楊傳遍,許廣林,劉 軼
(南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司,南京 210012)
CFB干法脫硫袋式除塵器設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)
楊傳遍,許廣林,劉 軼
(南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司,南京 210012)
闡述了CFB干法脫硫工藝,及其配套袋式除塵器的結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計(jì)選型和運(yùn)行維護(hù)等方面的技術(shù)問題。
CFB干法脫硫;袋式除塵器;設(shè)計(jì);運(yùn)行維護(hù)
目前,國內(nèi)外的燃煤或燃油電站所采用的脫硫工藝已達(dá)數(shù)百種之多。按脫硫工藝在生產(chǎn)中所處的部位不同可分為:燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫,燃燒后脫硫即煙氣脫硫。煙氣脫硫工藝有:石灰石-石膏法、氨法、雙堿及CFB干法。其中,CFB干法煙氣脫硫因其脫硫效率較高、占地少、投資低,維修費(fèi)用低、無污水排放、腐蝕小而獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。
如圖1所示,CFB干法脫硫工藝是20世紀(jì)80年代末開發(fā)的一種新型脫硫工藝,該工藝以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ),通過吸收劑的多次再循環(huán),延長了吸收劑與煙氣的接觸時(shí)間,從而大大提高了吸收劑的利用率。該工藝不但具有流程簡單、占地少、投資小以及副產(chǎn)品可以綜合利用等優(yōu)點(diǎn),而且能在很低的鈣硫比(Ca/S=1.1~1.2)情況下達(dá)到脫硫效率在92%以上。實(shí)踐證明,CFB干法煙氣脫硫工藝處理能力大,對(duì)負(fù)荷變動(dòng)的適應(yīng)能力強(qiáng),運(yùn)行可靠,維護(hù)工作量少。
CFB干法脫硫工藝系統(tǒng)由吸收劑加料系統(tǒng)、吸收塔、供水系統(tǒng)、袋式除塵器、脫硫灰輸送與儲(chǔ)存以及電氣、控制系統(tǒng)等組成。鍋爐煙氣由循環(huán)流化床下部經(jīng)導(dǎo)流板進(jìn)入流化床反應(yīng)塔,與消石灰顆粒充分混合,與此同時(shí),安裝在流化床反應(yīng)塔內(nèi)部的噴嘴噴入適量的水,鍋爐煙氣中HCl、HF、SO2、SO3和其他有害氣體與消石灰反應(yīng),生成CaCl2·2H2O、CaF、CaSO3·1/2H2O、CaSO4·2H2O和CaCO3。反應(yīng)產(chǎn)物由煙氣從反應(yīng)塔上部帶出,經(jīng)袋式除塵器分離。分離出的固體絕大部分被送回流化床反應(yīng)塔,以延長吸收劑的反應(yīng)時(shí)間,提高利用效率。水直接噴入反應(yīng)塔下部,盡可能使反應(yīng)溫度略高于露點(diǎn)溫度20℃,既提高脫硫效率,又防結(jié)露。
CFB干法脫硫工藝的吸收劑是生石灰消化所得的氫氧化鈣細(xì)粉,由于這種消石灰顆粒很細(xì),因此無須再磨細(xì),此工藝既節(jié)省了購買磨機(jī)等大型設(shè)備的投資費(fèi)用,也減少了能源消耗,使運(yùn)行費(fèi)用大為降低,而且省去了龐大的漿液貯備罐及易磨損的漿液輸送泵等組成的復(fù)雜的吸收劑制備、輸送系統(tǒng),只要用空氣斜槽就可以實(shí)現(xiàn)輸運(yùn),從而大大簡化了工藝流程。
CFB干法脫硫工藝所產(chǎn)生的副產(chǎn)品呈干粉狀,其化學(xué)組成與噴霧干燥工藝的副產(chǎn)品相類似,飛灰主要有CaSO3、CaSO4、CaCl2、CaF2以及未反應(yīng)的吸收劑等組成,其處置方法與噴霧干燥的副產(chǎn)品基本相同。
