基于選用梯度濾料的褶皺式布袋在半干法脫硫后顆粒物超凈排放技術(shù)的研究與應(yīng)用

　　化床半干法脫硫后顆粒物超凈排放技術(shù)的研究，重點比較了梯度濾料和常規(guī)濾料的特性，闡述了褶皺式布袋在設(shè)計使用過程中的側(cè)重點，實現(xiàn)燃煤鍋爐的超凈排放，對改善環(huán)境空氣質(zhì)量狀況和PM2.5治理具有極其重要的作用。

　　【關(guān)鍵詞】梯度濾料；褶皺式布袋；半干法脫硫；顆粒物超凈排放

　　一、引言

　　近幾年我國大面積、長時間受霧霾籠罩以來，引起人們對大氣污染的高度關(guān)注。2016年全國338個地級以上城市監(jiān)測結(jié)果顯示，有73個城市環(huán)境空氣質(zhì)量達標，占21.6%;265個城市環(huán)境空氣質(zhì)量超標，占78.4%。2014年9月，國家發(fā)改委、環(huán)保部、能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》提出：到2020年燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達到超低排放限值(即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米)。按照平頂山市人民政府下達的2016年58號文件要求，坑口電廠積極響應(yīng)市政府超低排放的要求，積極對其2號鍋爐脫硫脫硝除塵系統(tǒng)進行超凈排放技術(shù)改造。

　　二、工程的燃料及煤灰分析資料

　　坑口電廠采用循環(huán)流化床鍋爐燃燒洗選矸石、煤泥、中煤發(fā)電已成為實施節(jié)能減排的主流。由于它具有煤種適應(yīng)性廣、變負荷能力強、污染物排放低，特別在低氮燃燒和脫硫方面的獨特優(yōu)勢。

　　煤質(zhì)成份分析表

　　三、顆粒物超凈排放工藝的選擇

　　3.1工程現(xiàn)狀：坑口電廠鍋爐為330噸循環(huán)流化床鍋爐，脫硫采用爐內(nèi)噴鈣加爐后半干法兩級脫硫;脫硝采用SNCR技術(shù)，除塵為低壓脈沖袋式除塵器;除塵器設(shè)計處理煙氣量600000 m3/h，風(fēng)速為0.85m/min。濾袋為(φ160×7000mm)共3360條，過濾面積為11816 m2。

　　3.1.1半干法脫硫煙氣的特殊性.

　　循環(huán)流化床半干法脫硫系統(tǒng)在脫硫塔出口的粉塵濃度要在1000-1200g/m3以上，粉塵濃度特別大;脫硫塔出口的煙氣溫度非常低，只有70℃左右，而且需要長期穩(wěn)定運行在這一溫度區(qū)間里，最直接的反映就是煙氣的含濕量大.

　　3.2顆粒物超凈排放改造注意事項：

　　對現(xiàn)有機組的袋式除塵器在運行過程中，常常出現(xiàn)“三高”癥狀,即高阻力，高過濾風(fēng)速，高排放。高的阻力導(dǎo)致高能耗，也給鍋爐安全穩(wěn)定運行帶來極大的隱患;高的過濾速度導(dǎo)致濾袋壽命大幅減少，使運維成本增加很多;高的排放濃度會導(dǎo)致企業(yè)減產(chǎn)或停產(chǎn)改造。袋式除塵器的“三高”，困擾電廠多年，直到褶皺布袋技術(shù)的出現(xiàn)才得以解決。 褶皺布袋技術(shù)，是將傳統(tǒng)圓形或橢圓形布袋，做成褶皺狀，配合專用籠骨，使濾袋過濾面積能增加50%-150%。因此我廠將濾袋全部更換成采用梯度濾料的褶皺式濾袋，使除塵器過濾面積由原來的11816 m2增加至16800m2，過濾面積增加42.18%，過濾風(fēng)速由原來的0.85m/min降至0.67m/min，袋籠全部更換成八爪型袋籠。更換成褶皺式布袋后，沉降空間增加了1500mm，增大了重力沉降效果，可以有效降低布袋除塵器阻力。

　　3.2.1對于噴吹壓力的選擇。

　　噴吹壓力同氣布比有關(guān).褶皺式除塵布袋最好用中低壓.如用普通閥門2.5米的除塵布袋0.3-0.5MPa左右就可以。褶皺式除塵布袋的有效內(nèi)徑很小,且同圓袋比,為不規(guī)則形狀,脈沖氣流不需要完全克服負壓就可以震掉濾餅,完成清灰，褶皺布袋中間有比較松的部分，噴吹時振動的幅度較大，容易清灰。另外褶皺較淺且中間的空間比較大，不會造成像濾筒清灰那樣的結(jié)塊。

