（环境工程专业论文）分室定位反吹袋式除尘器在胜利电厂应用的研究.pdf

分室定位反吹袋式除尘器在胜利电厂应用的研究 张翠红( 环境工程) 指导老师：耿春香副教授 摘要 胜利发电厂拌l 电除尘设备已经投产运行十几年，没有进行过大修理，部 分设备磨损老化严重，造成除尘效率低下，经测试电厂一期两台电除尘出口 烟气含尘浓度达到了5 4 0 m g m 3 ，远远超过了3 0 0 m g m 3 的现阶段国家允许排 放标准【火电厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 - 2 0 0 3 ) 】，而且给当地的环境 带来严重危害。通过多种方案技术经济比较，最后认为分室定位反吹袋式除 尘器与原电除尘器比较，无论是在运行维护、检修环境还是对煤种的适应性 方面都具有一定的优势，而且原电除尘改为布袋除尘后，原电除尘的电场 空闲，加之电除尘前的水平烟道，为下一步锅炉上脱硫装置留有一定的改造 空间，因此该方案适合我厂进行改造。针对以上原因，经厂里决定利用群1 机 组大修机会对撑1 电除尘进行技术改造，以使烟气达到国家排放标准。改造后， 经运行测试，f 2 4 4 6 0 型分室定位反吹袋式除尘器的各项指标运行良好，反吹 风量满足要求；通过测量截面各点风速，得出气流分布比较均匀，达到标准 要求；漏风率小于3 ；烟尘排放浓度为2 6m g m 3 ，压力降1 3 3 k p a ，除尘效 率9 9 9 4 ，达到了预期效果。 关键词：胜利电厂静电除尘器脉冲袋式除尘器分室定位反吹袋式 除尘器净化除尘 a p p l i c a t i o ns t u d yo nd i f f e r e n t - r o o mo r i e n t a t i o na n d b a c k b l o wb a gf i l t e ru s e df o rp u r i f i c a t i o no ff l u eg a si n s h e n g l ip o w e r p l a n t z h a n g c u i h o n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o rg e n g c h u n - x i a n g a b s t r a e t 群ls t a t i cp r e c i p i t a t o ri ns h e n g l ip o w e rp l a n th a db e e np u ti n t oo p e r a t i o nm o t t h a nt e ny e a r s ，a n di th a dn e v e rb e e nr e p a i r e di nt o po v e r h a u l 。t h ep a r to f e q u i p m e n tw e r cw o r oo u t ，t h i sm a d et h es t a t i cp r e c i p i t a t o rl o w e re f f i c i e n c y 。 t b r o u g ht e s t e dt h eo u t e rf l u eg a sc o n t e n to f t h et w os t a t i cp r e e i p i t a t o re q u a lt o5 4 0 m g m 3 ，t h i sc o n t e n te x c e e dt h es t a n d a r do f 3 0 0m g m jv e r ym o r gt h a ti sa l l o w e d b y t h e c o u n t r y e m i s s i o n s t a n d a r do fa i r p o l l m a n t s f o rt h e r m a l p o w e r p l a n t ( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) 1 ，a l lo ft h i sh a v em a d es e r i o u sh a r mt oa r e an e a r b y 。b y t e e i m i e a la n de c o n o m i c a lc o m p a r i s o n so f v a r i o l 璐s c h e m e s ，a tl a s td i f f e r e n t - r o o m o r i e n t a t i o na n db a c k - b l o wb a gf i l t e ri s r e g a r da sm o s tf a i ra n dr e a s o n a b l e i n o p e r a t i o na n dr e p a i r m e n ta n dc o a la d a p t a b i l i t y ，i ft h eo l d $ t a t i cp r e c i p i t a t o ri s s u b s t i t u t e df o rd i f f e r e n t - r o o mo r i e n t a t i o na n db a c k - b l o wb a gf i l t e r ，t h ef i r s t e l e c t r i c a lf i e l da n dh o r i z o n t a lf l u eg a sp i p ea r cv a c a n t ，t h i sm a k ear o o mf o r d e s u l p h u r i z a t i o nd e v i c e 。