循环流化床锅炉除尘设备的比选

38 2004年第1期浙江电力 循环流化床锅炉除尘设备的比选 Selection of Dust Collector for Circulation Fluidized Bed Boiler 胡达清 (浙江省电力设计院,浙江杭州310006) 摘要:根据循环流化床锅炉(CFB)飞灰的特点,分析电除尘器和布袋除尘器的优劣,结合国内CFB锅炉除 尘器的运行情况,进行技术经济比较。这对CFB锅炉除尘器的选型具有一定的指导意义。 关键词:循环流化床锅炉;电除尘器;布袋除尘器 中图分类号:TK229. 66文献标识码: B文章编号: 1007 - 1881(2004) 01 - 0038 - 04 燃煤电厂所排放的烟尘,不仅污染空气,危 及人体健康,而且会给工农业生产带来不可估量 的经济损失,同时,对于燃煤电厂自身来说,电 厂除尘器出口排烟含尘浓度大,会加剧引风机的 磨损,影响电厂的正常运行,危及机组的安全。 因此,合理选用电厂的除尘设备,把锅炉烟尘的 排放浓度严格控制在允许排放浓度以下,其重要 性随电厂环保要求的日益严格而更加突出。 某工程拟建250 MW双抽供热机组,配3 220 t/ h循环流化床锅炉。根据该市大气环境质量 标准,原要求锅炉所配除尘器的除尘效率保证在 99 %以上,后根据该工程环评报告和景观要求, 烟囱高度由180 m降低到120 m,要求除尘设备的 除尘效率要在99. 54 %以上 。针对该厂的特殊条 件,为选择合适的锅炉除尘设备,下面对静电除 尘器和布袋除尘器作初步技术经济比较。 1循环流化床锅炉烟气特征 循环流化床锅炉由于向炉膛内喷入了石灰石 粉,石灰石经炉内煅烧后生成的氧化钙与燃煤燃 烧产物SO2、SO3等反应生成了CaSO4等产物,从 而降低了烟气中SO2的排放量,另外,循环流化 床锅炉的低温燃烧技术抑制了NOX的生成。循环 流化床锅炉因在燃烧过程中添加了脱硫剂石灰石 粉,使其烟气与常规煤粉炉相比,在烟气粉尘浓 度及烟气比电阻高低上具有特色。而这两点,正 是除尘设备选型所要考虑的重要因数之一。根据 该工程对除尘设备的除尘效率的要求,目前各类 除尘设备中,可供选用的有电除尘器和布袋除尘 器。 循环流化床锅炉与常规煤粉炉比较,在选用 电除尘器作为除尘设备时应特别注意以下几个问 题: (1)粉尘粒径更细小。粉尘粒径越细,其附着 性越强,对电除尘器来说,吸附在阳极板上的细 粉尘越不容易振打下来,同时还会出现电晕肥大 和粉尘堆积的情况,影响电除尘器工作电压的升 高,致使其除尘效率降低。 (2)粉尘比电阻增高。锅炉炉膛内喷入石灰石 粉,虽然增加了粉尘内Ca 2 +的含量 ,在一定程度 上使粉尘的比电阻降低。但正是由于炉膛内喷入 的石灰石粉,使烟气中的SO2、SO3含量大大降 低,这一结果会使粉尘中的比电阻大大增加,其 影响远远超过了前者的影响 。粉尘比电阻的增 高,会影响到粉尘粒子的荷电量、荷电率和电场 强度。另一方面,粉尘的比电阻对粉尘的粘附力 也有较大影响,高比电阻导致粉尘的粘附力相当 大,以致清除电极上的粉尘层要增大振打强度, 引起较大的二次飞扬,除此以外,还会出现反电 晕现象。这些原因都会导致电除尘器除尘性能的 恶化。 2电除尘器的特点 电除尘器是使含尘气体在通过高压电场进行 392004年第1期 浙江电力 电离的过程中,使尘粒荷电,并在电场力的作用 下,使尘粒沉积在电极上,将尘粒从含尘气体中 分离出来的一种除尘设备。电除尘器是一种高效 除尘设备,在合适的条件下选用电除尘器,其效 率可达到99 %或更高。但是,电除尘器的除尘效 率受烟气含尘量、烟尘粒径组成特性、烟气比电 阻等因素的影响很大,尤以烟气比电阻对电除尘 器性能的影响最大。一般认为,最适宜于电除尘 器工作的比电阻为10451 010 cm。当粉尘 比电阻太高时,会产生反电晕现象,而使电除尘 器的工作不稳定,除尘效率下降。针对循环流化 床锅炉在采用电除尘器的情况,目前已提出的相 应对策主要有: (1)对烟气进行调质处理。就是向烟气中加入 导电性好的物质如碳黑、向烟气中掺入NH3等合 适的化学调质剂和向烟气中喷水或水蒸汽等。但 是目前技术上或经济上都还存在不少问题。 (2)采用高温电除尘器。理论上认为,当烟气 温度超过225 时,比电阻随温度的升高而降低, 与烟气成分无关。据此,可将电除尘器布置在空 气预热器之前使用,即“热侧 ” 电除尘器,此法 可解决粉尘比电阻高的问题。