　　3.2.2、除塵器的殼體在材料和體積上都有節(jié)省。

　　新建的除塵器如果采用同圓袋完全一樣的氣布比設(shè)計,箱體截面積可以減少65%,因此體積可以減少65%,因此材料可以有同樣的節(jié)省.噴吹管和脈沖閥的數(shù)量都相應(yīng)減少，設(shè)計時氣布比稍微低一些,比如過濾面積按增加50%來考慮,這樣用戶會體驗到比較長的布袋壽命, 較好的運行效果。

　　3.3、半干法脫硫后配套褶皺式布袋除塵器的特殊設(shè)計

　　1)氣布比的選取

　　常規(guī)半干法脫硫配套布袋除塵器氣布比較高，一般在0.75-0.80m/min之間，但在超凈排放中，由于布袋入口煙氣中含塵量極高、粉塵顆粒粘度、濕度非常大，使得布袋除塵器的過濾面積需要足夠大，才能達到較好的過濾效果。同時，為了增大細粉以及PM2.5的捕集效率，濾袋表面須覆蓋一定的粉塵層，清灰頻率不能過高。經(jīng)試驗，氣布比取值須在0.60～0.7m/min之間。

　　2)氣流上升速度的選取

　　布袋箱體內(nèi)的氣流上升速度是一個非常關(guān)鍵的控制參數(shù)。在設(shè)計過程中，須保證氣流的上升速度小于粉塵顆粒的沉降速度，如果氣流上升速度過大，則會造成濾袋清理下來的粉塵懸浮在半空中，甚至?xí)螉A帶到濾袋上，必然造成布袋除塵器的阻力居高不下，使得整個清灰系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。

　　3)濾料的選擇

　　超細面層梯度結(jié)構(gòu)濾料是針對日益嚴格的煙氣排放標準而開發(fā)的一種新型濾料，其主要分為四個部分組成，從上往下依次為：超細纖維層，細纖維層、基布和粗纖維層。傳統(tǒng)的濾料采用夾心層對稱結(jié)構(gòu)，即基布上下層纖維材料完全一樣，過濾方式為深層過濾;該濾料采用纖度/密度分級組合的梯度結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見圖1-3：表層過濾層由超細PPS纖維形成致密層，迎塵層填充密度梯度結(jié)構(gòu)，中層為高強低伸PTFE基布，里層與迎塵層形成纖度梯度結(jié)構(gòu)，易于空氣通過的粗孔層。超細纖維的線密度小，纖維直徑越細，透氣通道越致密，采用超細纖維制作的梯度結(jié)構(gòu)濾料孔徑更加細小，大幅度提高濾料的過濾精度，獲取更高的排放值。該梯度層狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計有利于濾餅形成，使濾料過濾精度高且保持較大的透氣量，提高粉塵的捕集效率，降低設(shè)備運行阻力。傳統(tǒng)的濾料采用面層、基布層和底層三層的夾心對稱結(jié)構(gòu)，通過針刺或者水刺作用形成緊密的濾料結(jié)構(gòu)，過濾方式多為深層過濾;在實際工作中，濾料過濾含塵煙氣時，粉塵粒子能夠進入濾料內(nèi)部，由于篩濾、碰撞、滯留、擴散、靜電等效應(yīng)細微粒易于堵塞纖維之間的孔隙，使得除塵器的阻力上升增加，粉塵殘留率較高，清灰頻率較頻繁。

　　圖1-1三種過濾方式示意圖

　　圖1-2傳統(tǒng)濾料與電袋梯度濾料梯度結(jié)構(gòu)對比圖

　　圖1-3超細面層梯度結(jié)構(gòu)

　　濾袋作為布袋除塵器的核心部件，有著舉足輕重的作用，濾料的選擇自然也成了重中之重。對于CFB鍋爐半干法脫硫后超凈排放選用超細面層梯度結(jié)構(gòu)濾料，梯度結(jié)構(gòu)濾料長期使用溫度為160℃，在溫度方面能夠滿足長期使用條件。梯度結(jié)構(gòu)濾料的常規(guī)性能測試顯示，完全滿足國家標準要求。電廠環(huán)境工況條件下氮硫含量較低，梯度結(jié)構(gòu)濾料能夠完全符合使用工況;針對梯度結(jié)構(gòu)濾料使用高效PTFE滲膜處理，提高其耐酸性、抗氧化腐蝕能力。采用梯度結(jié)構(gòu)濾料，濾料結(jié)構(gòu)層次分明，實現(xiàn)“類表面過濾”，能夠?qū)⒎蹓m有效截留在濾料表層，減少粉塵細微顆粒的滲入，大大提高了過濾精度，實現(xiàn)超凈超低排放要求，同時也保證了后期的使用設(shè)備的運行阻力穩(wěn)定。

