垃圾焚烧烟气处理中袋式除尘器的设计要点

垃圾焚烧烟气处理中袋式除尘器的设计要点摘?要 介绍了垃圾焚烧的工艺流程，针对垃圾焚烧烟气的成分及特性，结合“太仓垃圾焚烧发电厂二期工程烟气净化系统”，对袋式除尘器的设计要点做简要阐述。关键词 垃圾焚烧；脉冲袋式除尘器；高温；酸性气体；PTFE中图分类号 X701 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0124-02随着人类社会的不断进步、生活水平的日益提高，人们对生存环境越来越关注，对大气环境质量的要求越来越严格。除尘工程是防治大气污染的重要内容，从烟气中将固体粒子分离出来的设备称之为除尘器，袋式除尘器则是治理大气环境污染的高效除尘设备。本文对“太仓垃圾焚烧发电厂二期工程250 t/d垃圾焚烧线及烟气净化系统（以下简称本工程）”中袋式除尘器的设计要点做简要阐述。1 烟气除尘系统简介垃圾焚烧烟气工艺流程：本工程烟气除尘系统工艺如下：生活垃圾在炉排炉内燃烧，产生的灰渣由排放点的不同分为炉渣和飞灰，从焚烧炉燃烧室底部排出的是炉渣，飞灰从燃烧室顶部随烟气进入余热锅炉，由余热锅炉排出的烟气进入冷却塔，使高温烟气温度降至酸露点以上1020，随后进入反应塔充分与石灰、水进行脱酸反应，通过活性炭喷射至反应塔的旋风分离器出口与布袋除尘器进口的烟道中，完成酸性气体脱除、二恶英类物质的吸附、重金属的吸附后，最后进入袋式除尘器。通过布袋过滤，将烟气中的灰尘、反应生成物捕捉后，经引风机排入烟囱。烟气处理流程见图1。2 烟气条件及特点生活垃圾焚烧烟气除尘具有以下特点：余热锅炉排出的烟气危害大。烟气主要含有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、可吸入颗粒物、有机剧毒性污染物（二英、呋喃）、重金属等；烟气温度高，最高可达240；烟气含湿量高，露点温度高。由于较多水分的存在，且含有酸性气体，因而烟气的露点温度较高，约为140；烟尘颗粒细，密度小；由于含有大量酸性气体，和水易于生成酸性物质。本工程烟气量及其组成列于表1。3 除尘器设计袋式除尘器是垃圾焚烧烟气处理工艺流程中的末端装置，进入除尘器的烟气含水多、温度高、具有腐蚀性，此时袋式除尘器不仅仅是颗粒物分离器，还是有害气体净化反应床。所以除尘器设计时必须加以注意。3.1 滤料材质本工程锅炉排放的烟气成分复杂，除尘设备运行温度较高（170）。上游烟气中的含碳飞灰、脱酸剂以及反应生成物等掺混在一起被滤袋捕集，在滤袋表面形成一层粉尘层。粉尘层同时又是反应膜，利用其吸附、催化作用进一步分解SOx、HCL、NOx等有害气体。在此运行环境中，除尘设备必须具有优良的清灰再生性能，及耐温、耐腐、耐水解型滤料。为满足以上要求，本工程选用“纯PTFE基布+PTFE覆膜”复合滤料作为滤袋材质。覆膜滤料可实现表面过滤，使粉尘只停留于表面、容易脱落，提高滤料的剥离性。PTFE是聚四氟乙烯的简称，具有出色的化学稳定性能，俗称“塑料王”。PTFE是大分子线型结构，它的结晶熔点是327，可长期在-180260范围内使用，耐酸碱、抗腐蚀；能抵抗氧化和表面污物，不变脆。PTFE大分子的表面自由能很低，具有高度的不粘附性和极低的摩擦系数。本身不断裂、不燃烧，其“极限氧指数”（LOI）高达95%。同时不会水解，几乎比任何已知材料的抗蒸汽渗透性都好。它能在寿命期限内始终保持优秀的物理和化学性能。3.2 袋笼袋笼安装于滤袋内部，上口设有保护圈，其作用是支撑整个滤袋并保护滤袋的袋口；底部设有底碗，保护滤袋底部不被喷吹气流损伤。袋笼材质选用20钢，表面进行有机硅防腐和耐高温处理。袋笼竖筋不可太密，以免增加其与滤袋贴合部份的面积，减小滤袋的有效过滤面积，影响过滤速度及清灰效果。3.3 内旁通装置箱体内设置旁通阀，正常运行时烟气由中间风道进入设备过滤区。当进入除尘器烟气的温度高于设定温度（如220），或者系统出现故障以及焚烧炉投油助燃时，为确保滤袋和系统安全，打开旁通阀门，烟气进入内置旁通管路，从除尘器出口直接排空。旁通阀门控制为自动和手动二种方式，自动方式由温度控制，控制可以通过仪表设定。