環(huán)保改造后袋式除塵器差壓升高原因及對(duì)策


據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015 年我國(guó)煙塵排放量達(dá) 1538 萬(wàn)噸。工業(yè)鍋爐是我國(guó)僅次于電站鍋爐以外的用煤大戶，隨著我國(guó)對(duì)大氣污染治理工作的逐步推進(jìn)，
污染排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，10 蒸噸及以下燃煤工業(yè)鍋爐逐漸被淘汰，大容量煤粉工業(yè)鍋爐和袋式除塵器得到越來(lái)越多的應(yīng)用。煤科院節(jié)能分院運(yùn)營(yíng)著神東煤礦幾十臺(tái)煤粉工業(yè)鍋爐。為適應(yīng)環(huán)保局《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，于 2016、2017 年進(jìn)行了大規(guī)模的環(huán)保改造，增加了 SNCR脫硝和 NGD 除塵脫硫一體化設(shè)備。運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn) 20 蒸噸鍋爐袋式除塵器差壓異常增大，影響設(shè)備正常運(yùn)行，而 30 蒸噸鍋爐所有環(huán)保設(shè)備運(yùn)行良好，袋式除塵器差壓正常。在對(duì)兩種爐型的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、分析的基礎(chǔ)上，提出并實(shí)施了多條技術(shù)改進(jìn)情措施，取得了良好的效果，為解決同類問(wèn)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(guò)濾介質(zhì)制成袋狀或筒狀過(guò)濾元件來(lái)捕集含塵氣體中粉塵的除塵設(shè)備。含塵煙氣由下部進(jìn)氣通道，經(jīng)導(dǎo)流板進(jìn)入濾塵室，由于導(dǎo)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(xì)小顆粒粉塵隨煙氣向上運(yùn)動(dòng)，由于濾料纖維及織物的篩濾、慣性碰撞、鉤附、擴(kuò)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(nèi)，經(jīng)靜氣室進(jìn)入出口煙道排出。隨著粉塵在濾袋上的積聚，含塵煙氣通過(guò)濾袋的阻力也相應(yīng)增加，當(dāng)阻力達(dá)到額定數(shù)值時(shí)，采用脈沖噴吹氣流的方法進(jìn)行清灰操作，清收下來(lái)的灰塵由排灰落入灰斗。圖 1 為袋式除塵器過(guò)濾過(guò)程示意。





1.2 常用類型及其特點(diǎn)
按清灰方式不同，袋式除塵器可分為: 機(jī)械振動(dòng)、逆氣流清灰、脈沖噴吹、氣環(huán)反吹和復(fù)合清灰五種。
工業(yè)煤粉鍋爐多采用脈沖噴吹方式清灰，細(xì)分為氣箱式脈沖噴吹和行脈沖噴吹兩種形式。其共同點(diǎn)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(cè)邊凈煙氣出口側(cè)有一個(gè)提升閥。清灰時(shí)，提升閥關(guān)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(jié)束，開啟提升閥，煙氣恢復(fù)流通，恢復(fù)過(guò)濾狀態(tài)。隨后，下一箱式開始清灰，依次循環(huán)進(jìn)行。其不同點(diǎn)在于，氣箱式脈沖噴吹除塵器一個(gè)箱室的多條布袋共用一套噴吹設(shè)備，如圖 2 所示，每個(gè)清灰周期一個(gè)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(duì)準(zhǔn)每條濾袋中心的位置都開有一個(gè)噴吹孔，每個(gè)箱室裝有多根噴吹管。清灰時(shí)，每根噴吹一次，逐根進(jìn)行。待一個(gè)箱室內(nèi)的所有濾袋全部完成噴吹一次后，該箱室清灰工作結(jié)束，恢復(fù)過(guò)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(chǎn)生的沖擊力較氣箱式脈沖噴吹強(qiáng)，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(yùn)行情況
2. 1 基本情況介紹
補(bǔ)連塔和寸二鍋爐房有 9 臺(tái) 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(guò)濾面積 750 m 2 ，于 2010 年投產(chǎn)。石圪臺(tái)鍋爐房?jī)膳_(tái) 30蒸噸煤粉鍋爐，配套使用 72-6 型行脈沖袋式除塵器，過(guò)濾面積 1050 m 2 ，于 2014 年與投產(chǎn)。本次改造，該三個(gè)鍋爐房利舊使用了原有袋式除塵器，并在其前面設(shè)計(jì)了旋風(fēng)除塵器，對(duì)改造后的高灰濃度煙氣進(jìn)行預(yù)除塵。哈拉溝 30 蒸噸鍋爐于 2016 年投產(chǎn)，針對(duì)高灰濃度的煙氣專門設(shè)計(jì)了 84-6 型袋式除塵器，過(guò)濾面積1230 m 2 ，不設(shè)旋風(fēng)除塵器。
2. 2 運(yùn)行表現(xiàn)出的問(wèn)題
采暖季運(yùn)營(yíng)發(fā)現(xiàn) 20 蒸噸鍋爐的配套袋式除塵器進(jìn)出口差壓均出現(xiàn)異常增高，嚴(yán)重者_(dá)過(guò) 3000 Pa，影響正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。檢查發(fā)現(xiàn)濾袋表面的灰板結(jié)嚴(yán)重。30 蒸噸鍋爐的袋式除塵器差壓正常，至采暖季結(jié)束未出現(xiàn)大于 1500 Pa 的情況。