　　4)預(yù)沉降室的設(shè)置

　　由于半干法脫硫塔出口的粉塵濃度要在1000-1200g/m3以上，粉塵濃度特別大。為了減輕濾袋的除塵負荷，須設(shè)置預(yù)沉降室。為了提高沉降室的除塵效率，須對沉降室做一些特除設(shè)計。如在箱體內(nèi)加裝百葉窗導(dǎo)流板，延長粉塵通行路程的同時，使粉塵在重力作用下逐漸沉降下來，或在箱體內(nèi)加裝“人”字形導(dǎo)流板，使氣流產(chǎn)生一些小股旋渦，粉塵受到離心力作用，與氣體分開，含塵氣體中的大顆粒粉塵發(fā)生自然沉降并經(jīng)導(dǎo)流系統(tǒng)分離后直接落入灰斗、其余粉塵在導(dǎo)流系統(tǒng)的引導(dǎo)下，隨氣流進入箱體過濾區(qū)。在布袋除塵器設(shè)計時可充分的利用此段，將其容積擴大，粉塵在此處的停留時間增大，提高預(yù)沉降室的除塵效率。同時，把布袋縮短1500mm，改變從布袋灰斗進氣的傳統(tǒng)方式，優(yōu)化為從布袋下箱體進氣的方式，如此一來，使得煙氣進入布袋除塵器后上升到濾袋有了一定的空間，也避免了布袋灰斗內(nèi)處于沸騰狀的存灰的二次揚塵。經(jīng)過如此優(yōu)化過的沉降室，預(yù)除塵效率可達到60～70%。

　　5)布風(fēng)系統(tǒng)的均勻性

　　超凈排放設(shè)計的布袋除塵器，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，室內(nèi)分為多個小袋室，袋室與袋室之間相互獨立，如此一來，各室的進風(fēng)均勻性至關(guān)重要，直接影響著布袋的除塵效果。為此，通過CFD數(shù)值模擬來驗證流場的均勻性，以下是布風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置前后的煙氣流場模擬對比圖。

　　未設(shè)進風(fēng)分配系統(tǒng)時的煙氣流場

　　設(shè)置進風(fēng)分配系統(tǒng)時的煙氣流場

　　通過流場分析，可以很清晰的發(fā)現(xiàn)，在未設(shè)置布風(fēng)分配系統(tǒng)的情況下，各個袋室的煙氣負荷極不均勻，靠近尾部的袋室煙氣負荷偏大，這樣必將導(dǎo)致尾部布袋室超負荷運行，氣布比和氣流上升速度都將嚴重超出設(shè)計值，導(dǎo)致室差壓過大，清灰過于頻繁，甚至無法正常清灰。在設(shè)置了布風(fēng)分配系統(tǒng)以后，可以發(fā)現(xiàn)，各個袋室的煙氣負荷較之前有了明顯的變化，煙氣分配也非常均勻，為清灰系統(tǒng)正常運行提供了有力的保障。

　　6)旁路系統(tǒng)的取消

　　常規(guī)的布袋除塵器一般設(shè)置內(nèi)置式旁路，當鍋爐爆管時，切換煙氣走向以保護布袋。但是在超凈排放系統(tǒng)中，布袋除塵器的旁路密封性及其重要，正常運行時，如果密封性不好，原煙氣極易泄露，對凈煙氣排放濃度造成影響，導(dǎo)致煙塵排放濃度超標，而旁路閥又很難做到零泄漏。與此同時，環(huán)保局已經(jīng)明文規(guī)定脫硫除塵系統(tǒng)不準設(shè)置任何旁路系統(tǒng)，為此在超凈排放的系統(tǒng)中，考慮取消內(nèi)置旁路系統(tǒng)，杜絕泄漏的一切可能性。

　　四、結(jié)論

　　在循環(huán)流化床鍋爐的半干法脫硫系統(tǒng)中，配套的布袋除塵器承擔著舉足輕重的作用，采用梯度濾料的褶皺式布袋除塵器對原有常規(guī)布袋除塵器進行優(yōu)化升級改造，方能滿足當下嚴格的粉塵排放標準。在加快空氣質(zhì)量改善和PM2.5治理問題解決的當下，具有很好的推廣意義。我們采用國內(nèi)獨特的超潔凈干法脫硫除塵一體化技術(shù)，該技術(shù)與濕法脫硫相比無視覺污染，更沒有低溫煙氣排放造成明顯的煙羽問題。同時配套更新煙氣在線監(jiān)測設(shè)備，于 2016年10月30日完成改造與省、市環(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了一次聯(lián)機試運、點火、并網(wǎng)成功。經(jīng)河南廣電計量檢測有限公司對二號鍋爐超低排放驗收監(jiān)測，在基準氧含量6%的條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物(含一氧化氮、二氧化氮)排放濃度分別不高于2毫克/立方米、15毫克/立方米、30毫克/立方米，達到了燃機排放水平。