生物質(zhì)電廠除塵器的選型研究段玉燕廣東省電力設(shè)計(jì)研究院,廣州,510663)摘要:本文結(jié)合除塵器的工作原理和分類特點(diǎn),明確了生物質(zhì)電廠除塵罨的型式選擇,并結(jié)合生物質(zhì)電廠煙氣和飛灰的特點(diǎn),提出了生物質(zhì)電廠除塵器選型設(shè)計(jì)時(shí)需要特別關(guān)注的注意事項(xiàng),在此基礎(chǔ)上提出了生物質(zhì)電廠除塵器選型設(shè)計(jì)的意見(jiàn)和建議,相關(guān)結(jié)論可為后續(xù)同類工程提供專業(yè)的指導(dǎo)和建議關(guān)鍵詞:生物質(zhì)電廠;除塵器;設(shè)計(jì)選型Research on Design and Selectionof dust Collector for biomass power plantAbstract: On combining with principle characteristics and classification of dust catcher, this paperidentifies the type of dust collector in biomass power plant. Binding characteristics of flue gas andfly ash from biomass power plant, that selection and design considerations for dust collector inbiomass power plants requires special attention is proposed. In sum, comments and suggestions ondesign and selection of dust collector for biomass power plant are made, and related conclusionswill provide expert advice and guidance to analogous projects laterKeywords: biomass power plant; dust collector; design and selection中圖分類號(hào):TM925.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)0引言目前,我國(guó)生物質(zhì)資源可轉(zhuǎn)換為能源的潛力約5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,今后隨著造林面積的擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)換為能源的潛力可達(dá)10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤;根據(jù)《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》,到2020年,全國(guó)生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到3000萬(wàn)千瓦。隨著社會(huì)和科技的迅速發(fā)展,人民生活水平的不斷提髙,對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求也日益嚴(yán)格。本文結(jié)合除塵器的工作原理和分類特點(diǎn),結(jié)合生物質(zhì)電廠煙氣和飛灰的特點(diǎn),提出了生物質(zhì)電廠除塵器選型設(shè)計(jì)時(shí)需要特別關(guān)注的注意事項(xiàng),在此基礎(chǔ)上提出了生物質(zhì)電廠除塵器選型設(shè)計(jì)的意見(jiàn)和建議,相關(guān)結(jié)論可為后續(xù)同類工程提供專業(yè)的指導(dǎo)和建議。1除塵器的工作機(jī)理和分類11除塵器的工作機(jī)理除塵設(shè)備是生物質(zhì)電廠的重要設(shè)備,通過(guò)物理方式把大部分粉塵從煙氣中分離出來(lái),減少煙氣中的粉塵濃度,以達(dá)到減小排放煙氣含塵量滿足環(huán)保要求、減小除塵器下游的設(shè)備磨損、捕集粉塵并回收進(jìn)行綜合利用等目的;其中達(dá)到環(huán)保排放要求及減小下游設(shè)備(主要是引風(fēng)機(jī))的磨損是電廠設(shè)置除塵器的主要目的。