a l lo f t h e s er e a s o n s ，t h et r a n s f o r m a t i o na b o u tt h es m i l e p r e c i p i t a t o rh a sb e e nd e c i d e di no r d e rt om e e tt h es t a n d a r do ff l u eg a sc o n t e n t 。 a f t e rt h et r a n s f o r m a t i o nh a sf i n i s h e d ，t h eo p e r a t i o nt a r g e tm e e tt h es t a n d a r d s ， t h ef u e lg a sc o n t e n tm a yf a l lb e l o w3 0m g i n j 。 k e yw o r d ：s h e n g l ip o w e rp l a n t ，e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r s ， i m p u l s eb a gf i l t e r ，d i f f e r e n t - r o o m o r i e n t a t i o na n db a c k - b l o wb a gf i l t e r ， p u r i f i c a t i o nf l u eg a s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标泣和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石油大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的况明并表示了谢意。 签名：塑翌! !抑6 年与民硝p l 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 矽莎年岁月矽开 砂矿年，月四开 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第1 章前言 第l 章前言 1 1 课题的提出 胜利发电厂# 1 机组1 9 9 2 年投产运行，锅炉所配除尘器系浙江菲达环保 科技有限公司生产的2 g p l 5 8 d 3 型静电除尘器，电源及控制设备由上海电 阻厂配套，其中包括g g a j 0 2 e z 型自动控制高压硅整流装置6 套，振打、 排灰系统各一套，灰斗采用蒸汽加热，采用水力除灰方式，原设计除尘效 率为9 8 ，排放浓度3 0 0 m g m 3 。由于该设备已经投产运行十几年，没有进 行过大修理，部分设备磨损老化严重，造成除尘效率低下，经测试两台电 除尘出口烟气含尘浓度达到了5 4 0 m g m 3 ，远远超过了3 0 0 m g m 3 的现阶段 国家允许排放标准【火电厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 - 2 0 0 3 ) i 时段】， 而且给当地的环境带来严重危害。从国家环保政策以及环保标准来看，对 于2 0 0 4 年1 月1 日起的新建电厂，要求非常高，允许排尘浓度为5 0 m g m 3 ， 对于老电厂排放要求也是越来越高。就胜利发电厂一期机组排尘标准来说， 从新标准开始实旄的2 0 0 4 年1 月1 日前的5 0 0 m g m 3 到目前的3 0 0 m g m 3 ， 再到2 0 1 0 年的2 0 0 m g m 3 ，要求梯次提高田。 1 1 1 现电除尘器存在问题及改造的必要性 ( 1 ) 电除尘设计效率低 胜利发电厂一期# l 、彪机组分别与1 9 9 2 年和1 9 9 3 年建成投产，按照 原国家标准【火电厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 1 9 9 1 ) 】的要求，当时 烟尘允许排放浓度为5 0 0 m g m 3 ，由于环保要求低，原除尘器设计效率只有 9 8 ，从根本上限制了除尘效率难以达到当今环保要求通过多次现场实际 测试，撑l 静电除尘器出i c l 烟气含尘浓度达到了5 4 0 m g m 3 ，远远超过了 3 0 0 m g m 3 的现阶段国家允许排放标准。 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第1 章前言 ( 2 ) 设备磨损老化严重 静电除尘器的关键部件之阴极线芒刺尖端钝化，严重影响芒 刺尖端电晕放电，使局部区域产生荷电不足，除尘效率下降。 