三、原因分析和技術(shù)改造方案
3. 1 原因分析
環(huán)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(xiàn)問(wèn)題。分析本次環(huán)保改造前后，在生產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)器中，與鍋爐排出的煙氣相混合來(lái)脫除煙氣中的 SO 2。該過(guò)程中，由于循環(huán)灰溫度低吸熱以及增濕水蒸發(fā)吸熱，會(huì)使煙氣的溫度明顯下降。而且，大量的循環(huán)灰導(dǎo)致煙氣中灰塵濃度由原來(lái)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(lái)的巨大壓力，增加了旋風(fēng)除塵器，對(duì)高濃度煙氣進(jìn)行預(yù)除塵。參見(jiàn)生產(chǎn)工藝見(jiàn)圖 5。







考慮到 30 蒸噸鍋爐改造后袋式除塵器工作正常，通過(guò)對(duì)兩者進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，分析歸納出以下原因:
1.結(jié)構(gòu)形式。
原袋式除塵器的結(jié)構(gòu)形式不適應(yīng)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(yīng)用在工業(yè)煤粉鍋爐的產(chǎn)品。首先，其 27 mm 的濾袋間距，與石圪臺(tái) 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(shí)，布袋間距一般取 0. 5 倍濾袋直徑，不低于 40 mm的設(shè)計(jì)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)中“脫硫除塵一體化設(shè)計(jì)的高濃度袋式除塵器應(yīng)具有強(qiáng)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(jìn)行清灰的要求；三點(diǎn)，袋式除塵器運(yùn)行的過(guò)濾風(fēng)速應(yīng)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(guò)濾面積偏小和過(guò)濾風(fēng)速偏高問(wèn)題，不利于灰塵清收和下落。
2. 煙氣溫度。
煙氣溫度降低為結(jié)露提供了外在條件。NGD 脫硫工藝使經(jīng)過(guò)反應(yīng)器的煙氣溫度下降 20～50 ℃，使煙氣的飽和濕度下降，當(dāng)?shù)陀跓煔庵械乃魵夂繒r(shí)，過(guò)飽和的水蒸氣會(huì)轉(zhuǎn)換為液態(tài)，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(qiáng)。當(dāng)煙氣流經(jīng)濾袋時(shí)，使濾袋表面捕集的粉塵潤(rùn)濕黏結(jié)引起糊袋，正常噴吹清灰無(wú)法吹掉，板結(jié)成灰塊，煙所無(wú)法通過(guò)。
3. 煙氣濕度。
煙氣中的水蒸氣含量大為結(jié)露提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，其來(lái)源有:
1) 煤粉中氫元素燃燒生成的水;
2) 爐底撈渣機(jī)密封水蒸發(fā);
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(fēng)、三次風(fēng)所含的水蒸氣；
6) 鍋爐設(shè)備爆管瀉漏的水蒸發(fā);；
7) 袋式除塵器噴吹過(guò)程壓縮空氣帶入的水。
將 20 蒸噸鍋爐與 30 蒸噸鍋爐進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，差別是第 2 項(xiàng)撈渣機(jī)密封水的蒸發(fā)量不同，表現(xiàn)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(fēng)除塵器。
旋風(fēng)除塵器落灰管路串煙氣加重了袋式除塵器的負(fù)擔(dān)。旋風(fēng)除塵器是由內(nèi)筒、外筒和錐筒組成，含塵氣體是從內(nèi)筒與外筒之間，沿著切線方向進(jìn)入除塵器下降到底部，通過(guò)落灰管進(jìn)入下面循環(huán)灰倉(cāng)，凈化后的煙氣從內(nèi)筒向上排出。由于旋風(fēng)下部落灰管與循環(huán)灰倉(cāng)之間應(yīng)設(shè)置卻未設(shè)置_隔離裝置，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)約 25%的煙氣以 10 m/s 左右的風(fēng)速沿落灰管進(jìn)入循環(huán)灰倉(cāng) 經(jīng)插板閥 9后自下而上進(jìn)入布袋除塵器 3。這部分煙氣既攜帶著旋風(fēng)除塵器脫除的部分灰塵，又夾帶著因高風(fēng)速吹揚(yáng)起循環(huán)灰倉(cāng)內(nèi)的部分積灰。并且，進(jìn)入袋式除塵器后的流動(dòng)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(shè)備故障、煙氣流場(chǎng)分布不均、箱室與蓋板連接部位漏風(fēng)、脫硝系統(tǒng)氨逃逸等。