圖1 煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝
CFB干法脫硫煙氣經(jīng)過脫硫塔,無論煙氣性質(zhì)還是煙塵的性質(zhì)都發(fā)生了很大的變化,因此在CFB干法脫硫后的除塵器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。
CFB干法脫硫塔出口粉塵濃度高達(dá)800~1000g/Nm3,最高可至1500g/Nm3,故在袋式除塵器前要加預(yù)除塵系統(tǒng)。如圖2所示,預(yù)除塵系統(tǒng)布置在袋式除塵器的外部;如圖3所示,預(yù)除塵系統(tǒng)布置在除塵器的內(nèi)部。
圖2 設(shè)在除塵器外部的預(yù)除塵器
圖3 設(shè)在除塵器內(nèi)部的預(yù)除塵器
設(shè)置預(yù)除塵系統(tǒng)的作用是除去煙氣中的大部分粗顆粒粉塵,以減輕袋式除塵器的除塵負(fù)擔(dān)。
經(jīng)過氣流分布板的煙氣均勻與否,是除塵器設(shè)計(jì)的重要考慮因素。如圖2所示的袋式除塵器中,在進(jìn)氣喇叭口處設(shè)計(jì)了氣流分布板,而在圖3所示的袋式除塵器中,氣流分布板設(shè)置在靠近袋式除塵器的濾袋區(qū)前部。通過模型試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬、實(shí)測流場氣流分布等技術(shù)方法積累氣流分布板設(shè)計(jì)參數(shù),設(shè)計(jì)出氣流分布更均勻的氣流分布板。
因CFB干法脫硫后,煙氣的含塵濃度很高,除塵器處理的粉塵量大。因而,袋式除塵器的灰斗比普通除塵器灰斗體積要大,如圖2、圖3所示。根據(jù)粉塵特性,灰斗角度一般大于63°,設(shè)計(jì)成不同于一般棱形的船形灰斗,儲(chǔ)存量會(huì)增加很多?;叶返牡撞繛檫m應(yīng)大循環(huán)灰量的要求,采用輸送量大,耗能低的氣力輸送斜槽作為回料系統(tǒng)。
為保證除塵器收集的脫硫灰卸灰流暢,應(yīng)在灰斗上設(shè)計(jì)配套蒸氣加熱系統(tǒng)和空氣流化系統(tǒng)。
CFB干法脫硫塔出口粉塵濃度最高可達(dá)1500g/Nm3,袋式除塵器在如此高的粉塵入口濃度下,如果還按照常規(guī)袋式除塵器設(shè)計(jì)選型,會(huì)導(dǎo)致袋式除塵器運(yùn)行阻力很高,增加整套脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行能耗,嚴(yán)重時(shí),袋式除塵器阻力會(huì)接近3000Pa,導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)無法正常投運(yùn)。因而,需要根據(jù)脫硫塔出口粉塵性質(zhì)、粉塵濃度、煙氣量、溫度、濕度、煙氣成分、煙氣特性等技術(shù)參數(shù),合理確定袋式除塵器的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù),既保證袋式除塵器正常穩(wěn)定運(yùn)行,又不增加設(shè)備投資、增大袋式除塵器占地面積,有效地將袋式除塵器運(yùn)行阻力控制在一個(gè)比較合理的水平。
常規(guī)燃煤電站鍋爐袋式除塵器入口粉塵濃度一般在40g/Nm3左右,出口排放濃度不高于50mg/Nm3,CFB干法脫硫配套袋式除塵器不會(huì)因?yàn)槿肟跐舛葦?shù)十倍的增加而允許增加出口排放濃度,出口排放濃度還是不高于50mg/Nm3,CFB干法脫硫配套袋式除塵器除塵效率與常規(guī)燃煤電站鍋爐袋式除塵器除塵效率相比應(yīng)當(dāng)更高。