除塵的機(jī)理包括重力分離、離心力慣性分離、碰撞慣性分離、接觸阻留、靜電力驅(qū)動(dòng)、凝聚等幾類,不同的粉塵特性適用于不同的除塵機(jī)理,除塵設(shè)備主要利用一種或者多種除塵機(jī)理進(jìn)行除塵,以達(dá)到理想效果中國(guó)煤化工12除塵器的分類及主要特點(diǎn)CNMHG段玉燕:1983年—,女,工程師,浙江大學(xué)碩士研究生,熱能與動(dòng)力工程專業(yè),從事電力設(shè)計(jì)、新能源利用研究等工作除塵器按照結(jié)構(gòu)型式區(qū)分主要有機(jī)械式、水膜式、靜電式、過(guò)濾式等幾大類型。幾種類型除塵器的主要特點(diǎn)如表1表1除塵設(shè)備主要類型和技術(shù)特點(diǎn)類型機(jī)械式除塵器水膜式除塵器靜電除塵器布袋除塵器根據(jù)粉塵和氣體的采用慣性分離大顆粒/采用高壓電離,使粉塵采用孔徑比粉塵小原理/動(dòng)量不同,利用慣粉塵,細(xì)顆粒粉塵/荷電,在靜電場(chǎng)的作用的濾料,使煙氣通過(guò)工作性原理進(jìn)行分離水膜碰撞并被吸附下粉塵向極板運(yùn)動(dòng)并而粉塵碰撞濾料的被極板吸附纖維被攔截下來(lái)效率高,最高可達(dá)到效率高,最高可達(dá)到主要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維護(hù)少結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,維護(hù)/998%999%以上;優(yōu)點(diǎn)大型化容易,而且能耐粉塵適應(yīng)性好,性能定高溫,煙氣側(cè)流通較穩(wěn)定阻力較小主要效率低,一般不超效率低,一般不超過(guò)耗鋼材量較大,造價(jià)較結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,維護(hù)工90%,除塵后煙氣含高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,部分比作較大,濾袋不能承過(guò)70%,只適合分缺點(diǎn)離粗顆粒粉塵水分較高,容易對(duì)下電阻特殊的粉塵不適受高溫,流通阻力較游設(shè)備產(chǎn)生腐蝕合使用大排煙100mg/m3濃度較高50mg/30mgm3以下冶金、化工等工藝對(duì)排放要求不高的地適合大型化,排放要求適合大型化,排放要區(qū)適用,電力行業(yè)已高的火力發(fā)電廠,但少求高的火力發(fā)電廠適用流程中原料的初步范圍分選,電站鍋爐很淘汰,較早容量在部分粉塵收塵效果不基本不受粉塵特性130h以下的蔗渣爐理想,最大單機(jī)容量達(dá)影響,最大單機(jī)容量少單獨(dú)采用有一定的應(yīng)用到1000MW等級(jí)達(dá)到300MW等級(jí)為滿足國(guó)家和地區(qū)現(xiàn)行環(huán)保要求,目前電站機(jī)組使用的除塵設(shè)備主要有靜電式除塵器和濾袋式除塵器兩種。這兩種除塵器通過(guò)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)消化吸收,目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成自主設(shè)計(jì)制造能力13主要型式除塵器的工作原理(1)靜電除塵器靜電除塵器的除塵原理是通過(guò)電極在煙氣中放電,使粉塵荷上電荷,并且在電場(chǎng)力的作用下向電極移動(dòng),被集塵極捕獲并收集。在靜電除塵器殼體內(nèi)設(shè)有很多組陰極線和與之對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極板,給陰、陽(yáng)極施加高壓直流電,陰極(放電極)附近空氣被電離,形成電暈。電暈區(qū)的范圍較小,正離子很快流向放電極,電子則擴(kuò)散到電暈外區(qū)域。煙氣流過(guò)電極區(qū)間時(shí),大部分粉塵帶上負(fù)極性,在電場(chǎng)力的作用下向陽(yáng)極板(收塵極)移動(dòng),與陽(yáng)極板接觸后放出電荷,通過(guò)振打落入灰斗。