除尘器在运行过程中，烟气温度一般在140170波动，烟尘中含有NOx及SOx等气体，在锅炉爆管、水汽很大的情况下，烟尘将变为强酸气体。另外，在脱硫的过程中，投入的过量石灰粉会使烟气呈现弱碱性。在这种情况下，旁通阀密封采用耐高温（300）、耐酸碱的氟橡胶。3.4 灰斗及钢结构灰斗上部与箱体、立柱顶部连续焊接，下部接输灰装置。生活垃圾焚烧产生的烟尘流动性很差，为避免脱硫灰在灰斗内的堆积，灰斗的各个立体夹角不大于收集灰尘的安息角，本工程灰斗四壁与水平面的最小夹角为65。外壁设有空气炮清灰装置，防止灰的搭桥，保持输灰通畅。钢结构顶部与箱体连接处设置滑块，用来消除钢材在温度变化时产生的线膨胀应力。滑块固定于立柱顶端，中箱体带动其上所有与高温烟气接触的部件可以在滑块上自由膨胀（收缩）滑动。滑块采用光滑不锈钢板和滑板相结合的结构，不锈钢板焊接于顶柱底部平面上，能在固定的滑板上自由滑动。不锈钢板采用SUS304材料制造，表面光洁度为Ra6.3 m，厚度为3 mm。滑板固定于立柱顶部平面上，采用聚四氟乙烯材质。滑板的材料不能是钢，否则可能造成滑板与不锈钢板的胶着粘合而失去滑动功能。钢结构的整体设计参考钢结构设计规范，标准号GB50017-2003。3.5 热风循环系统为防止系统启、停期间烟气温度过低，造成酸性气体在设备内结露，损坏布袋和设备，除尘器设有热风循环系统，包括加热器、风机、启闭阀、管道等。温度调节由电热器进行控制。当除尘系统冷态启动或者烟气温度低于设定温度的限值时，热风循环系统开始工作，当灰斗温度检测信号达到设定值时，停止热风循环系统，控制信号取各灰斗温度检测信号中的最低值。热风循环系统启停控制与旁通阀门控制信号连锁，在任何情况下，旁通阀门打开时，必须立即停止热风循环系统。 3.6 保温设备除了装有热循环风系统外，还在灰斗外部安装电加热管，并对设备进行整体保温，减少热量损失，以保持灰斗及箱体壁温高于烟气露点温度10以上，避免四壁过冷产生结露导致粉尘粘结，同时保温层也可防止人员被高温烫伤。本工程选用岩棉作为设备保温材料，岩棉是以天然岩石为主要原料而制成对纤维状松散材料。设备外表面保温层厚度按下式计算：=（-）式中：为岩棉对导热系数，取0.044 W/（m）；s为保温层外表面放热系数，本设备为室内安装，取值11.63 W/（m2）；q为不同介质温度下，保温外表面最大允许热损失量，取116 W/m2；k为最大允许热损失量对系数，计算最小保温厚度时，k取1.0；twf为设备外表面温度，一般为介质温度，本工程取值170；ta为环境温度，取值20。计算结果，最小保温厚度为53 mm，为提高保温效果，本工程取80 mm。3.7 输灰系统设备灰斗下级设置两条切出螺旋机和一条集合螺旋机，将粉尘输送至仓泵，泵体内的粉粒状物料与充入的压缩空气相混合，形成似流体状的气固混合物，借助泵体内的压力差实现混合物的流动，经由输料管输送至储料设备，实现粉尘的集中处理，以防止粉尘的二次污染。3.8 电气系统除尘器采用独立的PLC控制系统，PLC完成工艺要求规定的模拟量控制和数据采集功能，以满足本系统规定工况的运行要求。除尘器的控制对象包括：旁通阀控制、清灰控制、卸灰阀控制、螺旋输送机控制、离线装置（提升阀）控制、灰斗电伴热控制、热循环风系统控制、气力输送系统控制等。3.9 其他按照工程特点，宜取较低的过滤速度，以减小滤料阻力。本工程取过滤风速0.8m/min。焚烧烟气的粉尘流动性差，设备内部梁、柱及连接件设计时采用特殊处理，减少死角，平滑过渡防止积灰、搭桥。设备内部与烟气接触部分，均涂耐高温油漆。4 应用效果设备于2009年年初投入运行，烟尘实测排放浓度为19.3 mg/m3，重金属粉尘及酸性气体等各项排放指标均符合标准要求。到目前为止，设备已正常运行3年有余，阻力保持在1?200 Pa左右，连续运行时间平均为7?000时/年。5 小结焚烧垃圾并利用其余热发电，是处理城市垃圾的先进方法，但在焚烧过程中应严格控制二次污染物的排放。袋式除尘器是目前应用最广泛的设备，其在垃圾焚烧尾气净化系统中起着重要作用。一套除尘设备能否发挥出良好的性能，是整个工艺系统的综合反应，它涵盖立设计、制造、安装以及运行维护等各方面的因素。太仓垃圾焚烧发电厂二期工程袋式除尘器运行良好，达到设计要求。该