但采用此法目前也 还存在不少问题,且国内在这一领域内的研究和 应用尚处空白。 (3)采用脉冲供电系统。其原理是使电除尘器 的电晕电流可以通过改变脉冲频率使其在很宽范 围内调节,而与除尘器的电压无关。因此可以将 电晕电流调整到反电晕的极限,而不降低电压, 这使捕集高比电阻粉尘成为可能。 (4)适当加大同极间距。极板间距和电晕线间 距对电晕电流密度、电场强度和电荷密度的空间 分布是有影响的。但适当加大同极间距,可以采 用较高的工作电压(如72 kV) ,这将有利于电除尘 器除尘效率的提高。 (5)采用高性能的电晕电极。电晕电极决定了 放电的强弱,影响含尘气流中粉尘荷电的性能, 直接影响到除尘效率。另外,电晕电极的安全运 转也决定了整个电除尘器的可靠性。评价电晕电 极的性能优劣,除了电晕电极的机械强度外,最 主要的是驱进(极)速度。 (6)使电除尘器内气流分布均匀。电除尘器 内若气流分布不均匀,则在气流速度不同的区域 内所捕集的粉尘量不一样,风速降低而增大的粉 尘捕集量并不能弥补由于风速过高而减少的粉尘 捕集量。另外,局部气流速度高的地方会出现冲 刷现象,造成二次飞扬。 (7)采用四电场除尘。一般来说,电除尘器的 除尘效率并不是由电场多少来决定,而是由粉尘 特性、烟气特性、结构因素和操作因素来决定。 但在一定的制造、使用技术水平条件下,提高电 除尘器性能及可靠性的有效办法之一就是增加电 场数。当选用四电场时,如果其中一个供电区发 生故障,除尘效率仍能达到98 % ,但四电场电除 尘器的投资和占地面积均较大。 (8)减少漏风及消除气流旁路。电除尘器因是 负压运行,若壳体的连接处密封不严,就会漏入 冷空气,使通过电除尘器的风速增大,烟气温度 降低,其结果是除尘性能下降 。气流旁路的形 成,会使含尘烟气越过收尘区而直接进入大气。 国内许多电厂的循环流化床锅炉采用了电除 尘器,但均未做过除尘器性能试验,尚未有试验 数据来说明电除尘器的实际运行效率。同时,循 环流化床锅炉投运石灰石后,锅炉烟气比电阻的 变化对电除尘器除尘效率的影响程度,也很难有 定论。 3布袋除尘器的特点 布袋除尘器是以一定的过滤材料,使含尘气 体通过过滤材料来达到分离气体中固体粉尘的一 种高效除尘设备。布袋除尘器脉冲的清灰技术和 合成纤维滤料的应用,为其进一步发展提供了有 利条件。目前,在各种高效除尘设备中,布袋除 尘器是最有竞争力的一种。 3. 1布袋除尘器的主要优点 (1)除尘效率高。布袋除尘器的除尘效率可保 证出口浓度在50 mg/ Nm3以下,可以捕获几乎所 有粒径范围的粉尘(直到0. 0025m) ,对各种粒径 范围的粉尘均有较高的除尘效率。在0. 0030. 5 m范围内,其对微粒的捕获效率为99. 7 %。与电 除尘器相比,除尘效率为99. 5 %的电除尘器只能 捕获20 %的0. 5m的粉尘,而布袋除尘器则能除 去约95 %的0. 2m的粉尘。所以,布袋除尘器在 清除超细粉尘方面具有优良的性能。 (2)对粉尘的特性不敏感,不受粉尘比电阻的 40 2004年第1期浙江电力 5经济比较 根据几个生产厂家对该工程所作的初步方案 的有关数据,在不同环保排放标准要求下,电除 尘器和布袋除尘器的初投资比较见表6。 从表6中可以看出,当环境允许排放浓度在 影响。 (3)结构比较简单,操作维护比较方便。 (4)在保证同样高的除尘效率的前提下,其造 价比电除尘器低。 (5)允许除尘器入口烟气含尘浓度有较大的变 化,而对其运行阻力和除尘效率的影响不大。 (6)具有二次脱硫作用,一般能有5 %以上的 脱硫效率。 3. 2布袋除尘器存在的缺点 (1)除尘器本体运行阻力较高,一般在1 000 2 000 Pa范围内。 (2)除尘器的设计、制造、安装 、运行要求 较高。 3. 3电厂锅炉应用布袋除尘器不成功原因分析 布袋除尘器于1978年以后用于我国燃煤电厂 的锅炉烟气除尘,原电力部在5个电厂进行了试 点。但实际运行结果表明,这5个试点电厂的布 袋除尘器项目基本上都不成功,所暴露出来的问 题主要有: (1)滤袋脱落。 (2)滤袋破损。其主要原因为:磨损、机械损 伤、腐蚀、烟气超温、滤布质量及缝制不佳、防 瘪环制作不良、滤袋张力不当等。 (3)除尘设备结构及制作不良。 (4)滤袋的材质不过关。 (5)除尘器设计参数不合适。 