3. 2 技術(shù)改進(jìn)方案
針對(duì)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(jìn)行如下技術(shù)改進(jìn)。
1) 提高煙氣溫度。
通過(guò)給除塵器灰斗加裝蒸汽伴熱路來(lái)提高溫度，增大煙氣中水蒸氣飽和濕度，減少結(jié)露。在袋式除塵器灰斗四周保溫層內(nèi)，緊貼斗壁安裝蒸汽伴熱管路，通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射等換熱形式，提高除塵器整體溫度。同時(shí)，灰溫提高后，在 NGD 脫硫反應(yīng)器中吸收的熱量減少，反應(yīng)器出口煙溫提高，水蒸氣飽和濕度增大，減少了結(jié)露機(jī)會(huì)。
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(lái)的 1/3，通過(guò)縮小換熱面積的方法來(lái)減少爐低撈渣機(jī)密封水蒸發(fā)量，降低煙氣中的水蒸汽含量。
3) 解決串風(fēng)問(wèn)題。
在旋風(fēng)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(wèn)題。
4) 優(yōu)化鍋爐燃燒。
通過(guò)調(diào)整鍋爐燃燒器的旋流角度和配風(fēng)，增強(qiáng)煤粉與二次風(fēng)、三次風(fēng)的混合效果，延長(zhǎng)爐膛內(nèi)停留時(shí)間。
5) 完善保溫設(shè)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(duì)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(shè)備故障率; _換箱室蓋板密封條，降低漏風(fēng)率; 優(yōu)化尿素溶液的噴入位置和角度，減少脫硝系統(tǒng)氨逃逸等。

3. 3 效 果
在采取上述改進(jìn)措施后，補(bǔ)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(shí)，引風(fēng)機(jī)電流、爐膛負(fù)壓、鍋爐負(fù)荷等也得到了明顯優(yōu)化。


結(jié)論
1) 環(huán)保改造前后，煙塵濃度、煙氣溫度、濕度等主要影響參數(shù)已經(jīng)發(fā)生了顯著變化，應(yīng)重新設(shè)計(jì)袋式除塵器。若利舊使用原有設(shè)備，應(yīng)進(jìn)行全面評(píng)估并采取提高煙溫、降低濕度、完善保溫等措施，將參數(shù)變化影響降低。
2) 煤粉燃燒不充分，導(dǎo)致飛灰殘?zhí)窟^(guò)高，煙塵物理特性變化，對(duì)袋式除塵器差壓有重要影響。
3) 除塵器結(jié)構(gòu)形式、煙氣溫度、煙氣濕度、旋風(fēng)除塵器、飛灰殘?zhí)柯?、保溫效果、煙氣流速、煙塵濃度和漏風(fēng)情況等，都是影響袋式除塵器運(yùn)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。