阳极板结灰情况较为严重，极板老化、变形、局部开裂，导致除尘 效率降低。 阳极振打凹凸套及夹持板部位的阳极板有变形和破损现象，造成振 打系统无法正常运行。 原设计水力冲灰，易造成冷空气进入电除尘，造成阳极板锈蚀，使 阳极板的刚性变差，进一步影响振打系统正常运行。 静电除尘器部分振打锤与砧的撞击点固定不变，长期反复振打使锤 头和承击砧的接触由线接触变成了面接触，严重影响电除尘的清灰效果。 由于阴极框架及极板变形导致了阴阳极距产生了较大的偏差，使电 场处于非设计工况运行，运行参数远远偏离了设计值，严重影响除尘效率。 ( 3 ) 由于煤炭市场紧张造成锅炉燃煤偏离设计煤种，使电除尘入口含 尘浓度增加。原锅炉设计燃烧煤种为山西晋中贫煤，设计灰份含量为 2 1 。8 5 ，静电除尘器设计入口最大含尘浓度为2 7 9 r a 3 。目前实际燃烧的煤 种平均灰份含量为3 0 左右，实际入口含尘浓度为3 9 3 9 m 3 ，大大超过了 原设计值，从而对静电除尘器的除尘效率提出了更高的要求。 胜利发电厂一期两台锅炉所配静电除尘器已经运行1 3 年，主要零部件 存在较为明显的老化、变形及磨损现象，加上国家对燃煤机组排放要求的 进一步的提高，现有电除尘难以满足锅炉运行要求，达不到国家相关的排 放标准。即便采用恢复性大修，费用也达到了5 0 0 万元左右，且受到原设 计除尘能力的限制，无法达到国家环保要求的粉尘排放浓度的要求，因此 非常有必要对现役电除尘器进行改造。 2 石油大学( 华东) - 1 - 程硕士研究生论文第1 章前言 1 2 布袋除尘器技术发展与工业应用现状 世界上工业发达国家的火电厂在上个世纪5 0 年代以使用电除尘器为 主，从上个世纪7 0 年代开始将布袋除尘器应用于火电厂烟气净化，迄今已 基本走完用布袋除尘器取代和改造高压静电除尘器及其他除尘器的历程 刚。由于传统的高压静电除尘器对超细颗粒及驱体的控制效果较差，而且 在高温运行过程中，还会导致前驱体的控制效果较差，而且在高温运行过 程中，还会导致前驱体合成新的强毒性物质( 如二恶英等) 5 - r l 。而布袋除 尘器在除尘的同时，具有脱硫及控制有害气体的作用例。因此，美国、日 本、德国、加拿大、澳大利亚等国家纷纷将燃煤电厂静电除尘改为布袋除 尘，以实现更加严格的控制目标。表1 - 1 是各国电厂烟尘排放标准w i ： 从表1 - 1 中不难看出，与国外相比，我国在控制大气污染方面还有较 大差距。目前我国绝大多数城市，特别是在北方地区，粉尘是第一位的污 染物，因此无论是与其它国家的排放标准相比，还是与我国其它行业的排 放标准( 如水泥厂和钢铁厂为1 0 0 1 5 0m g m 3 ) 相比及大气环境的自身要 求，降低燃煤电厂的烟尘排放标准值是不可避免的。随着燃煤电厂烟尘排 放标准的进一步严格，将有越来越多的电厂选择高效的袋式除尘器。 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第1 章前言 表1 - 1 各国电厂烟尘排放标准 m g m 3 首先成功应用于燃煤锅炉烟气除尘的袋式除尘器，是1 9 7 ：3 年在美国投 入商业运行的分室反吹清灰大型袋式除尘器，二十世纪七、八十年代，这 种产品在美、英等发达国家得到了广泛应用。美国采用大型分室反吹袋式 除尘器在燃煤电厂成功应用到6 0 0 m w 机组，而且采用的是普通玻璃纤维 滤料，滤袋寿命可达到3 6 年o 州。分室反吹袋式除尘器的微压清灰有利 于延长滤袋寿命，是在燃煤锅炉应用玻璃纤维袋式除尘器获得成功的最重 要原因皿删。 近l o 年来，袋式除尘器在我国发展很快，尤其是大型袋式除尘器的出 现，增强了袋式除尘器的安全可靠性，不仅比电除尘器的除尘效率高，而 4 石油大学( 华东) 工程硬士研究生论文第1 章前言 且受粉尘特性、烟气成分以及锅炉负荷的影响也很小b 4 。1 6 1 。近期在国内已 经有一些电厂应用袋式除尘器，并取得良好的除尘效果和稳定的运行业绩 叼。其中最具代表性的有脉冲袋式除尘器、分室反吹袋式除尘器、f m f b d 系列分室定位反吹袋式除尘器等。 1 2 1 脉冲袋式除尘器 ( 1 ) 脉冲袋式除尘器的工作原理 通常由上箱体( 净气室) 、中箱体、灰斗、框架以及脉冲喷吹装置等部 分组成嘲。工作原理如图1 1 所示。 i a 过堪状态( ”蒲藏杖悫 工作时含尘气体从箱体下部进入灰斗后，由于气流断面积突然扩大， 流速降低，气流中一部分颗粒粗、密度大的尘粒在重力作用下，在灰斗内 沉降下来；粒度细、密度小的尘粒进入袋滤室后，通过滤袋表面的惯性碰 撞、筛滤等综合效应，使粉尘沉积在滤袋的表面上。净化后的气体进入净 s 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第l 章前言 气室由排气管经风机排出。 袋式除尘器的阻力值随滤袋表面粉尘层厚度的增加而增加。当其达到 某一规定值时，必须进行反吹清灰。此时开启脉冲阀，气包内的压缩空气 通过脉冲阀经喷吹管上的小孔，向文氏管喷射出一股高速高压的引射气流， 形成一股相当于引射气流体积若干倍的诱导气流，一同进入滤袋内，使滤 袋内出现瞬间正压，急剧膨胀；使沉积在滤袋外侧的粉尘脱落，掉入灰斗 内，达到清灰目的。 ( 2 ) 脉冲喷吹清灰方式的特点 外滤式滤袋，以保证过滤和清灰的高效率； 滤袋内侧装有金属框架，又称笼骨、袋笼； 脉冲气流在短促的时间( 一般为o 0 3 o 3s ) 内以强烈的能量冲击 滤袋，但冲击次数频繁，且过滤反吹同时进行； 喷吹气流自上而下做快速移动，其冲击强度也迅速衰减，所以滤袋 的长度受到限制； 为保证喷吹参数稳定、准确，对喷吹阀的控制务必可靠，持久。 ( 3 ) 脉冲袋式除尘器的清灰方法 可采用在线清灰和离线清灰两种方法。 在线清灰是指在进行脉冲喷吹时，滤袋仍然进行烟气过滤。喷吹系统 需要采用比较高的喷吹气流阻挡过滤烟气，同时用瞬间的脉冲振荡使尘层 剥落进入灰斗。 离线清灰系统需要把除尘器内部区分成若干个密封袋室，每个袋室的 花板上出气口独立安装关断阀、气缸和电磁阀等压缩气控制系统。在对每 个袋室进行脉冲清灰喷吹前，需要首先控制挡板使这个袋室不再进行烟气 过滤。 6 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第1 章前言 1 2 2 分室反吹风袋式除尘器 反吹风袋式除尘器由除尘器箱体、框架、灰斗、阀门( 卸灰阀、反吹风 阀、风量调节阀) 、风管( 进风管、排风管、反吹风管) 、差压系统、走梯平 台及电控系统组成。分室反吹风清灰袋式除尘器是应用较多的除尘器，其 特点是把除尘器分成若干室，当一个室反吹清灰时其他室正常过滤运行。分 室反吹除尘器分为正压式和负压式两种，其中负压式优点较多。分室反吹风 袋式除尘器通常采用圆袋内滤式工作。 ( 1 ) 分室反吹风袋式除尘器特点 清灰强度较低，清灰气流可以利用专门设置的反吹风机，也可以利 用除尘器主风机形成的压差气流； 维护检修方便，检修人员可以进入滤袋室不仅可以更换滤袋，还可 以检查滤袋的使用情况，从而确定换袋的时间； 多采用薄型滤袋，价格低、费用少； 滤袋采用内滤方式，粉尘在滤袋内侧，工人更换滤袋时，劳动条件 较好； 过滤速度较低，体积较大。因滤袋长，占地面积不大； 除尘效果好，能做到排出口浓度目视为零，小于5 0 m g m 3 。 ( 2 ) 分室反吹风袋式除尘器清灰方法 负压清灰 是指布袋除尘器处在风机的负压端，这种风机通常采用上进风下排风 内滤式结构，且有相互分隔的袋笼室，常用于常温含尘气体净化。因为如 果用于高温含尘气体净化，由于反吹风吸入环境空气的温度较低，容易使 高温气体在袋滤室或灰斗内冷却到露点温度以下，使滤袋或器壁出现结露、 糊袋现象，严重会影响除尘器的正常运行。 7 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第l 章前言 正压循环烟气清灰 是指布袋除尘器处于风机的正压端。这种除尘器通常是下进风内滤直 排式结构，每一组袋滤室是相通的，之间没有隔板。好处：利用系统内的 循环烟气反吹清灰，避免了反吹风引起的袋滤室内结露、糊袋现象。这种 反吹清灰方式常用于处理高温烟气。 负压循环烟气清灰 通常也是下迸风内滤式结构，除尘器处于系统风机的负压端，反吹风 管与系统风机出口的正压端相连。 正压上进风反吹清灰 是指含尘气体从上部进入各小袋室，经过滤料过滤后的净化气体由下部 排风管经烟囱排入大气。经一定时间过滤后，阻力达到设定值便进行反吹。 清灰过程主要是通过阀门的启闭组合来改变滤袋内外压力的方法，即产生 与过滤气流相反的气流使实现清灰。 1 2 3i 吼i f b d 系列分室定位反吹袋式除尘器 f m f b d 系列分室定位反吹袋式除尘器，是电厂燃煤锅炉专用袋式除尘 器，2 0 0 0 年获得国家专利，是具有自主知识产权的专利技术，2 0 0 1 年在燃 煤锅炉中投入运行，2 0 0 2 年通过省部级鉴定，2 0 0 3 年获得五部委联合颁发 的国家重点新产品证书，2 0 0 3 年获高新技术产品证书，2 0 0 4 年被列为国家 重点环境保护实用技术推广项目，2 0 0 4 年通过中国电机工程学会技术鉴定， 被评定为国内领先，国际先进水平。 该专利技术发明人在总结多年的工程实践的基础上，把传统的大型分 室反吹袋式除尘器内表面过滤方式改进成外表面过滤，使低气布比的大型 分室反吹袋式除尘器成为高气布比的大型分室定位反吹袋式除尘器。保留 s 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第1 章前言 和发展了原有的分室反吹微压清灰技术可以提高滤袋使用寿命的优点，同 时借鉴了静电除尘器的气流分布技术，吸取了袋式除尘器在国内外燃煤锅 炉应用中的经验教训，针对我国火力发电厂锅炉燃煤煤质、烟气条件多交、 锅炉运行控制复杂、以及安全生产与环境保护并重的具体国情，对诸如回 转反吹机构、烟道截止阀、旁路安全阀、袋笼、花板等关键部件进行了大 量的刨新和改进，尤其用于燃煤锅炉，利用烟气分室反吹，更有利于提高 滤袋的使用寿命，更有利于提高清灰系统的可靠性和设备运行的经济性。 系统保护措施更加完善可靠，可实现在线切换检修。 2 0 0 1 年1 1 月，本专利技术产品在大庆油田申大热力公司为2 2 9 m w 循环流化床锅炉配套投入运行，是国内第一个在燃煤锅炉领域运行成功的 袋式除尘器，经权威部门检测其排放浓度为1 9m g m 3 。至今已完成四个采 暖期，运行状况良好。 同年，该技术又在赤峰富龙热电厂2 x 9 0 t h 循环流化床锅炉投入运行。 