電袋復(fù)合除塵器的濾料試驗與應(yīng)用
摘要:清灰周期與阻力是除塵器的主要技術(shù)性能指標(biāo)。本文研究了粉塵濃度及荷電粉塵對清灰周期與阻力的影響，總結(jié)了影響電袋復(fù)合除塵器性能的主要因素，介紹了電袋復(fù)合除塵器的應(yīng)用實例，并分析了電袋復(fù)合除塵器的適用性。
關(guān)鍵詞:電袋復(fù)合除塵器,清灰周期,殘余阻力
電除塵器在我國的電力行業(yè)已有數(shù)十年的應(yīng)用歷史。電除塵器的優(yōu)點是阻力小、設(shè)備經(jīng)久耐用；缺點是除塵效率受煤種的影響很大，尤其是現(xiàn)在燃煤電廠的煙氣粉塵排放要求在50mg/Nm3以下，除塵效率難以保證。
袋式除塵器是一種過濾式除塵設(shè)備。其突出的優(yōu)點是除塵效率高并且非常穩(wěn)定，不受煤種的影響，可保證出口粉塵濃度小于50mg/Nm3。我國的燃煤電廠原先大多采用電除塵器，但從2004年開始，國家對燃煤電廠煙氣采用了新的排放標(biāo)準，國內(nèi)目前已有很多電廠使用或準備使用袋式除塵器。
電袋復(fù)合除塵器是電除塵器與袋式除塵器的有機組合。它的基本設(shè)想是先由前級電場預(yù)收煙氣中70%以上的粉塵量，再由后級袋式除塵器捕集煙氣中殘余的細微粉塵。前級電場的預(yù)除塵降低了濾袋的粉塵負荷量，因而也降低了袋式除塵器阻力的上升速率。此外，同種電荷的荷電又使得粉餅層變得疏松，在相同的粉塵負荷下，帶有同種電荷的粉餅層阻力更小。電袋復(fù)合除塵器的共同作用使得濾袋的清灰周期變長，從而可以節(jié)省除塵器的清灰能耗、延長濾袋的使用壽命。但經(jīng)過電場后的煙氣不僅粉塵濃度發(fā)生了變化，而且由于顆粒較粗的粉塵容易被電場除去，所以到達袋式除塵區(qū)的平均粉塵粒徑也會變小，這會導(dǎo)致除塵器阻力的上升。也就是說，預(yù)除塵具有正反兩方面的作用。筆者在實驗室研究了粉塵濃度對濾料動態(tài)過濾特性的影響，以及電場的預(yù)除塵和荷電的綜合效應(yīng)，并介紹了電袋復(fù)合除塵器的應(yīng)用實例。
1 試驗
1.1 濾料的過濾性能測試
濾料的過濾性能主要指的是在過濾過程中濾料的阻力變化狀況及凈化效率。目前國際上最先進的濾料性能測試方法是將濾料置于含塵氣流中，模擬現(xiàn)場的工作條件，通過反復(fù)的過濾與清灰來測試濾料的過濾性能。
圖1是根據(jù)日本JIS標(biāo)準制造的濾料測試裝置[1]，利用該設(shè)備可以在連續(xù)的過濾與清灰過程中，測試濾料兩側(cè)的壓差變化狀況及凈化效率。
 |
測試裝置的主要流程如下：由供粉裝置定量給出的粉塵在粉塵分散器內(nèi)，與高速噴出的壓縮空氣混合形成粉塵濃度穩(wěn)定的含塵氣流。含塵氣流在真空泵的吸引下流經(jīng)濾料，絕大部分粉塵被捕集在被測濾料表面，透過濾料的粉塵則被下游的濾紙捕集。當(dāng)濾料兩側(cè)的壓差達到設(shè)定值時，壓縮空氣罐內(nèi)噴出高壓氣體，實施清灰過程。清灰時，逆止閥自動打開，以使塵氣通過過濾器外排。
圖 2 是試驗測得的濾料動態(tài)阻力特性曲線。從圖中可以看到，隨著時間的增加，由于濾料上粉塵的不斷堆積導(dǎo)致差壓的不斷增高。當(dāng)壓差達到1000Pa時開始清灰，隨著堆積在濾料上粉塵的剝離，壓差在瞬間從1000Pa降到了數(shù)十Pa。兩次清灰間的時間間隔稱之為清灰周期，清灰后剩余的壓差稱之為殘余阻力。隨著清灰次數(shù)的增加，殘余阻力會升高，清灰周期則會縮短。殘余阻力升高及清灰周期縮短的速度與濾料、粉塵的性質(zhì)及清灰效果等有很大的關(guān)系。