過濾速度是袋式除塵器最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。過濾風(fēng)速選擇大,設(shè)備占地小、投資低,但是運(yùn)行阻力高、清灰頻率高、清灰能耗高、除塵效率相對(duì)低;過濾風(fēng)速選擇小,設(shè)備運(yùn)行阻力低、清灰頻率低、清灰能耗低、除塵效率相對(duì)高,但是占地大、投資高。CFB干法脫硫配套袋式除塵器過濾風(fēng)速選擇范圍一般在0.75~0.85m/min,比較經(jīng)濟(jì)、可靠,這由粉塵性質(zhì)、入口煙氣含塵濃度、濾料材質(zhì)、清灰壓力、清灰頻率、設(shè)備運(yùn)行阻力等因素確定的。
影響選擇過濾風(fēng)速的因素有:
(1)粉塵性質(zhì)
脫硫灰的基本特性:干法脫硫灰是一種干態(tài)的混合物,它包含飛灰、未反應(yīng)的消石灰及反應(yīng)后產(chǎn)生的各種鈣基化合物,主要成分為CaSO4·2H2O、CaSO3·1/2H2O,未完全反應(yīng)的吸收劑Ca(OH)2及吸收劑中所含少量雜質(zhì)等。不同的干法脫硫工藝,所產(chǎn)生的脫硫灰渣的成分和各成分所占的比例有較大的不同。
脫硫灰的物理特性:干法脫硫灰是一種干燥且非常細(xì)的粒狀物,它的中粒徑為10微米或更細(xì),粒徑比普通的粉煤灰細(xì),脫硫副產(chǎn)物的真密度一般為2.6~2.7t/m3,堆積密度為0.8~1.0t/m3(普通粉煤灰的真密度一般為2.1t/m3,堆積密度為0.75t/m3)。一般顆粒粒度越細(xì)、黏著性和附著性較大的粉塵,設(shè)計(jì)的過濾風(fēng)速就越小。
(2)入口煙氣含塵濃度
入口煙氣含塵濃度越高,單位面積單位時(shí)間內(nèi)濾料表面附著的粉塵量就越高,因而清灰頻率也越高。為了降低清灰頻率,設(shè)計(jì)的過濾風(fēng)速就需相對(duì)降低。
(3)濾料的材質(zhì)
不同材質(zhì)的濾料選擇的過濾風(fēng)速有所不同,煙氣溫度、煙氣成分、煙氣特性等決定了濾料的選擇。CFB干法脫硫配套袋式除塵器選用的濾料基本與電站鍋爐袋式除塵器選用的主要濾料材質(zhì)一致,絕大部分采用PPS纖維,濾料經(jīng)過燒毛、熱軋、熱定型處理,濾料表面采用PTFE浸漬處理。
(4)清灰壓力和清灰頻率
如果壓力不足,清灰氣流太弱,清灰力度不能到達(dá)濾袋底部,則灰餅不能剝落,就會(huì)形成局部積灰,濾料負(fù)荷不均勻,會(huì)導(dǎo)致局部過濾風(fēng)速過高,因而選擇合適的清灰壓力影響著袋式除塵器的過濾風(fēng)速。
清灰頻率影響過濾風(fēng)速的確定。清灰頻率較高,則過濾風(fēng)速可相對(duì)取高值,但是清灰頻率過高會(huì)降低濾袋及脈沖閥的使用壽命;清灰頻率較低,則過濾風(fēng)速可取相對(duì)低值。
(5)設(shè)備運(yùn)行阻力
在同等的基礎(chǔ)條件下,僅僅比較過濾風(fēng)速,過濾風(fēng)速越高,則袋式除塵器的運(yùn)行阻力越高;反之,過濾風(fēng)速越低,則袋式除塵器運(yùn)行阻力越低。
壓力損失是袋式除塵器最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。壓力損失不僅說明袋式除塵器的能耗,而且決定除塵效率、清灰頻率。袋式除塵器壓力損失由設(shè)備本體阻力、濾料阻力和沉積在濾料表面粉塵層的阻力組成,即:
ΔP =ΔPc +ΔPf +ΔPd
式中:ΔP — 袋式除塵器總阻力,Pa;
ΔPc — 袋式除塵器的設(shè)備本體阻力,Pa;
ΔPf — 濾料阻力,Pa;
ΔPd — 沉積在濾料表面粉塵層阻力,Pa。
設(shè)備本體阻力與設(shè)備本體的結(jié)構(gòu)、煙氣流速等因素有關(guān),設(shè)備本體阻力一般在200~350Pa。
