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空氣中的顆粒物是影響我國(guó)城鄉(xiāng)空氣質(zhì)量的主要污染物之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)每人每天吸入的空氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)每天的飲水量和進(jìn)食量 ,在這些吸入的空氣中經(jīng)常攜帶著大量的顆粒物 ,對(duì)人體健康產(chǎn)生了重大的影響。研究發(fā)現(xiàn) ,大氣中 SO2、NOx和 CO等污染物的含量與人類死亡率并沒有緊密的聯(lián)系 ,而可吸入顆粒物則成為導(dǎo)致人類死亡率上升的主要原因 。在我國(guó)各大城市的污染物監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn) ,總懸浮顆粒物 (TSP) 70 %以上的來(lái)源是燃燒過(guò)程 ,目前我國(guó)工業(yè)鍋爐每年的煙塵排放量約6～8Mt ,占全國(guó)煙塵總排放量的 33 %～35 %,可見減少鍋爐燃燒煙塵排放對(duì)改善大氣質(zhì)量有著舉足輕重的作用。
煙氣除塵技術(shù)按其工作原理可分為機(jī)械力作用和靜電力作用兩大類 ,其共同特點(diǎn)是使含顆粒物的氣體通過(guò)某個(gè)力場(chǎng)或電場(chǎng) ,通過(guò)力場(chǎng)或電場(chǎng)的作用使顆粒物從氣體中分離出來(lái)。在工業(yè)實(shí)際中 ,根據(jù)除塵機(jī)理的不同 ,習(xí)慣上將除塵技術(shù)分為以下 4類 :①機(jī)械式除塵技術(shù)。利用機(jī)械力 (重力、慣性力和離心力 )作用進(jìn)行除塵的技術(shù) ,一般作為預(yù)除塵器在煙氣凈化中使用。如旋風(fēng)分離器、靜電除塵器及袋式除塵器的沉降室等。 ②靜電除塵技術(shù)。利用電場(chǎng)力對(duì)荷電粒子的作用進(jìn)行氣固分離的技術(shù) ,是目前電廠燃煤鍋爐普遍采用的煙氣除塵技術(shù)。
③過(guò)濾除塵技術(shù)。使煙氣通過(guò)織物或多孔的填料層 ,利用過(guò)濾機(jī)理進(jìn)行除塵的技術(shù) ,主要包括袋式除塵技術(shù)及顆粒層除塵技術(shù)。袋式除塵技術(shù)具有很高的除塵效率 ,應(yīng)用廣泛 ,隨著環(huán)保要求的不斷提高 ,正在逐步取代靜電除塵器而成為電廠燃煤鍋爐的主要除塵手段。 ④濕式除塵技術(shù)。濕式除塵技術(shù)也叫洗滌式除塵技術(shù) ,是利用液滴或液膜洗滌煙氣進(jìn)行除塵的技術(shù) ,包括低能洗滌技術(shù)或高能文氏管除塵技術(shù)。濕式除塵器能夠有效地除掉 011μm以上的顆粒物 ,同時(shí)對(duì)其他氣體污染物也具有一定的脫除作用 ,缺點(diǎn)是存在廢水二次污染和污泥處理問(wèn)題。
目前電站鍋爐采用的除塵器主要有靜電除塵器、布袋除塵器及電袋組合式除塵器。
1)靜電除塵器的基本原理及特點(diǎn)。首先通過(guò)電暈放電建立一個(gè)高壓電場(chǎng) ,當(dāng)氣流從中通過(guò)
時(shí) ,顆粒物 (包括焦油霧滴 )與正負(fù)離子碰撞帶電 ,并在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng) ,在集塵極放電聚集 ,后達(dá)到煙氣除塵的效果。電除塵器的主要優(yōu)點(diǎn) :①初期除塵效率能達(dá)到 99 %,能捕集 1μm以下的細(xì)微粉塵 ,但從經(jīng)濟(jì)方面考慮 ,一般控制一個(gè)合理的除塵效率。②處理煙氣量大 ,可用于高溫 (可高達(dá) 500 ℃)、高壓和高濕 (相對(duì)濕度可達(dá) 100 %)的場(chǎng)合 ,能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) , 并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 ③具有低阻的特點(diǎn) ,電除塵器壓力損失僅 100～200 Pa。