 |
1.2 粉塵濃度對濾料動態(tài)阻力的影響
與常規(guī)的袋式除塵器相比，在電袋復(fù)合除塵器中，由于通過電場的預(yù)除塵，粉塵的濃度大幅度減少，在其它所有試驗條件（濾料、粉塵、過濾速度、清灰壓力等）相同的情況下，本文研究了粉塵濃度對濾料動態(tài)阻力特性的影響。
試驗條件如表1所示。
 |
圖3、圖4給出了在9種不同的粉塵濃度條件下，100個過濾循環(huán)中平均的殘余阻力與清灰周期。從圖中可以看出，粉塵濃度不影響殘余阻力的變化，而清灰周期隨粉塵濃度降低而延長。即在電袋復(fù)合除塵器中，如果不考慮其它因素的影響，由于電場除去了大部分粉塵，則袋式除塵器的清灰周期將會大大延長。
1.3 粉塵的荷電對濾料動態(tài)阻力的影響
荷電粉塵的動態(tài)阻力測試在東北大學(xué)的實驗室進行。
試驗裝置如圖 5 所示，基本結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的試驗裝置，主要不同之處在于試驗裝置的豎直管道內(nèi)有一個高壓電場。試驗時，在高壓電場的作用下粉塵被荷電，一部分粉塵被吸附到管道的內(nèi)壁上并被去除，其余荷電粉塵隨氣流經(jīng)過置于水平段最前部的濾料而被捕集。荷電粉塵的試驗條件如表 2 所示。
|
|
圖6給出了在電場不加電壓和施加4kV與8kV電壓時，清灰周期的變化情況。在粉塵供應(yīng)量相同的條件下，電場的電壓越高，濾料的清灰周期就越長。這是由于電場的電壓越高，電場部分除去的粉塵也就越多，粉塵的荷電效應(yīng)也越明顯。所以較高的電場電壓有助于延長濾料的清灰周期。
 |
圖7給出了濾料上堆積相同的粉塵量時，荷電粉塵形成的粉餅層與未荷電粉餅層阻力的比較。從圖7中可以看到，在試驗條件下，經(jīng)8kV電場荷電后的粉餅層的阻力要比未荷電時低約25%。這個試驗結(jié)果既包含了粉塵的粒徑變化效應(yīng)，也包含了粉塵的荷電效應(yīng)。
在電袋復(fù)合除塵器中，通常電場除去的粉塵會達到80%左右，這就極大地延長了清灰周期。粉塵粒徑變化與荷電作用雖具有兩方面的效應(yīng)，但總的來說也有助于延長清灰周期，只不過它與粉塵濃度減小的效應(yīng)相比要小得多。所以通過上述試驗，可以認為，在電袋復(fù)合除塵器中，主要是因為進入袋式除塵區(qū)的粉塵濃度減小而使清灰周期得以大大延長。
2 電袋復(fù)合除塵器的應(yīng)用
2.1 電袋復(fù)合除塵器的型式
目前國內(nèi)外的電袋復(fù)合除塵器主要有兩種型式，一種為“前電后袋”方式，美國的COHPAC[2]屬于這一種類型。這種電袋復(fù)合除塵器的前部為電除塵器，后部為袋式除塵器。根據(jù)電除塵與袋除塵之間是否有煙道，又將其分為分體式（見圖8）與一體式（見圖9）兩種。另一種稱之為AHPC[3]的電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，含塵氣流通過多孔板狀的集塵極后再流向濾袋，目前國內(nèi)還未見到采用該電袋復(fù)合除塵器的工程應(yīng)用實例。
 |
目前國內(nèi)應(yīng)用的電袋復(fù)合除塵器基本為“前電后袋”方式。如浙江菲達公司現(xiàn)已有多臺分體式的電袋除塵器在投運，其中最大的為廣州玖龍紙業(yè)的210MW機組。一體式的有內(nèi)蒙古包頭第二熱電廠200MW機組、湖南石門電廠300MW機組及安徽田家庵300MW機組配套的電袋復(fù)合除塵器等。2008年10月，浙江菲達公司取得了印度JHARSUGUDA電廠3×660MW機組的配套電袋除塵器的合同，這是目前世界上配套裝機容量最大的電袋復(fù)合除塵器，其中的袋式除塵器也是國內(nèi)廠家所承建的最大的袋式除塵器。