(2)布袋除塵器布袋式除塵器是一種干式的高效除塵器,它利用纖維織物的過(guò)濾作用,通過(guò)篩濾、碰撞慣性分離、接觸等方式進(jìn)行除塵,效率高達(dá)99%以上,且效V中國(guó)煤化工響,與靜電除塵器相比,袋式除塵器能更好地捕捉超微細(xì)顆粒CNMHG段玉燕:1983年—,女,工程師,浙江大學(xué)碩士研究生,熱能與動(dòng)力工程專業(yè),從事電力設(shè)計(jì)、新能源利用研究等工作布袋除塵器的除塵效率是變化的,新濾袋由于網(wǎng)眼較大,在運(yùn)行初期除塵效率不是最高,隨著濾袋上的粉塵層增加,粉塵填充了一部分網(wǎng)眼間隙,除塵效率逐步提高。當(dāng)粉塵積累到定厚度時(shí)候,濾袋的空隙太小,氣流通過(guò)時(shí)候阻力迅速上升,氣流通過(guò)空隙時(shí)候流速增加會(huì)帶走一部分粉塵,此時(shí)應(yīng)對(duì)濾袋進(jìn)行清灰,以降低阻力和保證除塵效率2生物質(zhì)電廠除塵器的選擇生物質(zhì)燃料的灰分較低,對(duì)除塵器效率的要求不高,除塵器效率達(dá)到99.7%左右即可滿足環(huán)保要求,一般靜電除塵器和布袋除塵器在燃煤電廠上都能輕松地達(dá)到。但實(shí)際上,目前已經(jīng)投運(yùn)和正在建設(shè)的生物質(zhì)電廠除塵器幾乎都是采用了布袋除塵器21技術(shù)原理原先的行業(yè)觀念認(rèn)為生物質(zhì)灰的比電阻超過(guò)了靜電除塵器的最佳適用范圍(10-l0g2cm),但從一些實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)看,在常規(guī)的鍋爐排煙溫度(120~150℃)時(shí),生物質(zhì)灰比電阻在108-101g2cm之間,非常適合采用靜電除塵器從除塵器的收塵機(jī)理上分析,除了灰比電阻外,粉塵的顆粒度、粘接性和比重對(duì)靜電除塵器效果也有較大影響:粗顆粒的粉塵受到的重力和電場(chǎng)的靜電力遠(yuǎn)大于煙氣的流體粘性力,因此較容易被靜電除塵器收集,在壁板振打時(shí)候大部分在重力作用下落入灰斗,而較細(xì)的粉塵受煙氣流體的粘性力大于電場(chǎng)施加的靜電力,很難被靜電除塵器收集,即使被收集后極板振打造成的二次揚(yáng)塵細(xì)粉塵更容易重新逃逸到煙氣中;若灰的粘接性強(qiáng),灰顆粒被吸附到極板上后相互粘接,需要采用更大的振打力才能落入灰斗,但若加大振打力,二次揚(yáng)塵會(huì)加重;灰的比重輕,振打時(shí)二次揚(yáng)塵同樣會(huì)很嚴(yán)重。所以雖然灰比電阻適合采用靜電除塵器但是生物質(zhì)灰的特點(diǎn)是顆粒度小、粘接性大、比重輕,非常不利于靜電除塵器的收塵。而布袋除塵器采用的是過(guò)濾的原理,灰塵附上濾袋后,即使在清灰時(shí)出現(xiàn)揚(yáng)塵,也會(huì)留在濾袋上游,還會(huì)再次被濾袋收集,不會(huì)出現(xiàn)類似于靜電除塵器二次揚(yáng)塵會(huì)隨煙氣流向下一級(jí)電場(chǎng)甚至逃出除塵器的情況,因此收塵效果較好。22應(yīng)用業(yè)績(jī)經(jīng)與除塵器設(shè)備廠家交流,生物質(zhì)電廠普遍未采用靜電除塵器,除了技術(shù)原因外,與其裝機(jī)規(guī)模有很大的關(guān)系。國(guó)內(nèi)配套電站鍋爐的靜電除塵器廠家只有幾家,其供應(yīng)的設(shè)備主要面向大中性機(jī)組(300MW及以上),技術(shù)方案優(yōu)化的重點(diǎn),更多地放在提高大容量燃煤機(jī)組的除塵效率以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求,以及降低運(yùn)行電耗上。生物質(zhì)電廠單機(jī)容量都在50MW等級(jí)以下,絕大部分都是15MW和25MW等級(jí),除塵器設(shè)備投資價(jià)格低,國(guó)內(nèi)靜電除塵器設(shè)備制造廠對(duì)其興趣一直都不是很大,也基本沒(méi)有去做這方面的技術(shù)研究和市場(chǎng)開(kāi)發(fā),可以說(shuō)是主動(dòng)放棄這部分市場(chǎng),這種現(xiàn)象,與目前國(guó)內(nèi)幾個(gè)大的鍋爐制造商都沒(méi)有涉足生物質(zhì)鍋爐領(lǐng)域較為相似因此,從技術(shù)原理和應(yīng)用業(yè)績(jī)上分析,生物質(zhì)電廠適合采用布袋除塵器3生物質(zhì)電廠布袋除塵器設