電除塵器的主要缺點(diǎn) :①設(shè)備龐大 耗鋼多 ,需高壓變電和整流設(shè)備 ,高壓供電設(shè)備的輸出峰值電壓通常為 70～100kV ,投資高。 ②制造、安裝和管理的技術(shù)水平要求較高。 ③不具備離線檢修功能 ,一旦設(shè)備出現(xiàn)故障 ,或者帶病運(yùn)行 ,或者只能停爐檢修。
2)影響靜電除塵器工作的主要因素。研究表明 ,影響電除塵器除塵效率的主要因素有 :①灰的比電阻。電除塵器對(duì)灰的比電阻要求較高,高比電阻粉塵在集塵極上的堆積造成反電暈,低比電阻粉塵的二次飛揚(yáng)可造成靜電除塵器的效率明顯降低。就是說(shuō)電除塵器僅對(duì)比電阻值在一定范～2 ×1010 Ω·cm)的灰塵具有脫除作用,當(dāng)比電阻值超出這個(gè)范圍 ,無(wú)論是比電阻值過(guò)高或過(guò)低 ,除塵效率都會(huì)急劇降低 ,灰比電阻與除塵效率的關(guān)系見圖 1。 ②燃煤含硫量。硫含量在 110%以下的低硫煤 (尤其是硫含量小于 015 %)燃燒后的灰塵利用電除塵器就難以脫除。 ③振打裝置的結(jié)構(gòu)。電暈極與集塵極均需要振打裝置 ,傳統(tǒng)的振打方式多為重錘在陽(yáng)極排側(cè)面周期振打 ,而為了使陽(yáng)極板保持足夠的剛度 ,避免在運(yùn)行中彎曲變形 ,通常有防風(fēng)溝和凹凸槽 ,這種結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)電場(chǎng)中氣流的均勻性產(chǎn)生影響 ,進(jìn)而影響其除塵效率。 ④粉塵粒徑分布。實(shí)踐證明 ,傳統(tǒng)的干式靜電除塵器( ESP)對(duì) PM215級(jí)以下的顆粒收集效率很低。 ⑤對(duì)初始濃度大于 30g/ m3的含塵氣體需設(shè)置預(yù)處理裝置。
布袋除塵器是過(guò)濾式除塵技術(shù)的一種 是利用多孔過(guò)濾介質(zhì) (濾袋 )捕捉并分離顆粒物進(jìn)行除塵的技術(shù)。根據(jù)煙氣特性 ,濾袋的材質(zhì)可以是天然纖維、化學(xué)合成纖維、玻璃纖維、金屬纖維或其他材料。隨著濾料不斷改進(jìn),袋式除塵器已逐步在鍋爐除塵領(lǐng)域推廣應(yīng)用,并呈現(xiàn)長(zhǎng)足的發(fā)展勢(shì)態(tài)。
布袋除塵器的優(yōu)點(diǎn):①除塵效率高,可達(dá)到9919 %以上。②附屬設(shè)備少,投資省,技術(shù)要求比電除塵器低。③能捕集比電阻高,電除塵難以回收的粉塵。④性能穩(wěn)定,對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性好,運(yùn)行管理簡(jiǎn)便,特別適宜捕集細(xì)微而干燥的粉塵,所收的干塵便于處理和回收利用。⑤適合生產(chǎn)全過(guò)程除塵,降低總量排放。
布袋除塵器的缺點(diǎn):①用于處理相對(duì)濕度高的含塵氣體時(shí)應(yīng)采取保溫措施(特別是冬季) ,以免結(jié)露造成“糊袋”。的含塵氣體時(shí),(特別是冬季) ,以免結(jié)露造成“糊袋”
。②用于凈化有腐蝕性氣體時(shí) ,應(yīng)選用適宜的耐腐蝕濾料 ;用于處理高溫?zé)煔鈺r(shí) ,應(yīng)采取降溫措施 ,將煙溫降到濾袋長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)所能承受的溫度以下 ,并盡可能采用耐高溫的濾料。③阻力較大 ,一般壓力損失為 1000～1500 Pa。 ④由于國(guó)內(nèi)技術(shù)還不成熟 ,脈沖閥等關(guān)鍵部件需要進(jìn)口。
①氣布比 (過(guò)濾風(fēng)速 )的選擇 :氣布比選擇的合理與否 ,直接影響到袋式除塵器的除塵效率及使用壽命。氣布比過(guò)大會(huì)影響到濾袋的使用和除塵器的除塵效率 ;過(guò)小則影響到整套設(shè)備的投資及運(yùn)行費(fèi)用 ,無(wú)法保證合理的經(jīng)濟(jì)性。 ②氣流分布 :袋式除塵器的氣流分布要求與靜電除塵器截然不同 ,進(jìn)入靜電除塵器的煙氣要求均布 ,而袋式除塵器的氣流要求合理的分布 ,氣流分布的好壞直接影響到除塵器濾袋的壽命、設(shè)備阻力、除塵效率、鍋爐系統(tǒng)安全等。是對(duì)袋式除塵器整機(jī)性能考核的關(guān)鍵參數(shù) ,也是評(píng)價(jià)袋式除塵器裝機(jī)水平高低的標(biāo)志性參數(shù)之一。