2.2 電袋復(fù)合除塵器的應(yīng)用實例
內(nèi)蒙古包頭第二熱電廠的200MW煤粉爐，該系統(tǒng)的脫硫采用NID半干法，除塵采用4電場電除塵器。由于排放標(biāo)準的提高，原有電除塵器已不能滿足需要，2007年對其進行了改造，2008年1月，改造后的電袋復(fù)合除塵器投運。
電除塵器的改造方案為：保留原電除塵器的前2個電場、殼體與灰斗，將后兩個電場改為袋式除塵器（見圖10），電除塵器與袋式除塵器之間布置有氣流分布裝置。除塵系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)（脫硫工況）為：入口風(fēng)量160萬m3/h；煙氣溫度80℃；粉塵濃度1500g/Nm3；過濾面積為25,000m2；濾料為PPS針刺氈，PTFE浸漬處理。
 |
2008年9月，該除塵器由內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境檢測中心站組織測試，在除塵器入口粉塵濃度高達1500g/Nm3的情況下，粉塵排放濃度僅為20.6mg/Nm3。而此時除塵器的阻力小于1500Pa，清灰周期在2小時以上。之所以在這樣高濃度的粉塵下，電袋復(fù)合除塵器還是保持了很好的性能，一方面是因為在袋式除塵器前面保留了2個電場，使得脫硫后的高濃度粉塵在進入袋式除塵時減少了90%以上；另一方面，合理的氣流分布設(shè)計與高效率的清灰系統(tǒng)也是保證除塵器性能的必要條件。
3 結(jié)語
電袋復(fù)合除塵器的優(yōu)點在于濾袋的粉塵負荷量降低后，只要過濾速度選得合適，系統(tǒng)阻力可以降低，清灰周期也可延長。在國內(nèi)一些企業(yè)設(shè)計的電袋復(fù)合除塵器上都能體現(xiàn)出這些優(yōu)點。近年來我國在一些老電廠的改造項目中采用了電袋復(fù)合除塵器，新電廠的建設(shè)有的也采用了電袋復(fù)合除塵器。
相對于袋式除塵器而言，就設(shè)備費用來說，電袋復(fù)合除塵器增加了電除塵部分，但可通過適當(dāng)提高袋式除塵器的過濾速度從而在一定程度上予以彌補。如果是電除塵器改造項目，由于可以保留原有電除塵器的一部分作預(yù)除塵，電袋復(fù)合除塵器的設(shè)備費用就顯得更低。如果是新上項目，那就要取決于電袋復(fù)合除塵器中袋式除塵器的過濾速度。
從國外的經(jīng)驗看，電袋復(fù)合除塵器的過濾速度在逐年降低，如在最近（2000年）的1個項目中過濾速度取為1.8m/min。但須要注意的一點是：這個過濾速度的前提條件是極低的入口粉塵濃度（＜1g/Nm3）及較高的阻力設(shè)計值（將近2000Pa）。
在前置的電除塵器正常工作時，電袋復(fù)合除塵器都表現(xiàn)出比電除塵器或袋式除塵器更好的技術(shù)性能。但目前國內(nèi)的電袋復(fù)合除塵器的設(shè)計過濾速度一般在1.2m/min左右，在這樣的濾速下，無論是設(shè)備費用或是運行費用，相對于袋式除塵器而言，電袋復(fù)合除塵器都很難體現(xiàn)出優(yōu)勢。因此提高電袋復(fù)合除塵器中的過濾速度，是降低電袋復(fù)合除塵器成本的一個主要途徑。但在不增加清灰頻率的前提下提高過濾速度，設(shè)備的阻力必然會加大。在電袋復(fù)合除塵器的設(shè)備成本與設(shè)備性能之間，如何掌握一個合適的平衡點是今后需要解決的一個課題。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
