, 为了避免油烟粘袋损坏滤袋, 我们通过事先预涂灰的措施来对滤袋进行安 全防护。 预涂灰是非常关键的一项措施, 预涂灰的好坏直接影响到袋式除尘器以后的运行阻 力,滤袋寿命等。另一方法:锅炉点火燃油时,打开旁路,烟气直接走旁路。待锅炉投煤燃 烧,烟气温度上升后,再切入除尘器运行。 关于预涂灰:我们在其他工程中积累了预涂灰工作方面的经验,可以确保涂灰均匀,灰层厚 度适当,保证预涂灰良好的效果。具体的预涂灰参数要求,如需要用灰量、涂灰风压及其引 风机的运行要求等具体的参数,我们将在有关技术文件中给出要求和规定。 预涂灰可通过烟道进口的性能测试孔进行实现,在除尘器烟道进口设计了预涂灰固定管网, 采用散装灰罐车进行运输和喷涂(与内蒙古丰泰公司方式完全相同) ,这种方式的优点是不 需要架设专门的预涂灰系统,整机控制简单,涂灰时灵活机动,任何时候涂灰时只需要散装 灰罐车。 锅炉低负荷投油助燃时,为了避免油烟粘袋损坏滤袋,我们通过改变清灰机制来保护滤袋。 主要是采用改变清灰模式如: 慢速清灰或停止清灰的措施。 通过让滤袋表面有相当厚度的灰 来对滤袋进行安全防护。这样,在通常情况下,锅炉低负荷燃油对滤袋不会造成伤害,不需 要专门的、特殊的防护措施。 2.10.2 烟气超温时的保护 锅炉尾部烟气超温时,打开旁路,烟气直接走旁路。旁路门、离线阀、锅炉引风机进口挡板 门根据设计设定值,协调工作,动作匹配,可以避免对锅炉炉膛负压产生冲击,给锅炉安全 运行造成危害。 2.12.3 锅炉系统发生“四管”爆裂时的防护 当锅炉发生严重的“四管”(指水冷壁、过热器、再热器、省煤器)爆裂时,烟气温度通常会
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下降或空予器出口一侧烟气温度升高, 另一侧烟气温度降低的情况, 同时烟气中的含水量急 剧增加。此时袋式除尘器 PLC 控制系统会发出报警信号,提醒运行人员注意应对措施。清 灰控制采取必要的防护措施, 如停止清灰以确保滤袋上面有相当厚度的粉尘层, 从而隔绝湿 烟气直接与布袋表面接触。 如果烟气温度降低很多,且烟气中含湿量增加很多,PLC 会再次发出报警并自动启动对锅 炉 DCS 的报警,提请运行人员考虑停炉。
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附图: 除尘器总图 附表一 除尘器概算清单(单台) 附表二 除尘器设备供货清单一览表(单台)
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附表一 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

除尘器概算清单(单台) 单位:万元 名称 单位 数量 单价 总价 备注 布袋除尘器本体 套 85 0.7 59.5 滤袋 套 1200 0.034 40.8 袋笼 1200 0.010 12 花板及气包 套 1 12 电磁脉冲阀 个i 80 0.18 14.4 系统保护装置 套 1 3 附助设备和烟道等 套 1 15 电气设备 套 1 5 热控设备及仪表 套 1 20 设备安装费 套 1 13.5 1500 元/吨 技术服务费 套 1 3 设备调试费 1 3 不可预见费 套 1 5 合计 206.2
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附表二 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

除尘器设备供货清单一览表(单台) 分项名称 单位 数量 产地 备注 本体钢结构 吨 85 国内 辅助设施 吨 5 国内 花板 块 4 国内 进口挡板阀 个 8 国内 出口提升阀 个 8 国内 旁路提升阀 个 2 国内 滤袋 φ130×6000 条 1200 进口纤维 PPS(550g/m2) 袋笼 φ125×5980 条 1200 国内 电磁脉冲阀 3″ 只 80 进口 澳大利亚高原公司 储气罐 3M3 只 1 国内 分汽包 套 4 国内 清灰管道及附件 吨 若干 国内
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13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

简易预喷涂系统 套 1 国内 除尘器进、出口烟道 套 1 除尘器及烟道保温 M2 1 国内 约 850 m2 减压阀、过滤器及管路系统 套 1 国内 MCC 配电柜 面 2 PLC 柜 面 1 仪表电源柜 面 1 上位机 台 1 PLC 控制系统 套 1 上位机组态软件 套 1 差压变送器 台 2 压力变送器 台 1 (0~3000Pa) 热电阻(0~200℃) 支 4 (0~200KPa) 料位计(射频导纳) 台 4 低压动力电缆 套 1 控制电缆 套 1 桥架 套 1 水煤气管和保护软管 套 1 照明箱 面 2 检修箱 面 4 照明灯具及安装管线 套 1
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