燃煤電廠鍋爐煙氣除塵

污染源特性

(1)燃用煤的工業(yè)分析煤的化學(xué)成分決定了煤的常規(guī)特性，可以作為分析煤的著火、燃燒性質(zhì)和對(duì)鍋爐工作影響的依據(jù)。在分析煤的常規(guī)特性對(duì)鍋爐工作的影響時(shí)，通常依據(jù)工業(yè)分析結(jié)果，主要包括煤的揮發(fā)分、水分、硫分以及灰渣熔融性等幾個(gè)方面。
煤的揮發(fā)分由各種硫氫化合物和一氧化碳等可燃?xì)怏w、二氧化碳和氮等不可燃?xì)怏w以及少量的氧氣所組成。揮發(fā)分是煤的重要成分特性，它可作為煤分類的主要依據(jù)，對(duì)煤的著火、燃燒有很大的影響。不同揮發(fā)分煤種的發(fā)熱量差別很大，從17000kJ／kg到71000kJ／kg。
燃煤中水分含量對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響也很大。煤中水分吸熱變成水蒸氣并隨煙氣排出爐外，增加煙氣量而使排煙熱損失增大，降低鍋爐熱效率，同時(shí)使引風(fēng)機(jī)電耗增大，也為低溫受熱面的積灰、腐蝕創(chuàng)造了條件。

灰分是燃煤中的有害成分?；曳趾吭黾樱褐械目扇汲煞直阆鄬?duì)減少，降低了發(fā)熱量，而且還由排渣帶走大量的物理顯熱?；曳侄?，鍋爐燃燒也不穩(wěn)定，灰粒隨煙氣流過(guò)受熱面，流速高時(shí)會(huì)磨損受熱面；流速低時(shí)將導(dǎo)致受熱面積灰，降低傳熱效果，并使排煙溫度升高。灰分是飛灰的主要來(lái)源。大中型燃煤鍋爐都采用煤粉懸浮燃燒方式，煤中灰分的85％～90％成為飛灰。小型的熱電廠通常采用層燃方式的鏈條爐，煤中的灰分有20％成為飛灰。
燃煤中的可燃硫在燃煤過(guò)程中會(huì)被氧化成SO₂和少量的SO₃。硫酸鹽也會(huì)受熱分解出數(shù)量更少的自由SO₃。煙氣中的SO₂對(duì)金屬的腐蝕和粘污一般沒(méi)有明顯的影響。SO₃含量雖然很少，但易與煙氣中的水蒸氣化合生成硫酸蒸汽，將顯著提高煙氣的酸露點(diǎn)溫度，從而在低溫的金屬表面凝結(jié)，造成酸腐蝕和粘污。
發(fā)電廠用煤的質(zhì)量等級(jí)是根據(jù)對(duì)鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面影響較大的煤質(zhì)常規(guī)特性制定的。這些特性包括干燥無(wú)灰基揮發(fā)分V_daf、干燥基灰分A_d、收到基水分M_ar、干燥基硫分S_d和灰的軟化溫度ST等五項(xiàng)。全硫分Sar分為兩個(gè)等級(jí)。
表1是根據(jù)煤中硫分而劃分的等級(jí)。當(dāng)Sar<1％(**級(jí))時(shí)，酸露點(diǎn)溫度較低；而當(dāng)Sar>3％(超過(guò)第二級(jí))時(shí)，酸露點(diǎn)溫度急劇上升，容易使硫酸蒸汽凝結(jié)在低金屬面上造成腐蝕。我國(guó)煤種多屬于中硫煤，含硫量為0．5％～1．5％。
表1煤按硫分的質(zhì)量等級(jí)