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題生物質(zhì)電廠布袋除塵器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行,與常規(guī)燃煤電廠相似,但由于生物質(zhì)電廠鍋爐運(yùn)行灰成分和煙氣參數(shù)的特點(diǎn),除了需要注意避兔超溫?zé)鼞?yīng)設(shè)YH中國(guó)煤化工路、注意保溫及防漏風(fēng)措施以免結(jié)露、合理設(shè)置吹掃空氣點(diǎn)及吹灰CNMHG塵器段玉燕:1983年—,女,工程師,浙江大學(xué)碩士研究生,熱能與動(dòng)力工程專業(yè),從事電力設(shè)計(jì)、新能源利用研究等工作設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)也有一些不同,需要予以重點(diǎn)關(guān)注。3.1濾料的選擇濾料作為袋式除塵器的核心部件之一,其發(fā)展及應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。在選擇濾料之前,首先必須掌握鍋爐的工作特性、煤質(zhì)指標(biāo)、煙氣參數(shù)的詳細(xì)資料;濾料的理化性能方面應(yīng)保證濾料滿足生產(chǎn)條件和除塵工藝的一般要求和特殊要求,例如滿足煙氣溫度、濕度以及抗酸堿腐蝕、耐氧化水解方面的要求;濾料的杋械性能方面要保證濾料有一定的抗拉伸強(qiáng)度和剛度,以及耐磨性,確保濾料一定的使用壽命;從濾料的過(guò)濾性能來(lái)看,過(guò)濾效率應(yīng)能夠達(dá)到國(guó)家煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)要求,盡量選擇高效低阻濾料,降低運(yùn)行阻力,減小能耗。濾袋材質(zhì)的選擇是否合理直接影響布袋除塵器的除塵效果、運(yùn)行適應(yīng)性和設(shè)備壽命。電站鍋爐的排煙溫度一般在120~180°C之間,使用較多的材質(zhì)及主要特點(diǎn)如下(1)PPS(聚苯硫醚耐酸、耐堿、耐水性能都較好,其連續(xù)使用溫度為170℃,最高使用溫度為190℃2,但在200℃以上便會(huì)發(fā)生熱縮現(xiàn)象,耐氧化性差,在高溫時(shí)變硬且伴有不同程度的老化。(2)P84(聚亞酰胺)耐高溫性能好,可達(dá)200℃左右,瞬時(shí)耐溫260℃,同時(shí)具有優(yōu)良的耐酸性和良好的耐堿性,并且因纖維不規(guī)則的截面,其表面過(guò)濾效果佳,且清灰效果好;其缺點(diǎn)是水解穩(wěn)定性差,容易水解老化。(3)PTFE(聚四氟乙烯)商品名特氟龍,表面化學(xué)穩(wěn)定性較好,耐高溫,具有良好的清灰效果,其抗氧化、抗酸堿腐蝕能力也很強(qiáng),具有全面最優(yōu)綜合性能,但是抗拉、耐磨、耐折性較差,并且價(jià)格較髙(4) Nomex(芳綸)濾料耐溫204~240℃,機(jī)楲強(qiáng)度高、耐磨、耐折性好,對(duì)弱酸及弱堿具有非常好的抵抗力,但在髙溫?zé)煔庵?如水分含量較大,且含較多酸堿廢氣及雜質(zhì),如硫氧化物、氮氧化物、鹽酸、氫氧化鈣等,這些酸堿廢氣及雜質(zhì)將會(huì)加速布的水解,尤其當(dāng)整個(gè)集塵室處于酸堿露點(diǎn)下,此水解破壞效應(yīng)更為嚴(yán)重4。(5)玻璃纖維是傳統(tǒng)的耐高溫?zé)o機(jī)濾料,耐溫可達(dá)260℃,但是其耐折、耐磨性能較差,在高過(guò)濾風(fēng)速下,濾料壽命大幅度降低5,當(dāng)前較少單獨(dú)使用在電站鍋爐。生物質(zhì)電廠鍋爐排煙溫度較一般的燃煤電廠要高,多在140~-150℃,煙氣濕度大,且可能含有HCl氣體,濾袋材質(zhì)可采用PPS;但從實(shí)際運(yùn)行情況看,由于生物質(zhì)電廠燃料水分不易控制,經(jīng)常使用一些髙水分的燃料,鍋爐運(yùn)行排煙溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值,達(dá)到160℃甚至更高,雖然PPS濾袋也能適應(yīng),但長(zhǎng)期下來(lái),濾袋壽命得不到保證,需要經(jīng)常更換。