電袋復(fù)合除塵器在燃煤鍋爐大型機組上的應(yīng)用

修海明，朱召平，鄧曉東，肖德貴

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 前言

電袋復(fù)合除塵器是通過對電除塵、袋除塵技術(shù)深入分析后，開發(fā)的一種高效除塵設(shè)備。國內(nèi)從九十年代中期開始研究，2004年，電袋復(fù)合除塵器首次在燃煤鍋爐行業(yè)取得成功應(yīng)用[1]。應(yīng)用以來，電袋復(fù)合除塵器以其高效、低阻、節(jié)能等優(yōu)異性能，得到了快速發(fā)展，短短5年內(nèi)就突破了在100MW、200MW、300MW、600MW機組上的應(yīng)用。電袋復(fù)合除塵器的快速推廣和可靠使用，為開發(fā)1000MW特大型電袋復(fù)合除塵器奠定了基礎(chǔ)。

2 工藝條件

2.1 鍋爐參數(shù)

鍋爐型式為超超臨界參數(shù)、變壓直流爐；最大連續(xù)蒸發(fā)量3100t/h；燃燒器型式為直流式，四角切向燃燒；空氣預(yù)熱器型式為三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

2.2 煤質(zhì)、灰分、煙氣分析

煤質(zhì)參數(shù)見表1，灰分參數(shù)見表2，煙氣參數(shù)見表3。

2.3 性能要求

除塵器出口粉塵濃度≤30mg/Nm3；設(shè)備阻力＜1100Pa；本體漏風(fēng)率＜1.5%；年可用小時數(shù)＞8000h。

3 設(shè)計選型

根據(jù)該工程低排放、低阻力、高可靠性的要求，選用電袋復(fù)合除塵方案。每臺爐配兩臺電袋復(fù)合除塵器，每臺除塵器設(shè)3個進口煙道和出口煙道。電場區(qū)沿?zé)煔夥较蛟O(shè)2個電場，垂直煙氣方向分6個室；濾袋區(qū)共設(shè)置24個凈氣分室，其中沿?zé)煔夥较虿贾?個分室，垂直煙氣方向設(shè)12個分室。總體布置如圖1所示。

圖1 總體布置圖

表1 煤質(zhì)參數(shù)

表2 灰分參數(shù)

表3 煙氣參數(shù)

3.1 工藝流程

鍋爐煙氣從空氣預(yù)熱器出來后，分3路進入單臺除塵器，除塵器內(nèi)部3個通道用隔墻分隔開，是完全獨立的。煙氣首先經(jīng)過進口喇叭（內(nèi)含氣流分布板），在氣流分布板的作用下，均勻進入電場區(qū)；煙氣中的大部分粉塵在電場區(qū)被捕集，少量荷電粉塵隨煙氣進入濾袋區(qū)，并被濾袋攔截在外表面上；被電極和濾袋捕集的粉塵通過清灰落入灰斗中，干凈煙氣則穿過濾袋進入凈氣室，通過提升閥，匯入到出口煙道中。

除塵器每個通道進口設(shè)風(fēng)門，出口設(shè)提升閥，可以實現(xiàn)單個通道的隔離檢修。另外，電場區(qū)上部設(shè)置旁路煙道，鍋爐點爐燒油或煙溫超限時，可以打開旁路閥，關(guān)閉提升閥，從而有效保護濾袋。

3.2 技術(shù)參數(shù)（見表4）

表4 技術(shù)參數(shù)

3.3 關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)難點

1000MW機組的處理煙氣量大，進入除塵器的煙氣通道較多，除塵器內(nèi)部電區(qū)、袋區(qū)混合布置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。大型電袋復(fù)合除塵器的氣流分布包括兩部分內(nèi)容，即除塵器各通道的流量分配均勻和除塵器內(nèi)部的氣流合理。該項目煙氣從空氣預(yù)熱器出來后分3個通道進入除塵器（見圖2），為了保證除塵器各通道的處理負荷基本均勻，必須通過調(diào)節(jié)措施使各通道的流量分配基本一致。電袋復(fù)合除塵器內(nèi)部既有電場區(qū)又有濾袋區(qū)，濾袋區(qū)分為24個分室，因此除塵器內(nèi)部的氣流既要保證電場區(qū)的氣流分布均勻，又要保證濾袋區(qū)的氣流組織合理。因此，實現(xiàn)大型電袋復(fù)合除塵器的氣流合理分布是一個技術(shù)難點。

圖2 工藝流程圖

大型電袋復(fù)合除塵器的濾袋數(shù)量多，脈沖閥數(shù)量多，脈沖閥和清灰氣包的布置占用了濾袋區(qū)大量的空間，造成濾袋區(qū)空間利用率低，占地面積大。必須通過改進清灰技術(shù)、提高單個脈沖閥的噴吹能力、減少脈沖閥數(shù)量，才能精簡濾袋區(qū)結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備成本，提高競爭力。因此，設(shè)備大型化后如何提高袋區(qū)的清灰系統(tǒng)也是一個技術(shù)難點。

3.4 解決措施

（1）開發(fā)大口徑脈沖閥結(jié)合長濾袋噴吹清灰技術(shù)