符號(hào)	Sar(％)	符號(hào)	Sar(％)
S1	≤1.0	S2	>1.0～3.0

(2)煙氣成分和煙氣量
1)煙氣成分：燃煤電廠煙氣的主要成分是N₂、O₂、CO₂、SO₂、NO_x、水蒸氣等。另外還含有較少量的CO、SO₃、H₂、CH₄和其他碳?xì)浠衔?C_mH_m)，可表示為：
φ(N₂)+φ(O₂)+ φ(CO₂)+ φ(SO₂)+ φ(H₂O)+ φ(CO)+ φ(SO₃)+ φ(NO_x)+φ(H₂)+φ(CH₄)+ φ(∑C_mH_m)=100％
對(duì)于袋式除塵器來(lái)說(shuō)，值得注意的是煙氣中的含氧量、SO₃、水蒸氣(H₂O)和NO_x。過(guò)剩的含氧量在高溫F會(huì)導(dǎo)致某些濾袋材質(zhì)(例如PPS)的氧化。NO₂是很強(qiáng)的氧化劑，并且能氧化大多數(shù)用于過(guò)濾的纖維，過(guò)高的NO_x有時(shí)還會(huì)造成酸腐蝕。SO₃易與水結(jié)合形成硫酸，一般情況下，燃煤中1％的含硫量相當(dāng)于煙氣中產(chǎn)生600×10^-6SO₂，而煙氣中一部分SO₂與過(guò)剩的氧氣反應(yīng)生成SO₃。當(dāng)鍋爐煙氣中SO₃含量為0.001％時(shí)，煙氣的酸露點(diǎn)即可達(dá)到120—140℃。煙氣中SO₃含量與酸露點(diǎn)溫度的關(guān)系見表2。
表2煙氣中SO₃含量與酸露點(diǎn)溫度的關(guān)系

煙氣中SO3體積分?jǐn)?shù)(×10-6)	煙氣酸露點(diǎn)溫度／℃
0.1	101．4
0.2	105．9
0.5	111．7
1	116．6
2	122．6
5	128．4
10	133．5
20	138．7
50	146．7
100	153．3

2)煙氣量：煙氣量主要包括原煤燃燒后的氣態(tài)產(chǎn)物，還包括過(guò)剩的空氣量和鍋爐及其附屬設(shè)備的漏風(fēng)。所以，實(shí)際產(chǎn)生的煙氣量要大于理論計(jì)算的煙氣量。煙氣量還會(huì)隨燃料的變化而改變。在除塵器設(shè)計(jì)選型時(shí)，其處理煙氣量應(yīng)略大于實(shí)際產(chǎn)生的煙氣量，一般可附加5％～10％的裕度。
(3)飛灰成分和特性我國(guó)原煤資源豐富，煤種眾多，加上鍋爐的燃燒情況、技術(shù)條件的不同，導(dǎo)致飛灰的理化性質(zhì)差異較大。
飛灰的化學(xué)成分主要為SiO₂、Al₂O₃，二者總量一般在60％，以上。另外還含有少量的Fe₂O₃、CaO、K₂O、Na₂O、MgO、TiO₂、P₂O₅、SO₃等。
我國(guó)煤灰的化學(xué)成分見表3。
表3我國(guó)煤灰化學(xué)成分分析

成分	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	K2O	Na2O	P2O5	SO3	TiO2	MgO
體積分?jǐn)?shù)(％)	45～60	14～40	4～10	2～5	O．5～2	O.2～1	<1	0.1～3	～1	～1

飛灰具有相當(dāng)寬的粒徑分布域。根據(jù)13個(gè)燃煤電廠的統(tǒng)計(jì)，飛灰平均粒徑為20～60ηm。表4為某電廠電除塵器人口煙道飛灰的粒徑分布。
表4某電廠電除塵器入口煙道飛灰粒徑分布

粒徑／ηm	0～5	5～10	10～20	20～30	30～40	40～50	50～60	>60
組頻數(shù)／g	11.9	16.6	22.8	13.1	8.2	5.1	3.9	13.4
組頻率(％)	12.5	17.5	24.0	13.8	8.6	5.4	4.1	14.1
篩上累計(jì)分布率(％)	>O	>5	>10	>20	>30	>40	>50	>60
	100	87.5	70.7	46.0	32.2	23.6	18.2	14.1
篩下累計(jì)分布率(％)	<O	<5	<10	<20	<30	<40	<50	<60
	0	12.5	29.3	54.0	67.8	76.2	81.8	85.9
中位徑d50／ηm	18.0