2 0 0 3 年7 月1 1 日，呼和浩特发电厂6 样2 2 0 t h 煤粉炉5 0 m w 机组电除 尘器改造成袋式除尘器项目采用该专利技术，以全部国产化产品替代了德 国鲁奇的产品，至今除尘器已运行近二年，经内蒙古自治区环境监测中心 站的检测结果证明，其平均排放浓度为1 0 4 m g m 3 ，各项技术指标均达到 或高于设计要求，并于2 0 0 4 年1 0 月通过了中国电机学会的技术鉴定，被 评定为处于国内领先，国际先进水平。呼和浩特发电厂后续2 台5 0 m w 机 组袋式除尘器项目，即5 捍2 2 0 t h 煤粉炉机组电除尘器改造成的袋式除尘器 和新建项目硝机组2 2 0 t h 煤粉炉袋式除尘器均采用该技术，并分别于2 0 0 4 年5 月3 1 日和2 0 0 5 年2 月投入运行，各项指标完全达到设计要求。 2 0 0 4 年4 月，大庆石化公司热电厂i o o m w 机组袋式除尘器改造项目 也采用了该技术，于2 0 0 4 年9 月2 0 日点火，至今运行效果良好。 9 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第l 章前言 2 0 0 5 年5 月，丰镇发电厂采用该技术的2 2 0 m w 机组3 # 锅炉静电除尘 器改造成袋式除尘器工程投入运行。 以上各项工程实践，充分说明了分室定位反吹袋式除尘器技术在我国 燃煤电厂具有较广泛的适用性。 1 3 袋式除尘器的过滤及清灰机理 袋式除尘器主要由袋室、滤袋、框架、清灰装置等部分组成。袋式除 尘器的除尘过程主要是由滤袋完成的滤袋是各种滤料纤维织造后缝制而 成。过滤机理取决于滤料和粉尘层多种过滤效应。 1 3 1 滤料的过滤机理l l s i 含尘气体以o 5 3 m m i n 的速度通过滤料，尘粒在滤料纤维层里运行 时问仅0 0 1 n o 3s 。在一瞬间，气体中的尘粒被滤料分离出来，有两个步 骤：一是纤维层对尘粒的捕集；二是粉尘层对尘粒的捕集。在某种意义上 讲，后一种机制有着更重要的作用。 ( 1 ) 扩散效应 小于0 2 1 x m 的粒子和气体分子相互碰撞后产生不规则运动，运动中，一 部分尘粒被纤维或尘层所阻留( 见图1 - 2 ) ，这种现象称为扩散效应。 流线 图l - 2 布朗运动捕尘机理 l o 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第1 章前言 半经验公式为： t i = 6 r e l 6 p e - 卫3 + 3 r e l 尼r 2 式( 1 1 ) 式中前一项表示扩散效果，后项表示阻留效果。如果把流经纤维周 围的气体的雷诺数黜1 0 d 以，支配扩散效果的彼克列数p 叫o d d v ，阻留 系数r _ 可川f 及粒子的扩散系数d v 刊砩代入式( 2 1 ) 得 1 ；篇而；+ 车冀式(1-2)rl v - 2 矽硒f + 府 几 式中： p 动黏度，m z s ； d f 纤维直径，扯m 。 d p 尘粒直径，岬； 1 ) 旷气体通过纤维层的真速度，1 o = 1 ) f 8 ，m s ； 1 廿过滤速度，m ，s i 6 _ 纤维层的空隙率； 卜一系数，r = k 1 r 3 兀n 由； k 玻尔兹曼常数，1 3 8 0 x 1 0 - 2 3 j k ； t 绝对温度，k ； i l - 气体黏度p a s 。 由此式左边第一项可知，降低过滤速度1 ) f ，缩小纤维直径d f ，提高气 体温度t 都会增加扩散作用的效果。扩散与尘粒大小也有关，粒径越小， 扩散越显著。从第二项可以看出，速度大、纤维细、粒径粗捕集效率会提 高。 ( 2 ) 惯性效率 若粒子质量较大，当气体流经纤维层而被截住的机理( 见图l - 3 ) 称为 石油大学( 华东) t 程硕士研究生论文第1 章前言 惯性效应。因惯性引起的捕集效率为 r 2 = 再彘- r 式( 1 - 3 ) 2 矽i 两丽丽 式 式中卜惯性碰撞撒m = 酱= 巳蔷 c 气体中粉尘浓度，g c m 3 ； p p 一尘粒密度，k g m 3 ； 1 p 尘粒沉降速度；m s ； g 一重力加速度；m s 2 。 其他符号同前。 图1 - 3 惯性作用捕集机理 由式( 1 - 3 ) 可以看出，惯性碰撞效果正比于尘粒的大小。尘粒的密度 以及气流的速度，而反比于纤维的直径 ( 3 ) 直接拦截 当粒子沿气流流线随着气流直接向纤维捕集集体运动时，由于气流流 线离纤维表面的距离在粒子半径范围以内，则粒子与纤维接触并被捕集， 如图l - 4 所示。这种捕集机制成为直接拦截。 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第1 章前言 图1 - 4 直接拦截捕集机理 ( 4 ) 重力沉降 对于水平横向圆柱捕集体，粒子的重力沉降捕集效应为 = g = 詈= 1 c u 瓦, o p d 2 9 9 式( t 4 ) 式中佃一重力沉积捕集效率； r 重力沉积速度，m s ： 1 ) r 气体特征系数； c u 一修正系数； p p _ - 粒子密度，k g m 3 | d 广粒子的当量直径t t m ： g 重力加速度， m s 2 ) i i 气体黏度，p a s 。 可见，只有颗粒较大、气体速度较小时，重力沉降的作用才较明显。 式( 1 4 ) 是指气流与重力方向相同时的情况，对任意横向放置的圆柱 体，则上式的数值还要乘以圆柱体在垂直于气流方向上的投影面积与顺着 气流方向上的投影面积的比值。 ( 5 ) 静电吸引( 见图1 - 5 ) 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第1 章前言 气流冲刷纤维捕集体，摩擦作用可使纤维带电荷。某些粉尘颗粒在运 动中也会带电荷。在外界不施加静电场时，由于捕集体的导电、离子化气 体分子的经过、放射性的辐照、带电颗粒的沉降等现象，这种电荷会慢慢 减少。 图l - 5 静电吸引捕集机理 考虑静电捕集时，必须注意电荷是吸引力还是排斥力，只有吸引力才 能完成捕集过程。 ( 6 ) 筛分效应 滤料间的空隙或滤料上粉尘间的空隙较尘粒小时有利于筛分阻留，即 为筛分效应。很显然，尘粒愈大，纤维空除愈小，被筛分的概率就愈大。 一般情况下新的洁净滤布的筛分作用并不强。当粉尘在滤布表面大量沉积 形成粉尘层时，筛分作用大大加强，分离和捕集粉尘效率提高。 ( 7 ) 空隙率 即滤袋的结构对过滤有直接的影响。 ( 8 ) 非稳定过滤的捕集 滤料的过渡过程按时间序列可分为两个阶段，即稳定过滤和非稳定过 滤阶段。在稳定过滤阶段，假设忽略颗粒沉积产生对滤布结构的变化，颗 粒与纤维接触而被捕集，不考虑过滤机理的修正，因此捕集效率不受过滤 时间的影响。随过滤时间的增加，在纤维表面逐步形成的颗粒导致非稳定 过滤阶段产生，滤布空隙率的改变及颗粒形成的链状沉积有利于纤维捕集 1 4 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第1 章前言 能力的提高，导致捕集效率随过滤时间及颗粒沉积量的增加而增大。 1 3 2 粉尘层和表面过滤机理1 1 8 i ( 1 ) 粉尘层过滤机理 在滤料纤维的过滤机理中，如扩散、重力、惯性碰撞、静电等作用对 粉尘层都是存在的，但主要是筛分的作用。 在袋式除尘器开始运转时，新的滤袋上没有粉尘，运行数分钟后在滤 袋表面形成很薄的尘膜。由于滤袋是用纤维织造成的，所以在粉尘层未形 成之前，粉尘会在扩散等效应的作用下逐渐形成粉尘在纤维间的架桥现象。 架桥现象完成后的0 3 0 5 m m 的粉尘层常称为尘膜或一次粉尘层。在一次 粉尘层上面再次堆积的粉尘称二次粉尘层。 般来说，清灰时只清除二次粉尘层，而保留一次粉尘层，目的是保 证除尘效率。 ( 2 ) 表面过滤机理 基于粉尘层形成有利于过滤的理论，人为地在普通滤料表面覆上一层有 微孔的薄膜以提高除尘效果。所以过滤表面的薄膜又叫人造粉尘层。 ( 3 ) 清灰理论 对袋式除尘器而言，清灰理论与过滤理论一样重要，因为只有过滤一 清灰两个环节连续不断地交替进行才能组成完整的除尘过程。且清灰影响 因素比过滤影响因素变化更多更为复杂。 常用的清灰方式有三种，即机械清灰、脉冲喷吹清灰和反吹风清灰。 反吹风清灰是利用与过滤气流相反的气流，使滤袋变形造成粉尘层脱 落的一种清灰方式。除了滤袋变形外，反吹气流速度也是粉尘层气流脱落 的主要原因。 石油大学( 华东) 工程硬士研究生论文第l 章前言 采用这种清灰方式的清灰气流，可以由系统主风机提供，也可设置单 独风机供给。根据清灰气流在滤袋内的压力状况，若采用正压方式，称为 正压反吹风清灰；若采用负压方式，称为负压反吸风清灰。 反吹风清灰多采用分室工作制度，利用阀门自动调节，逐室地产生反 向气流。反吹风清灰过程如图l 击所示。 oo 因羁 ( a ) 过滤t b ) 反吹 ( c ) 况降 图1 6 反吹风清灰方式 反吹风在整个滤袋上的气流分布比较均匀振动不剧烈，故过滤袋的 损伤较小。反吹风清灰多采用长滤袋( 4 1 2 m ) 。由于清灰强度平稳，过滤 风速一般为0 6 1 2 n d m i n ，且都是采用停风清灰 采用高压气流反吹清灰，如回转反吹袋式除尘器清灰方式在过滤工作 状态下进行清灰也可以得到较好的清灰效果，但需另设中压或高压风机。 这种方式可采用较高的过滤风速。 从粉尘的分散度和质量看，粉尘在滤袋上沿高度的分布是不均匀的。 最粗的组分沉积在滤袋的下部和中间部分，而最细的、难以分离的组分在 上部0 9 - 2 1 1 ( 如图1 7 ) 1 6 强苫”=二鼹苫* “ 攀 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第1 章前言 e e 窖 掣 型 岳 刊 鑫 滤袋高度m 图l - 7 粉尘分散组分沿滤袋高度h 的分布 1 4 主要研究目的、内容 1 4 1 研究目的 本研究的主要目的是通过各种除尘器的比对，选出最适合胜利电厂锅 炉的除尘方法，通过对原有的电除尘设备进行改造，进而实现烟尘的达标 排放。 1 4 2 研究内容 以胜利发电厂孬1 机组电除尘为研究对象，开展烟尘达标处理排放技术 研究。主要研究内容如下： ( 1 ) 除尘设施技术改造方案比选； ( 2 ) f 2 4 4 6 0 分室定位反吹袋式除尘器的原理、结构和特性； ( 3 ) f 2 4 4 6 0 分室定位反吹袋式除尘器的设计； ( 4 ) f 2 4 4 6 0 分室定位反吹袋式除尘器在胜利电厂的安装与调试。 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第2 章除尘设篪技术改造方案比选 第2 章除尘设施技术改造方案比选 2 1 除尘方式的选择 除尘器可供改造方案主要有电除尘加长、加高( 增加收尘面积，以 提高除尘效率) 、改成脉冲布袋除尘器、改成分室定位反吹布袋除尘器 ( f m f b d ) 等三种方式。 