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【科塵】靜態清灰袋式除塵技術在全燒準東煤新建鍋爐項目上選型分析

人氣:478 發表時間:2019-08-17 【


2019-08-1717:48:00

  新疆煤炭資源豐富,尤其是準東地區,預測儲量約7300億噸,是我國重點發展的煤電煤化工基地之一。準東煤揮發份含量高,灰份與硫份較低,是優質的動力用煤,然而其高含量的鈉與鈣引起燃燒后粉塵流動性差的問題,使除塵器的選型成為另一瓶頸問題。目前準東煤燃燒均采用與其他低堿金屬煤或高嶺土摻燒,兩種方法均不具備長期利用的條件。通過分析準東煤的的煤灰特性、除塵器清灰方式及濾料選型,我們認為靜態清灰袋式除塵技術可以實現粉塵排放低于10mg/m3的目標,供大家共同探討與研究。


  0、前言(能源煤炭基地污染的擔憂)


  新疆煤炭資源豐富,預測資源量2.19萬億噸,占全國的近40%,居全國首位[1]。國家歷來重視新疆煤炭資源的科學開發利用和煤炭行業的持續健康發展,《國務院關于促進新疆經濟社會發展的若干意見》(國發(2007)32號)提出“加快建設煤炭開發儲備和煤層氣開發利用基地”?!吨泄仓醒雵鴦赵宏P于推進新疆跨越式發展和長治久安的意見》(中發(2010)9號)提出“把新疆建設成為國家大型煤炭煤電煤化工基地”。


  準東地區作為新疆四大煤田之首,煤碳預測儲量約為7300億噸,占新疆煤碳儲量的三分之一,規劃開采規模為每年5.82億噸。煤質介于褐煤和長焰煤之間,是優質的工業動力用煤、氣化煤和民用煤。作為新疆優勢資源的主陣地,準東地區是“疆電外送”、“西氣東輸”、“疆煤外運”的最主要能源基地。但是,準東地區煤碳因其嚴重的沾污性、結渣性、高水分的特性,在電廠鍋爐燃燒過程中易發生嚴重的結焦、沾污,給布袋除塵器的選型帶來一定的困難,目前燃燒準東煤的鍋爐配套除塵器全部為電除塵器,粉塵濃度大多集中在30mg/m3左右,很難達到超凈排放的標準。


  1、準東煤質特性


  本文以新疆準東煤礦五彩灣地區典型煤樣進行分析,煤質數據如表1所示。從表1可見該煤種全水達到27.2%,收到基灰份僅為5.92%,全硫含量為0.6%,Na2O含量達到6.37%,CaO含量達到32.61%,灰的變形溫度為1260℃。由該煤種高水分,低灰、低硫,灰中高鈉高鈣及較低的灰熔融溫度可見,為典型的新疆準東高鈉煤。


  2、準東煤粉塵特性


  2.1煤灰成份


  針對對國內典型煙煤(67組)、褐煤(20組)以及準東煤(66組)的歷史數據進行了統計,煤灰成份的比較見表2。


  準東煤與國內典型煙煤和褐煤的平均灰成分比較,主要特點是SiO2、Al2O3酸性氧化物偏低,而Fe2O3、CaO、MgO、Na2O堿性氧化物偏高,其中MgO的平均值甚至高于國內典型煙煤和褐煤的最高值。


  2.2灰份位徑分布


  經檢測發現:準東煤氣化飛灰具有較寬的粒徑范圍,呈現雙峰分布特征,且不同粒徑區間飛灰的元素含量存在顯著差異。Na在飛灰顆粒物中濃度隨粒徑減小而增大。


  表3粒徑分布對準東煤氣化飛灰元素含量的影響


  *: after deduction of combustible elements


  準東煤中堿金屬和堿土金屬元素(AAEM元素)含量較高,AAEM元素主要以水溶態和離子可交換態賦存在煤結構中,并在高溫環境下伴隨揮發分釋放,揮發出的AAEM元素凝結形成黏性細顆粒。清華大學采用25kW高溫一維爐對準東煤燃燒后細顆粒物與積灰的測量結果表明,相比于其他煤種,準東煤燃燒后會產生更多的亞微米細顆粒物,并具有更嚴重的積灰傾向。