燃煤電廠袋式除塵器的特殊性

(1)燃煤電廠煙氣除塵裝置是電廠的主要生產(chǎn)設(shè)備之一發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、鍋爐和除塵設(shè)備(包括引風(fēng)機(jī))是燃煤電廠的4大主要設(shè)備。袋式除塵器既是環(huán)保設(shè)備，又是生產(chǎn)設(shè)備。
(2)袋式除塵器的工況易受鍋爐及其輔機(jī)工況的影響燃料的改變、鍋爐負(fù)荷的變化、運(yùn)行方式的改變、送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)開度的變化、省煤器的滲漏和爆管、空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)和堵塞等因素，都在不同程度上改變煙氣量、煙氣溫度、含氧量、氮氧化物含量、含濕量、含塵量和煙塵粒度，從而影響袋式除塵器的工況。
(3)袋式除塵器系統(tǒng)應(yīng)確保長(zhǎng)期、安全、可靠地運(yùn)行袋式除塵器能否正常運(yùn)行，直接關(guān)系到燃煤電廠能否正常生產(chǎn)。袋式除塵器的濾袋破損，將加速引風(fēng)機(jī)的磨損。清灰系統(tǒng)不良或失效，會(huì)增加袋式除塵系統(tǒng)的阻力，減少鍋爐的出力，甚至造成爐膛的正樂(lè)：所以,袋式除塵系統(tǒng)一定要有可靠的安全保障措施，自控系統(tǒng)應(yīng)有完備的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制、故障診斷和緊急應(yīng)對(duì)功能，應(yīng)制訂嚴(yán)格的操作規(guī)程，落實(shí)操作、管理、維修的崗位責(zé)任制。

燃煤電廠袋式除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1)袋式除塵系統(tǒng)配置及功能設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)爐型、容量、爐況、煤種、氣象條件、操作維護(hù)管理等具體情況確定。通常包括：袋式除塵器、清灰氣源及供氣系統(tǒng)、預(yù)涂灰裝置、卸灰和輸灰系統(tǒng)、電氣和自動(dòng)控制系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煙道及附件等。
2)對(duì)于容量較大、鍋爐不穩(wěn)定、煙氣溫度波動(dòng)較大、故障頻繁的鍋爐機(jī)組，或鍋爐空氣預(yù)熱器采用老式的回轉(zhuǎn)型式，可根據(jù)需要設(shè)置緊急噴霧降溫系統(tǒng)和(或)旁路系統(tǒng)。旁路閥應(yīng)采用密封效果好的雙層密閉擋板門。緊急噴霧降溫裝置應(yīng)安裝在鍋爐出口煙道總管的直管段上，噴霧量和霧滴直徑應(yīng)能保證霧滴在進(jìn)入除塵器之前完全蒸發(fā)，并且應(yīng)有噴嘴的防堵措施。
3)在新項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，除塵專業(yè)應(yīng)向鍋爐專業(yè)提供袋式除塵系統(tǒng)(由空氣預(yù)熱器出口到引風(fēng)機(jī)人口)的阻力。若屬除塵系統(tǒng)改造項(xiàng)目，應(yīng)對(duì)原有的風(fēng)機(jī)、電機(jī)進(jìn)行能力的計(jì)算，并需要提出改造方案，或選配新的風(fēng)機(jī)和電機(jī)。
4)袋式除塵系統(tǒng)的風(fēng)量、阻力等參數(shù)應(yīng)按設(shè)計(jì)煤種下的鍋爐最大工況煙氣量來(lái)確定。袋式除塵器及其濾袋的選用和設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)考慮**溫度和**溫度的煙氣狀況，要特別注意脫硫后的低溫高濃度的煙氣條件。
5)袋式除塵器宜采用在線清灰，設(shè)備阻力宜控制在1000～1300Pa。脫硫系統(tǒng)袋式除塵器人口煙氣含塵濃度高，設(shè)備阻力可控制在1400～1800Pa。
6)袋式除塵器應(yīng)采用若干獨(dú)立的倉(cāng)室并聯(lián)結(jié)構(gòu)。過(guò)濾倉(cāng)室的進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)可自動(dòng)和手動(dòng)操作的煙道擋板閥，漏風(fēng)率應(yīng)小于2％，進(jìn)口煙道擋板閥應(yīng)有防磨措施。煙道擋板閥應(yīng)設(shè)檢修門，檢修門應(yīng)具有保溫功能。
7)當(dāng)除塵系統(tǒng)設(shè)旁路煙道時(shí)，只能在鍋爐用燃油點(diǎn)火、煙溫異常、“四管”爆裂等特殊狀況下使用。旁路閥泄漏率應(yīng)為零，開啟時(shí)間應(yīng)小于30s。旁路煙道煙氣流速可按40～50m／s選取。應(yīng)防止旁路閥積灰堵塞。
8)對(duì)于改造項(xiàng)目的風(fēng)機(jī)選擇：一般情況下，袋式除塵器設(shè)備阻力可按1800Pa選取；有脫硫時(shí)，袋式除塵器設(shè)備阻力可按2100Pa選取。
9)電除塵器(或其他除塵器)改為袋式除塵器時(shí)，應(yīng)對(duì)原引風(fēng)機(jī)和電機(jī)的出力按新的風(fēng)量、全壓和功率進(jìn)行校核。必要時(shí)，應(yīng)對(duì)引風(fēng)機(jī)和電機(jī)進(jìn)行更換或改造。