電袋組合式除塵器是綜合利用和有機(jī)結(jié)合電除塵器與布袋除塵器的除塵優(yōu)點(diǎn) ,先由電場(chǎng)捕集煙氣中大量的粉塵 ,再經(jīng)過(guò)布袋收集剩余細(xì)微粉塵的一種組合式高效除塵器。具有除塵穩(wěn)定 (不大于 50 mg/ m3)、性能優(yōu)異的特點(diǎn)。
電除塵布袋除塵結(jié)合方式不同 ,其除塵原理也不一樣。比較常見的有兩種方式 :一種是在電除塵后再接一個(gè)布袋除塵器 ,通過(guò)電除塵之后剩余的比較細(xì)小的粉塵顆粒由布袋除塵除掉,這 種方式是目前常見的電袋除塵器結(jié)構(gòu)型式。安慶石化熱電廠 6#鍋爐采用該種型式電袋除塵器 ,運(yùn)行穩(wěn)定 ,綜合除塵效率可達(dá) 99.99 %。第二種結(jié)構(gòu) ,是電除塵和布袋除塵并列運(yùn)行 ,原理相對(duì)復(fù)雜些 ,電布單元不分先后對(duì)煙氣處理 ,只是煙氣必須通過(guò)布袋除塵過(guò)濾才排放。主要優(yōu)點(diǎn)是清灰時(shí)能相互彌補(bǔ) ,真正地解決二次揚(yáng)塵問(wèn)題 ,但目前還處于開發(fā)階段 ,工業(yè)化應(yīng)用的較少。
①適應(yīng)性強(qiáng) ,可以捕集不同性質(zhì)的粉塵 ,能在煙氣參數(shù)發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)穩(wěn)定工作 ,無(wú)二次揚(yáng)塵和飛灰現(xiàn)象。 ②設(shè)備體積小 ,濾袋使用壽命長(zhǎng) ,設(shè)備阻力在 1000 Pa以下,電能消耗低,運(yùn)行費(fèi)用省。③經(jīng)過(guò)預(yù)處理和電除塵部分的冷卻,有效避免了糊袋、燒袋現(xiàn)象的發(fā)生,保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。④清灰周期長(zhǎng)、氣源能耗小。 ⑤一次性投資少 ,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。
由于濾袋收集的粉塵量少 ,阻力上升緩慢 ,其清灰周期時(shí)間是純布袋除塵器的2倍以上 ,壓縮空氣消耗量不到純布袋的 1/ 3。濾袋阻力變化與粉塵濃度的關(guān)系見圖
2。適量提高過(guò)濾風(fēng)速可減少濾袋、閥件等數(shù)量以降低設(shè)備成本及費(fèi)用 ,運(yùn)行能耗低和濾袋使用壽命長(zhǎng)降低了運(yùn)行及維護(hù)成本。電袋布袋清灰周期比較見圖 3。
綜上所述 ,電袋復(fù)合除塵器著重解決了當(dāng)前除塵器常見的三大難題 :電除塵器的排放難題 ;布袋除塵器的阻力大的難題 ;布袋除塵器袋使用壽命短難題。
以 410t/ h煤粉鍋爐 ,布袋除塵器布袋材質(zhì)為 PPS為例 ,各種除塵器的綜合性能對(duì)比如表
1所示。
通常評(píng)價(jià)除塵系統(tǒng)性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)有除塵效率、通風(fēng)阻力、處理風(fēng)量、漏風(fēng)率、耗鋼量、工程一次性投資、運(yùn)行費(fèi)用、占地及使用壽命等。對(duì)于鍋爐除塵方案 ,需要根據(jù)煙塵特性 (物理特性和化學(xué)特性 )、煙塵濃度、排放要求等因素綜合考慮并通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較進(jìn)行確定。對(duì)于電廠燃煤鍋爐尤其是循環(huán)流化床鍋爐 ,由于爐內(nèi)添加石灰石粉造成除塵器入口含塵濃度增加同時(shí)造成煙塵比電阻的升高 ,使用電除塵器很難滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放要求 ,除塵方案應(yīng)優(yōu)先考慮布袋除塵器或電袋除塵器。當(dāng)煤粉爐尾部采用干法 /半干法脫硫時(shí) ,由于煙氣中煙塵含量很高 (1000 g/ m3) ,應(yīng)優(yōu)先考慮選用電袋除塵器或其他預(yù)除塵器 與布袋除塵器結(jié)合使用。