据了解,目前国内燃煤电厂中,只有巡检司 电厂和南通电厂仍使用布袋除尘器,但其锅炉蒸 发量都小于220 t/ h ,作为GEF示范项目的河南安 阳化肥厂热电站的375 t/ h循环流化床锅炉已选 用了布袋除尘器。 4允许排放标准对除尘器效率的要求 随着国民环保意识的日益加强,国家对燃煤 电厂的三废允许排放标准也将越来越严格。上述 扩建工程的烟囱由180 m调整为120 m,修改后的 环评报告要求除尘器的除尘效率在99. 54 %以上, 相应的除尘器排放浓度(按除尘器入口烟气含尘量 为60 g/ Nm3计算)为276 mg/ Nm3。由于修改后环 评报告的审批意见还未明确,因此,在此分别假 定环境允许排放浓度为200、150、l00 mg/ Nm3,结 合不同锅炉厂所提供的数据及大化热电厂的有关 数据,来推算不同除尘设备所应达到的符合允许 排放标准的最低除尘效率,推算结果见表3、表4 及表5。 从表35可以看出,若要符合环境允许排放 浓度为150 mg/ Nm3的排放标准,除尘器的最低效 率也在99. 74 %。据了解,目前国内近期投运的普 通燃煤电厂的三电场静电除尘器的实测除尘效率 在99. 49 %左右,虽然,四电场静电除尘器的保证 除尘效率在99. 5 %以上,但该热电厂采用循环流 化床锅炉,如上所述,其烟气特性不同于普通燃 煤锅炉,投运石灰石后,其烟气比电阻一般均在 1012 cm以上,超出电除尘器最适宜的比电阻 范围,势必影响电除尘器的除尘效率。目前,国 内循环流化床锅炉所配置的电除尘器的除尘效率 尚未有实际的测试数据。而布袋除尘器不受烟气 比电阻值的影响,除尘效率较为稳定,能满足出 口浓度较低的要求。虽然目前国内大型电站尚未 有布袋除尘器的运行业绩,但在其他国家,如澳 大利亚、加拿大、美国、日本等国的电站都已广 泛采用了布袋除尘器作为锅炉的除尘设备。 表3排放浓度为200 mg / Nm 3 时除尘效率 项目 哈尔滨锅炉厂东方锅炉厂大化热电厂 设计煤种校核煤种I设计煤种校核煤种I设计煤种 除尘器入口浓度 /g Nm - 3 推算除尘效率/ % 58 99. 66 77. 33 99. 74 60 99. 67 79. 99 99. 75 70 99. 71 412004年第1期 浙江电力 表4排放浓度为150 mg/ Nm 3 时除尘效率 表5排放浓度为100 mg/ Nm 3 时除尘效率 注:表中设计煤种按华东3、4号混煤计算(大化热电厂除外)。 表中除尘器入口浓度数据分别由哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂及大化热电厂提供。 项目 哈尔滨锅炉厂东方锅炉厂大化热电厂 设计煤种校核煤种I设计煤种校核煤种I设计煤种 除尘器入口浓度 /g Nm - 3 推算除尘效率/ % 58 99. 74 77. 33 99. 81 60 99. 75 79. 99 99. 81 70 99. 79 项目 哈尔滨锅炉厂东方锅炉厂大化热电厂 设计煤种校核煤种I设计煤种校核煤种I设计煤种 除尘器入口浓度 /g Nm - 3 推算除尘效率/ % 58 99. 83 77. 33 99. 87 60 99. 83 79. 99 99. 87 70 99. 86 表6电除尘器和布袋除尘器的初投资比较 除尘设备 排放标准 100 mg/Nm 3 排放标准 150 mg/Nm 3 排放标准 200 mg/Nm 3 静电除尘器(万元) 508( 五电场) 458( 四电场) 438( 四电场) 脉冲布袋除尘器(全 套进口) (万元) 700700700 脉冲布袋除尘器(关 键部件进口) (进口) 450450450 脉冲布袋除尘器(国 产) (万元) 235235235 注:脉冲布袋除尘器的关键部件包括滤袋、袋笼、脉冲清 灰系统及PLC程控系统等。 200150 mg/ Nm3时,关键部件进口的脉冲布袋 除尘器和静电除尘器的初投资相当,全套进口的 脉冲布袋除尘器最高,国产的脉冲布袋除尘器最 低。但环境排放标准在100 mg / Nm3及以下时, 静电除尘器的初投资就增加很大,而布袋除尘器 的初投资值是以保证50 mg / Nm3的排放浓度为基 础,其在高环保要求时的经济性高于静电除尘器 的特性是很突出的。就年运行费用来说,经初步 估算,全套进口的布袋除尘器与静电除尘器的差 值,在130万元左右,关键部件进口的布袋除尘 器与静电除尘器的差值,在80万元左右。就布袋