濾料阻力與煙氣的黏性系數(shù)、濾料的阻力系數(shù)和過濾風(fēng)速等因素有關(guān),除塵器投運(yùn)初期濾料阻力一般在50~100Pa,隨著除塵器投運(yùn)時(shí)間的延長,濾料纖維間不斷嵌入超細(xì)粉塵,濾料阻力會(huì)逐漸增加。
沉積在濾料表面粉塵層的阻力與粉塵層厚度、粉塵顆粒大小等因素有關(guān),阻力一般在300~1400Pa。
影響壓力損失的因素有:
(1)設(shè)備本體結(jié)構(gòu)型式
設(shè)備本體結(jié)構(gòu)型式產(chǎn)生的氣流阻力在袋式除塵器的總壓力損失比例中,在投運(yùn)初期較大,運(yùn)行時(shí)間越長,比例逐年下降。但是由于設(shè)備本體阻力有持續(xù)影響,優(yōu)良的結(jié)構(gòu)型式能顯著降低袋式除塵器的總壓力損失、降低除塵器的能耗。為了降低除塵器本體阻力,可通過阻力計(jì)算、實(shí)測流場氣流分布和阻力、模型試驗(yàn)測試氣流分布和阻力、計(jì)算機(jī)模擬氣流分布等手段,改進(jìn)、提高除塵器的結(jié)構(gòu)效率,從而達(dá)到降低能耗的目的。
(2)過濾風(fēng)速
濾料的阻力及沉積在濾料表面的粉塵層阻力均隨著過濾風(fēng)速的增加而提高。提高過濾風(fēng)速,會(huì)降低除塵器氣流流通面積,而氣流速度的提高,必然就會(huì)增加除塵器的本體結(jié)構(gòu)阻力。
(3)粉塵負(fù)荷
在其它影響除塵器壓力損失因素不變的前提下,沉積在濾料表面粉塵層的阻力對(duì)除塵器的總壓力損失有決定性的影響,濾料表面的粉塵堆積越多,產(chǎn)生的阻力就越大,因而及時(shí)清灰是必需的,以便將除塵器總壓力損失控制在一定范圍內(nèi)。
(4)濾料
濾料同樣會(huì)產(chǎn)生一定的壓力損失,為了降低袋式除塵器總壓力損失及能耗,因而需要選擇優(yōu)良的濾料。
CFB干法脫硫袋式除塵器入口粉塵濃度高達(dá)800~1000g/Nm3,最高可至1500g/Nm3,常規(guī)燃煤電站鍋爐袋式除塵器入口粉塵濃度一般在40g/Nm3左右,入口粉塵濃度相差20倍以上,因而在袋式除塵器正常運(yùn)行的情況下,CFB干法脫硫袋式除塵器濾袋內(nèi)外壓差投運(yùn)初期在1250Pa左右,壽命期內(nèi)壓差在1600Pa以內(nèi)即可滿足CFB干法脫硫正常運(yùn)行需要。
如果清灰壓力和流量不足,清灰氣流太弱,清灰力度不能到達(dá)濾袋底部,則灰餅不能剝落,形成局部積灰,會(huì)導(dǎo)致濾料負(fù)荷不均勻、局部過濾風(fēng)速過高、除塵器阻力增加,濾袋壽命縮短。反之,如果清灰氣流太強(qiáng),會(huì)使附著在濾料表面的粉塵層全部剝落、灰餅散開,并且將已經(jīng)滲透進(jìn)濾料表層的細(xì)顆粒打出濾料表面,產(chǎn)生二次揚(yáng)塵現(xiàn)象。同時(shí),濾袋也可能由于振蕩力太強(qiáng)導(dǎo)致與袋籠的摩擦過高而裂袋。因此,無論采用高、中、低壓的壓縮氣源,設(shè)備的清灰力度和流量都必須根據(jù)工藝、粉塵和濾料性質(zhì)而合理配置。
確定清灰系統(tǒng)參數(shù)時(shí),需要綜合考慮工藝(溫度范圍、溫度變化、露點(diǎn)、濕度、粉塵顆粒、煙氣成分等)、現(xiàn)場環(huán)境(壓縮空氣的供應(yīng)、安裝場地的布置等),以及濾料性能(材質(zhì)、是否覆膜、表面處理、耐磨性、抗折性、張力范圍等)幾個(gè)因素,正確選定清灰氣源壓力和流量。
脈沖噴吹時(shí)間即脈沖閥啟、閉時(shí)間,通常稱為脈沖寬度。脈沖噴吹到一定時(shí)間后,濾袋內(nèi)外的壓力下降很少,但是壓縮空氣量卻增加很多,因而合理確定脈沖噴吹時(shí)間可大大降低壓縮空氣量、降低能耗。
脈沖噴吹時(shí)間的確定與氣源壓力、氣包容積、壓縮空氣的供應(yīng)流量、脈沖閥的開啟性能、濾料性能、濾袋長度、粉塵性質(zhì)等因素相關(guān)。