工程實(shí)例

【常源機(jī)械實(shí)例】某電廠新建2×200Mw機(jī)組。
1)鍋爐參數(shù)
①鍋爐型式：高壓、一次再熱自然循環(huán)煤粉鍋爐；
②連續(xù)蒸發(fā)量：6。70t／h；
③鍋爐燃煤量(BMCR工況)：設(shè)計(jì)煤種：100.512t／h；校核煤種：111.157t／h；
④空氣預(yù)熱器型式：三分倉(cāng)容克式；設(shè)計(jì)空氣過(guò)剩系數(shù)(空預(yù)器出口)：1.45。
⑤專除灰型式：氣力干輸灰(正壓)；
⑥引風(fēng)機(jī)型式：雙吸離心式風(fēng)機(jī)；
⑦磨煤機(jī)型式：MPS170(39t／h)中速磨。
2)燃料
①原煤參數(shù)
設(shè)計(jì)煤種：煙煤(渤海灣老石旦煤礦、準(zhǔn)格爾煤田)。
校核煤種：煙煤(準(zhǔn)格爾小窯混煤)。
燃煤的工業(yè)分析、元素分析及灰分成份分析結(jié)果分別見表5、表6和表7。
表5燃煤工業(yè)分析

名稱	符號(hào)	設(shè)計(jì)煤種	校核煤種
分析基水分(％)	Mad	2.21	4.02
收到基水分(％)	Mar	9.68	8.87
收到基灰分(％)	Aar	23.31	27.00
干燥無(wú)灰基揮發(fā)分(％)	Vdaf	33.4～36	33.4～39.5
低位發(fā)熱量／(kJ／kg)	Qnet.ar	21020	19007

表6燃煤元素分析

名稱	符號(hào)	設(shè)計(jì)煤種	校核煤種
接收基碳(％)	Car	55.42	50.33
接收基氫(％)	Har	3.23	3.03
接收基氧(％)	Oar	6.94	9.32
接收基氮(％)	Nar	0.8	0.83
接收基硫(％)	Sar	0.62	0.63
哈氏可磨系數(shù)(％)	HGI	60	60
灰熔點(diǎn)／℃	DT	>1500	1300
	ST	>1500	1400
	Pr	>1500	1500

表7灰分成分分析

項(xiàng)目	符號(hào)	設(shè)計(jì)煤種	校核煤種
二氧化硅(％)	SiO2	42.83	47
三氧化二鋁(％)	A12O3	47.7l	41.14
三氧化二鐵(％)	Fe2O3	4.12	4.02
氧化鈣(％)	CaO	1.6	2.15
氧化鎂(％)	MgO	1.24	0.75
氧化鈉(％)	Na2O	0.01	0.91
氧化鉀(％)	K2O	0.1	0.44
三氧化硫(％)	SO3	1.27	1.16
二氧化鈦(％)	TiO2	0.6	1.49
五氧化二磷(％)	P2O5	0.44	1.36