根據(jù)調(diào)研，目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的行噴吹脈沖閥規(guī)格最大為3英寸。通過在全尺寸噴吹試驗臺上對噴吹清灰機理進行研究后揭示了“氣泡”清灰機理，而且發(fā)現(xiàn)，脈沖閥的清灰性能受濾袋長度影響較小，卻對濾袋數(shù)量變化敏感。因此得出結(jié)論，對于行噴吹脈沖閥，其清灰能力不能按噴吹面積，而應(yīng)該用單個閥噴吹特定濾袋的數(shù)量來表征。對于該項目使用的針刺氈濾袋，試驗表明3英寸脈沖閥最多能噴吹8.25米長濾袋17～18條。若采用3英寸脈沖閥，需要1000多個閥，而且會造成袋區(qū)非對稱布置，氣流難以合理分布，顯然無法適應(yīng)大型電袋復(fù)合除塵器的要求。因此，開發(fā)更大口徑的脈沖閥清灰技術(shù)是唯一的出路。企業(yè)通過與脈沖閥生產(chǎn)公司合作，現(xiàn)已成功開發(fā)出4英寸脈沖閥噴吹系統(tǒng)，實現(xiàn)單個閥噴吹25～30條濾袋。對于1000MW機組，采用4英寸脈沖閥與常規(guī)3英寸脈沖閥相比，脈沖閥數(shù)量減少30%以上，袋區(qū)占地面積減少7.5%以上，而且袋區(qū)結(jié)構(gòu)完成對稱，氣流順暢。

（2）采用物理模型試驗 + CFD（計算流體力學(xué)）數(shù)值模擬技術(shù)，獲得合理的氣流分布和氣流組織

項目工程方在實驗室建了一個1 ∶ 14縮小的物理模型（見圖3），模型包括除塵器本體、進出口煙道、風(fēng)機系統(tǒng)。模型建成后，開展氣流分布的各項試驗。同時，與高校合作同步開展模型的CFD數(shù)值模擬計算（見圖4），并把計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果進行比對，對邊界條件和參數(shù)（孔板、濾袋等）進行修正和完善。完成上述鋪墊后，開展了本項目1 ∶ 1全尺寸電袋復(fù)合除塵器CFD數(shù)值模擬計算（見圖5、圖6）。

圖3 1 ： 14物理模型

圖4 CFD建模

圖5 進口煙道的速度云圖

圖6 袋區(qū)入口的速度云圖

通過以上主要措施，獲得了合理的氣流分布和氣流組織，具體如下：

1） 在進口煙道設(shè)置導(dǎo)流板，實現(xiàn)進入除塵器各通道的流量偏差小于5%。

2） 通過調(diào)節(jié)進口喇叭氣流分布板結(jié)構(gòu)（導(dǎo)流板和開孔率），實現(xiàn)進入除塵器電場區(qū)的氣流速度相對均方根差值小于0.25。

3） 袋區(qū)的氣流組織合理。采用“三維”進風(fēng)方式（見圖5），氣流通過濾袋正面、側(cè)面和下部進入濾袋區(qū)，通過調(diào)節(jié)這三部分進風(fēng)量分配，使袋區(qū)風(fēng)速分布均勻，消除局部沖刷。同時，上升速度控制在合理范圍，減少袋區(qū)清灰時的二次吸附。

4） 通過設(shè)置阻流板、改變提升閥孔徑和提升高度，使袋區(qū)的氣流分布均勻，各袋室的流量偏差小于5%，每個袋室內(nèi)的各濾袋處理氣量基本一致，流量相對均方根差值小于0.2。

4 設(shè)備使用情況

該項目從2010年10月開始施工， 3#爐、4#爐分別于2012年3月和2012年7月成功通過“168”運行。投運以來，設(shè)備運行穩(wěn)定、可靠。2012年11月，西安熱工研究院對4#機組電袋復(fù)合除塵器熱態(tài)性能進行考核試驗[2]，各項性能指標(biāo)均達到設(shè)計要求（見表5）。

表5 測試數(shù)據(jù)

為了驗證氣流分布設(shè)計的實際效果，工程方對測試報告中除塵器各通道的流量進行了統(tǒng)計和分析（見表6）。計算結(jié)果表明，流量偏差均小于5%，滿足設(shè)計要求。說明該項目的氣流分布是合理的。

表6 流量偏差統(tǒng)計

5 結(jié)論

世界上首臺1000MW機組電袋復(fù)合除塵器的成功投運，對電袋除塵技術(shù)的發(fā)展具有里程碑意義，其標(biāo)志電袋除塵技術(shù)在特大型機組上的應(yīng)用已經(jīng)成熟。電袋復(fù)合除塵技術(shù)作為新一代高效除塵技術(shù)，在很短的時間內(nèi)取得了蓬勃發(fā)展，并實現(xiàn)了對燃煤機組所有型號的全面覆蓋。隨著國家對環(huán)保排放要求的提高，特別是對燃煤電站PM2.5和重金屬排放的嚴(yán)格控制，電袋復(fù)合除塵技術(shù)必將引來新一輪的技術(shù)創(chuàng)新和進步。

[1]黃煒，等.電袋復(fù)合式除塵器的突破[G].第十一屆全國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集，2005.

[2]西安熱工研究院有限公司.新密電廠4號機組性能考核試驗報告（除塵器部分）[R].報告編號：TPRI/TD-RB-261-2012.2012，12.