脈沖噴吹頻率的高低直接影響著袋式除塵器的壓力損失,與除塵器的能耗有密切的關(guān)系。正常的情況下,脈沖清灰有定時(shí)、定阻及手動(dòng)三種方式。從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度選擇,選用定阻自動(dòng)清灰方式比較經(jīng)濟(jì),此方式可根據(jù)袋式除塵器的壓力損失的數(shù)值自動(dòng)調(diào)節(jié)清灰頻率,確保除塵器壓力損失控制在一定范圍內(nèi),降低除塵器能耗。
濾袋使用壽命是袋式除塵器最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。濾袋壽命定義為:在破損濾袋占總濾袋的10%時(shí),濾袋的使用時(shí)間。濾袋的使用壽命與濾袋材質(zhì)、煙氣成分、煙氣溫度、煙氣濕度、水露點(diǎn)、酸露點(diǎn)、粉塵性質(zhì)、粉塵濃度、除塵器的本體結(jié)構(gòu)型式、過濾風(fēng)速、清灰壓力、清灰頻率及運(yùn)行維護(hù)管理水平等諸多因素有關(guān)。
實(shí)際運(yùn)行說明,如果沒有相應(yīng)的運(yùn)行、維護(hù)管理規(guī)程制度及措施,即使是精心設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量優(yōu)良的袋式除塵器,其高性能水平也是不可能穩(wěn)定和持久的,甚至?xí)绊懨摿蛳到y(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,造成重大經(jīng)濟(jì)損失,并加劇環(huán)境污染,因此需要加強(qiáng)對(duì)袋式除塵器的運(yùn)行、維護(hù)管理。
(1)初期運(yùn)行
袋式除塵器的初期運(yùn)行,是指袋式除塵器啟動(dòng)之后兩個(gè)月之內(nèi)的運(yùn)行。剛開始運(yùn)行的兩個(gè)月,袋式除塵器處于磨合期,需要充分注意容易出現(xiàn)的各種問題并及時(shí)解決問題,保證袋式除塵器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
袋式除塵器的性能測試只能在初期運(yùn)行后才能進(jìn)行。
袋式除塵器運(yùn)行前,應(yīng)根據(jù)廠家提供的設(shè)備說明書、運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)及各種技術(shù)數(shù)據(jù)表結(jié)合脫硫系統(tǒng)的實(shí)際情況制定袋式除塵器的初步運(yùn)行規(guī)程,并以此為依據(jù)安排運(yùn)行人員參與初期運(yùn)行。在初期運(yùn)行過程中根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的煤種、鍋爐負(fù)荷、燃燒情況、脫硫系統(tǒng)運(yùn)行工況、煙氣特性(煙氣量、煙氣溫度、煙氣露點(diǎn)溫度、煙氣含濕量、含塵濃度等)、粉塵性質(zhì)、出灰方式等情況對(duì)除塵器運(yùn)行參數(shù)重新設(shè)定,以適應(yīng)脫硫運(yùn)行工況下袋式除塵器保持經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。同時(shí),對(duì)初步運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行修訂,確定最終的運(yùn)行規(guī)程,并以此作為袋式除塵器的運(yùn)行依據(jù)。