2 1 1 分室定位反吹袋式除尘器与静电除尘器加长改造方案比较 采用电除尘加长方式( 将三电场改为四电场) ，由于加长后需要重新 制作基础，费用达到了1 4 8 0 万元左右，且从现场情况看，加长只能在除 尘器后，基础制作会影响到风机基础的安全性，工期较长，施工难度较大。 ( 1 ) 投资估算与效益比较 分室定位反吹袋式除尘器与静电除尘器方案比较见表2 1 。 布袋除尘器 袋式除尘器的烟尘排放浓度，可以降至3 0m g n m 3 以下。 改造后年减排粉尘： ( 5 4 0 - 3 0 ) m g m 3 x 3 6 6 6 m 3 s x 6 0 d m i n x 6 0 m i n h x 6 5 0 0 h y + l o o o m g g + l o o o g k g = - 4 3 7 5 0 0 4 4 k g y 减排折合当量：4 3 7 5 0 0 4 4 k g y + 2 1 8 = 2 0 0 6 8 8 2 7 5 ( 当量年) 减排折合排污费：2 0 0 6 8 8 2 7 5 当量年o 6 元倍量= 1 ，2 0 4 ，1 2 9 5 4 元年。 袋式除尘器对s o x 尚有1 5 左右的减排效果，相应减少s o x 排污费。 原因：袋式除尘器由于锅炉的碱性烟尘与脱硫剂附着滤袋的外表面形成 粉尘层，可达2 小时才清一次灰，大大的延长了脱硫反应时间，所以袋 式除尘器一般可提高脱硫效率的1 0 1 5 ，而且园脱硫而增加的除尘 器入口含尘浓度并不影响袋式除尘器的排放浓度嘲 电除尘器 电除尘器的烟尘设计排放浓度为l o o m g n m 3 ，5 后除尘器排放浓度 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第2 章除尘设施技术改造方案比选 将达到2 0 0 m g n m 3 ，按照1 0 年一个周期，平均排放浓度1 5 0 m g n m 3 。 表2 - 1 分室定位反吹袋式除尘器与静电除尘器方案对比 对比内容f m f b d 型袋式除尘器( 四台组合)四电场静电除尘器 处理烟气量3 6 6 6 吖，s 设备价格 1 3 0 0 1 5 0 0 万元 1 4 0 0 万元 占地面积不变不变 设计排放浓度 1 3 0 m g n 一_ 1 0 0 m g m i 一 约2 0 0 m n 一 5 年后实际捧放浓度9 0 i i l 鲥m ， 一 ( 设备老化所致) 设备运行阻力1 0 0 0 p a ( 平均)3 0 0 p a 阻力功耗5 3 3 k w1 0 6 4 k w 运 清灰功耗lkw4 k w 行 电晕功耗无1 1 5 2 k w 功 绝缘子保温功耗无 1 2 0 k w 耗 总功耗 5 3 4 k w 1 3 8 2 4 k w 运行费用( 0 3 2 元，千瓦时， 电费l l i 0 7 2 万元，年电费2 8 7 7 5 4 万觯 年运行6 5 小时) 平时维护费用免费4 年后2 5 万元阵 4 5 万元绰( 按照3 年实际发生费用计 算，取平均值) 换袋2 6 0 万y r , 4 年大修5 0 万元，3 年 大修、更换部件 袋笼1 2 万元门2 年更换极板极线等5 0 0 万元，l o 年 不能放电极断线、掉刺，会造成电场 4 台组合结构，可实现8 顷荷不 短路卡轴断轴锤移位掉锤现象 能否在线检修 停机切换检修 时有发生出现上述问题，电场不能送 电，因此无法在运行中检修，只好带病 运行，使捧放浓度大大提高 检修环境及难易程度在净气室检修，非常容易在含尘气室检修，十分困难。 1 9 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文篷呈堂除尘设施技术重遣壹塞堂堡 油点炉或油煤混烧时 除尘嚣的适应能力 设备操作难易程度 更换煤种对 除尘效率的影响 运行时问延长对排放浓度 或除尘效率) 的影响 与干法，半干法 脱硫设备配套情况 设有粉尘预涂装置，使滤袋外表 面预先涂上粉尘层，可在点炉或 油煤混烧时，正常投入运行，不 污染环境 难度低，操作简单，容易掌握 无影响 油点炉或油煤混烧时，静电除尘器不能 投入运行烟气只好直捧，严重污染环 境，而且磨损风机 对工人技能要求较高， 需要较长时间培训 影响较大 燮耋燃銎龇：鬟瓣罂篙霁萎茎茎 原有捧放黻褫 ：主矗薯塞黼釜z 墓萋蓁霎 袋式除尘器由于锅炉的碱性烟尘 与脱硫剂附着滤袋的外表面形成电除尘器与干法、半干法脱硫设备 粉尘层，可达2 小时才清一次灰，进行配置，不是理想的方案，因为脱硫 大大的延长了脱硫反应时间，所后，烟气中的古碗量降低，比电阻增高， 以袋式除尘器一般可提高脱硫效将会降低电除尘嚣的除尘效率，因脱硫 宰的l 1 5 。园脱硫而增加而增加的除尘器入口台尘浓度，会影响 的除尘器入口台尘浓度并不影响电除尘器捧放浓度 袋式除尘器的捧放浓度 一蝴揪情况薹燃蒸q - 臻燃 硫设备后，除尘效率 以达到二= 慵，：_ 二_ ：一一二。二 一蝴揪微茎鍪薰莓穗黼嚣瓣 脱硫设备的磨损较小t 而且提高 ：。