②燃油參數(shù)：
a．油種：輕柴油；
b．恩氏黏度(20℃)：1.15～1.67⁰E：
c．灰分：A^y≤0.025％：
d．凝固點(diǎn)：0～20℃：
e．低位發(fā)熱值：Q^r_Dw=41840kJ／kg；
f．含硫量：≤0.8％。
3)袋式除塵器：每機(jī)組配一套袋式除塵器，型式為回轉(zhuǎn)管低壓脈沖袋式除塵器。
每套除塵器分為4個(gè)倉(cāng)室，共計(jì)8個(gè)單元。每單元設(shè)濾袋1000條，按同心圓布置。濾袋斷面為扁圓形，當(dāng)量直徑咖127mm，長(zhǎng)度8m。每條袋的過(guò)濾面積為3.2m²，每臺(tái)除塵器共有濾袋8000條，過(guò)濾面積為25600m。
每臺(tái)除塵器在花板上留有448個(gè)袋孑L，以蓋板封閉，作為備用。
除塵器每一倉(cāng)室的入口和出口各設(shè)一個(gè)百葉窗式擋板門。在除塵器前后分別設(shè)置聯(lián)箱。設(shè)50％煙氣量的旁路系統(tǒng)和零泄漏的關(guān)斷門。
在袋式除塵器入口處裝有氣流分配隔板和撞擊緩沖板，以保護(hù)濾袋免受飛灰的沖擊磨損。較低的人口流速可促進(jìn)粗顆粒的預(yù)分離(沉淀)，也有利于含塵煙氣在各濾袋束之問(wèn)的均勻分配。
花板上方的潔凈室有照明裝置。換袋和檢修時(shí)，先關(guān)閉倉(cāng)室的進(jìn)、出口的擋板門，開啟專門的通風(fēng)孔，自然通風(fēng)換氣降溫后人再進(jìn)入工作。
濾袋材質(zhì)采用PPS+P84針刺氈，單重580g,／m。。為了延長(zhǎng)濾袋使用壽命，運(yùn)行制度規(guī)定：煙氣含氧量不超過(guò)10％、且無(wú)過(guò)量的二氧化氮或溴，在設(shè)計(jì)煙氣流量下，**運(yùn)行溫度為170℃；當(dāng)煙氣流量超過(guò)設(shè)計(jì)值，但不超過(guò)1840000m³／h和(或)運(yùn)行溫度為180℃以下：的情況下，運(yùn)行時(shí)間每年累計(jì)不超過(guò)100h。
除塵器的清灰控制由PLC執(zhí)行。PLC監(jiān)測(cè)花板上、下(即濾袋內(nèi)外)的壓差，并發(fā)出清灰指令。設(shè)有慢速、正常和快速三種清灰制度(見表8)，以保證濾袋具有較低的阻力。在鍋爐燃油期間，袋式除塵器不進(jìn)行清灰。

設(shè)定壓差／kPa	清灰制度	脈沖時(shí)間／ms	脈沖間隔／s
0.70～1.00	緩慢清灰	200	60～300
1.01～1.50	中速清灰		10～60
>1.51	快速清灰		5

除塵器的總體布置如圖1所示。袋式除塵器主要規(guī)格和參數(shù)見表9。

名稱	參數(shù)
鍋爐容量／(t／h)	670
處理煙氣量／(m3／h)	1738000
煙氣溫度／℃	140
設(shè)備型號(hào)	回轉(zhuǎn)管低壓脈沖袋式除塵器
倉(cāng)室數(shù)／間	4
過(guò)濾單元數(shù)／個(gè)	8
濾袋材質(zhì)	PPS+P84
濾袋尺寸(直徑×長(zhǎng)度)／mm	φ127(當(dāng)量直徑)×8000
濾袋數(shù)量／條	8000
過(guò)濾面積／m2	25600
過(guò)濾速度／(m／min)	正常(按140℃)：1.13 最大(按165℃)：1.19
進(jìn)口含塵濃度／(g／m3)(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))	25～30
出口排放濃度／(mg／m3)(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))	<50
設(shè)備總阻力／Pa	<2100
本體漏風(fēng)率	<1.5％
殼體設(shè)計(jì)壓力／Pa	靜態(tài)+5000，-6000

4)運(yùn)行效果：兩個(gè)機(jī)組中的1#爐于2001年12月正式投運(yùn)，2#爐于2002年8月正式投運(yùn)。在1#爐袋式除塵器調(diào)試期間，兩次出現(xiàn)煙氣溫度異常。一次是鍋爐A側(cè)空預(yù)器卡塞，造成A側(cè)煙氣溫度迅速上升，達(dá)到200℃。另一次是鍋爐A側(cè)省煤器泄漏，造成A側(cè)煙氣溫度迅速下降。由于處理及時(shí)，對(duì)濾袋沒(méi)有造成明顯的損壞。
在正常情況下，煙塵排放濃度為14～25mg／m³(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。有時(shí)因?yàn)榕月窊醢彘T不嚴(yán)，導(dǎo)致少量漏塵。
**批PPS+P84針刺氈濾袋由國(guó)外企業(yè)提供，運(yùn)行至25000h開始出現(xiàn)破損。整體更換濾袋后，濾袋壽命縮短。據(jù)一些專家分析，這與煤質(zhì)變化導(dǎo)致的露點(diǎn)溫度提高，有時(shí)存在結(jié)露而產(chǎn)生的酸腐蝕有關(guān)。
花板上、下的阻力(即濾袋阻力)在運(yùn)行初期設(shè)定為900Pa，后調(diào)整為1200Pa，滿負(fù)荷時(shí)為1300Pa。
兩臺(tái)除塵器耗氣量為5500m³／h。