CFB干法脫硫系統(tǒng)需要在脫硫塔中對(duì)煙氣噴水降溫。噴水后的煙氣濕度增加,流化床固體物料中的脫硫劑Ca(OH)2在與水接觸后,其表面迅速離子化,電離成Ca+和OH-,Ca+能和煙氣中的SO2、SO3等迅速產(chǎn)生離子型反應(yīng),因此較低的煙溫和較高的煙氣濕度對(duì)提高脫硫效率比較有利,但是對(duì)袋式除塵器的結(jié)露、酸腐蝕很不利。另外,脫硫灰中的CaSO3以CaSO3·1/2H2O形式存在,在與空氣和濕氣接觸時(shí),CaSO3·1/2H2O容易轉(zhuǎn)變?yōu)镃aSO4·H2O,脫硫灰中未完全反應(yīng)的吸收劑Ca(OH)2會(huì)使脫硫灰硬結(jié),因而要求脫硫塔出口煙溫必須高于水露點(diǎn)或酸露點(diǎn)20℃以上。
(2)正常運(yùn)行
袋式除塵器一般為自動(dòng)運(yùn)行模式,不需人工干預(yù),但是運(yùn)行值班人員仍然必須進(jìn)行正常的監(jiān)視與定時(shí)巡檢,記錄并保存運(yùn)行數(shù)據(jù),排除設(shè)備隱患與故障,建立相應(yīng)的運(yùn)行管理工作制度,保證袋式除塵器維持在最佳運(yùn)行狀態(tài)。
袋式除塵器在正常運(yùn)行的情況下,維護(hù)工作較少,但是不能忽視,否則一旦發(fā)生故障就會(huì)影響運(yùn)行。因此必須重視維護(hù)檢修工作,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。1)建立檢修及管理工作制度。2)運(yùn)行中的維護(hù)。運(yùn)行人員一旦提出設(shè)備可能發(fā)生的故障,維護(hù)人員應(yīng)高度重視,并及時(shí)分析、解決,以保證袋式除塵器的正常運(yùn)行。3)小修維護(hù)。袋式除塵器應(yīng)在機(jī)組小修停爐期間進(jìn)行常規(guī)的維護(hù)。4)大修維護(hù)。袋式除塵器在計(jì)劃大修開工前,必須充分做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作后方可開工,大修分為機(jī)務(wù)部分及電氣、自控部分,每部分各個(gè)子系統(tǒng)均需要進(jìn)行必要的檢查和維護(hù)。
袋式除塵器運(yùn)行、維護(hù)管理需要注意和做好相應(yīng)的工作,只有重視運(yùn)行、維護(hù)管理,袋式除塵器才能正常、有效地運(yùn)行,才能保持其優(yōu)異的除塵性能、較低的運(yùn)行成本。
[1]朱偉奇,任德勝,許廣林,等.袋式除塵器技術(shù)在燃煤電站上的應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2007.
[2]楊傳遍,徐忠,劉軼.燃煤電站袋式除塵器的運(yùn)行及維護(hù)管理[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2010(7).
Designing and Operation Maintenance of Bag Filter with CFB Dry Process of Desulfurization
YANG Chuan-bian, XU Guang-lin, LIU Yi
(Nanjing Longyuan Environmental Protection Co., Ltd., Nanjing 210012, China)
This article briefly introduces CFB dry process of desulfurization technique and expatiates the technical problems of its matched bag filter’s structure, designing, operation and maintenance, etc. in detail.
CFB dry process of desulfurization; bag filter; design; operation and maintenance
X701.3
A
1006-5377(2011)05-0065-05