目前生物質(zhì)電廠除塵器濾袋多采用復(fù)合型材質(zhì),即PTFE基布+PPS纖維針刺布,外加PTFE浸漬覆膜,充分利用了PTFE材質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性較好、耐高溫的特點(diǎn),又可以有效控制設(shè)備投資,建議優(yōu)先選用,并在運(yùn)行時(shí)嚴(yán)格控制鍋爐排煙溫度以延長(zhǎng)濾袋適用壽命,建議長(zhǎng)期排煙溫度不超過(guò)150℃,瞬時(shí)不超過(guò)170℃。3.2過(guò)濾風(fēng)速過(guò)濾風(fēng)速是影響布袋除塵器性能的主要設(shè)計(jì)參數(shù)之一:過(guò)中國(guó)煤化工交小節(jié)省設(shè)備投資;過(guò)濾風(fēng)速低,煙塵容易被捕捉,清灰時(shí)不容易HCNMHG器運(yùn)段玉燕:1983年—,女,工程師,浙江大學(xué)碩士研究生,熱能與動(dòng)力工程專業(yè),從事電力設(shè)計(jì)、新能源利用研究等工作行阻力較低,因此,設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮,選定合理的過(guò)濾風(fēng)速。相對(duì)于燃煤電廠,生物質(zhì)電廠飛灰比重較輕,為了保證良好的除塵效率,過(guò)濾風(fēng)速一般較燃煤電廠低,大多在0.9m/min。33預(yù)除塵裝置國(guó)內(nèi)有些生物質(zhì)電廠在常規(guī)布袋除塵器前設(shè)置一套預(yù)除塵裝置,一般采用旋風(fēng)式除塵器,主要是為了防止鍋爐排煙中夾帶少量未燃燼的火星顆粒進(jìn)入布袋除塵器后燒壞布袋,另外也可以清除煙氣中較大的顆粒,減輕對(duì)布袋的機(jī)械磨損。關(guān)于布袋除塵器前是否需要設(shè)置旋風(fēng)式除塵器,不同的除塵器廠家意見(jiàn)有所不同。實(shí)際上,應(yīng)該從鍋爐爐型及燃燒角度進(jìn)行分析:對(duì)于爐排鍋爐,入爐的燃料尺寸相對(duì)較大,燃料不容易完全燃燒,飛灰含碳量相對(duì)較髙,一部分未燃燼的燃料攜帶火星通過(guò)排煙進(jìn)入布袋除塵器,燒壞濾袋;而對(duì)于CFB鍋爐,一方面,進(jìn)λ鍋爐的燃料尺寸相對(duì)較小,燃燒較完全,另一方面,CFB鍋爐本身就已經(jīng)帶有高效率的旋風(fēng)分離器,其對(duì)固體顆粒的分離原理與旋風(fēng)式除塵器相同,且分離效率要高出很多,可以達(dá)到99.5%,絕大部分大尺寸的固體顆粒包括火星都能被捕捉下來(lái)重新進(jìn)入爐膛燃燒或者通過(guò)鍋爐灰渣方式排出,極少會(huì)被煙氣中攜帶;除此之外,若在布袋除塵器前設(shè)置預(yù)除塵裝置,雖然可以有效地減少“燒袋”的現(xiàn)象,但會(huì)對(duì)電廠的投資和運(yùn)行帶來(lái)增加占地和投資、增加運(yùn)行電耗和廠用電率等一定的不利因素因此,對(duì)于爐排爐,建議設(shè)置預(yù)除塵裝置,對(duì)于CFB鍋爐,可以不用設(shè)置,4生物質(zhì)電廠除塵器設(shè)計(jì)選型意見(jiàn)和建議(1)除塵器采用布袋除塵器;(2)煙氣過(guò)濾風(fēng)速大多在0.9m/min3)對(duì)于爐排鍋爐,建議設(shè)置預(yù)除塵裝置,主要用于保護(hù)布袋除塵器;對(duì)于CFB鍋爐,可不設(shè)置預(yù)除塵裝置4)根據(jù)生物質(zhì)電廠排煙溫度選擇濾料,由于通常排煙溫度較髙,建議采用復(fù)合型材質(zhì),即PTFE基布+PPS纖維針刺布,外加PTFE浸漬覆參考文獻(xiàn)[1]張殿印.除塵技術(shù)手冊(cè).北京:冶金工業(yè)出版社,2002[2]包林初PPS( Ryton)針刺濾料的研制和應(yīng)用,產(chǎn)業(yè)用紡織品,2002,20(1):1822[3] Griesser H.P284聚酰亞胺纖維在非制造業(yè)的應(yīng)用見(jiàn) SINCE99論文集,上海:CNTA,199[4]宋麗貞.耐高溫針刺非制造布濾料.產(chǎn)業(yè)用紡織品,2000,18(5):12155]周維真.幾種玻纖濾料的特性以及正確合理的應(yīng)用.玻璃纖維,200,(4):1622中國(guó)煤化工CNMHG段玉燕:1983年—,女,工程師,浙江大學(xué)碩士研究生,熱能與動(dòng)力工程專業(yè),從事電力設(shè)計(jì)、新能源利用研究等工作