：= = 二肿：二冒 二：广二= ：出一 脱硫副产品石膏的纯度 改造后减排粉尘： 1 5 4 0 1 5 0 ) r a g m a x 3 6 6 6 m a s x 6 0 s m i n 6 0 m i n h x 6 5 0 0 h y + 1 0 0 0 m g g + 1 0 0 0 g k g = 3 3 4 5 5 9 1 6 k g y 减排折合当量：3 3 4 5 5 9 1 6 k g y + 2 1 8 = 1 5 3 4 6 7 5 0 5 ( 当量年) 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第2 章除尘设施技术改造方案比选 减排折合排污费：1 5 3 4 6 7 5 0 5 当量年x 0 6 元当量- - 9 2 0 8 0 5 0 3 元年 ( 2 ) 运行维护比较 袋式除尘器反吹传动机构、阀门传动机构基本上实现了传动机构外 置化，运行中检修非常方便。净气室内的检修和更换滤袋均可实现在线 切换检修，运行中检修对整个机组负荷影响不大。经过通风降温在净气 室内全部完成，检修中能保证良好的通风环境。 电除尘器的内部检修必须在锅炉停机后进行，而且是在含尘气室内 进行检修，检修困难，环境恶劣。 ( 3 ) 安全生产比较 由于除尘效率的提高，更换被烟尘磨损的锅炉引风机叶片影响生产 的问题得到彻底解决。除尘器可以实现带负荷不停机切换检修，影响机 组运行的故障率为零。 ( 4 ) 运行阻力比较 布袋除尘器阻力为1 0 0 0 p a ( 平均) ，相对于现有除尘器阻力3 0 0 p a ， 而增加了7 0 0 p a ，总阻力达到了4 7 2 5 p a ，超过了引风机全压4 2 0 0 p a ，因 此必须对引风机进行改造。经过核算电机不换，只需更换叶轮即可。风 机叶轮已经使用6 8 年，因磨损等原因已经到了更换期。 静电除尘器改造则因为阻力不增加，因此不需要对引风机进行改造。 ( 5 ) 运行维护消耗( 包括改造) 对比 布袋除尘器：1 1 1 0 7 2 + 2 5 + 2 6 0 4 + 1 2 = 1 9 0 5 7 2 ( 万元，年) 电除尘器：2 8 7 2 5 4 + 4 5 + 5 0 + 3 + 5 0 0 + - 1 0 = 3 5 8 4 2 1 ( 万元年) 布袋除尘器比除尘器每年可减少运行维护费用( 包括改造) 为 1 6 7 8 4 9 万元，加上采用布袋除尘器比电除尘器每年可以少交排污费 2 8 3 3 万元，如果用布袋除尘器比用电除尘器每年可节约资金1 9 6 1 7 9 万 2 l 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第2 章除尘设施技术改造方案比选 兀 通过对以上两种方案进行技术经济比较，方案二中布袋除尘器相对 于方案一中的电除尘器改造( 将三电场改为四电场) ，在运行维护、检修 环境、对煤种的适应性方面具有一定的优势，而且原电除尘改为布袋除 尘后，原电除尘的一电场空闲，加之电除尘前的水平烟道，为下一步锅 炉脱硫装置留有一定的改造空间，因此我认为方案二f m f b d 系列分室定 位反吹袋式除尘器适合我厂进行改造。 2 1 2 脉冲布袋除尘器与f m f b d 系列分室定位反吹袋式除尘器的比选 ( 1 ) 三种袋式除尘器的关键部件与结构对比 三种袋式除尘器( 中压脉冲袋式除尘器、低压脉冲袋式除尘器、分 室定位反吹袋式除尘器) 的关键部件与结构对比见表2 - 2 。 ( 2 ) 三种袋式除尘器花板结构图对比 三种袋式除尘器花板结构图对比见图2 - l 。 图2 - 1 三种袋式除尘器花板结构图 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第2 章除尘设施技术改造方案比选 表2 - 2 三种袋式除尘器的关键部件与结构 ( 3 ) 三种袋式除尘器滤袋状况与保护措施对比 三种袋式除尘器滤袋状况与保护措施对比见表2 - 3 f m f b d 分室定位反吹袋式除尘器采用方形柔缘单板碟阀调节风量， 脉冲袋式除尘器采用多片百叶窗式风量调节阀调节风量，两种截止阀结 构性能对比见表2 4 。 石油大学( 华东) 工程硕士研究生论文第2 章除尘设施技术改造方案比选 表2 3 三种袋式除尘器滤袋状况与保护措施 袋笼结构与袋面形状 单条滤袋面积与滤袋总数量 滤袋过滤方式 滤袋单元捧布方式 对含尘气流的影响 袋口花板密封方式 过滤时滤袋形状 清灰时滤袋形状 可否采用玻璃纤维系滤料 清灰时有无二次飞扬 清灰时有无二次吸附 滤袋- 袋笼配合状态及滤袋 工作状态对滤袋寿命的影响 清灰气源条件 清灰方式 清灰频率对滤袋寿命的影响 滤袋寿命保障 高密度支承点 扁形袋笼 5 8 m z 少 外滤 扁形滤袋单元 颓气流方向捧布 不阻挡气流 平面密封方式 难度小效果好 基本不动 基本不动 能 基本没有 基本没有 滤袋适度张紧、静 态工作。与袋笼无 摩擦，滤袋纤维闻 的摩擦极小，无机 械损伤 o 0 3 k g c m 2 净化烟 气，气化静态清灰： 2 4 ，天，对滤袋无 冲击损伤。不增加 氧含量，无氧化清 灰，清灰气流无温 差结露问题，有飘 尘难沉降不堵袋 4 年度3 0 0 0 0 运行 小时，先期破损率 接近为零 低密度支承点 扁圆形袋笼 3 4 m 2 多 外滤 扁圆形滤袋单元 大圆周捧布 阻挡气流 弹簧胀圈密封方式 密封难度大 吸瘪 鼓胀 难 有 有 滤袋适度松弛、动 态工作，与袋笼摩 擦较轻，滤袋纤维 间的摩擦较小，机 械