  圖1不同煤種細顆粒物數濃度分布


  3、現有準東煤電廠的除塵器分析


  由于準東煤灰份中堿金屬含量高,這種特性比較適合選用靜電除塵器,目前準東五彩灣地區各家電廠均選用靜電除塵器。但由于準東煤灰份粉塵粒徑小,粘結性高的特性,各電廠除塵器在使用中也普遍出現了粉塵出口濃度在30mg/m3左右,很難達到超低排放要求的情況。


  靜電除塵器的除塵效率是由粉塵荷電情況決定的,粉塵顆粒在電除塵器中的荷電過程主要是通過粉塵與電暈放電產生的離子碰撞來完成的。經靳星等(2012年)分析發現,電除塵器逃逸粉塵中1μm以上的顆粒近飽和荷電,0.1-1μm荷電遠低于理論值。


  易紅宏等(2006年)通過對5家采用電除塵器和布袋除塵器電廠的實測得出:電除塵器和布袋除塵器對粗顆粒態的顆粒物去除效率均較好,最大穿透率均出現在0.1~1μm范圍內,但布袋除塵器在該粒徑區間的穿透率低于電除塵器,降低該區間顆粒物的穿透率有利于控制可吸入顆粒物的排放;PM10的粒數濃度主要取決于亞微米態的顆粒,針對粒數濃度而言,電除塵器對PM1和PM2.5的去除效率同樣低于PM10;除塵器的運行和操作條件對PM10排放影響較大,電除塵器末電場振打清灰時,出口PM10的質量和粒數濃度均明顯增加PM10的粒數濃度主要取決于亞微米態的顆粒針對粒數濃度而言,電除塵器對PM1和PM2.5的去除效率同樣低于PM10。


  王圣等(2011)測試6家電廠電除塵器后煙囪出口粉塵濃度也驗證了此觀點:


  經過除塵器和脫硫設后,PM10在TSP中的比例由除塵前的20.93%-34.98提高到87.54%-95.90%,PM2.5在TSP中的比例由2.84-4.14%提高到,41.22%-50.31%。


  由于準東煤鈉含量高,燃燒后會產生更多的亞微米細顆粒物,電除塵器本身對微細顆粒物去除效率就不及布袋除塵器,應用時很難達到超低排放也不足為奇。


  4、燃煤電廠常用的布袋除塵器


  考慮到日益嚴格的環保要求,大唐五彩灣電廠在建設初期即明確了除塵器出口濃度在控制在10mg/m3以下,確保整個系統的超低排放。在經過對國內主流除塵器使用情況的調研之后,決定選用布袋除塵器作為新建2*600MW機組的配套除塵設備。


  燃煤電廠常用的布袋除塵器有以下幾種:


  4.1低壓旋轉噴吹


  低壓旋轉噴吹袋式除塵技術是從德國魯奇引進的技術,技術特點如下:


 ?。?)濾袋為橢圓形,在花板上呈同心圓式布置;


 ?。?)旋轉臂上設有與各圈袋孔分別對中的噴嘴,屬于概率清灰,且清灰壓力低,僅為0.085~0.10MPa,對濾袋的損傷程度小,因而濾袋的使用壽命長;


 ?。?)脈沖噴吹清灰用的脈沖閥口徑大,一般為8"~14",每只脈沖閥噴吹可以多達上千條濾袋,因此大大減少了脈沖閥的數量,設備結構簡單;


 ?。?)使用羅茨風機作為清灰氣源。


  圖1魯奇的旋轉噴吹清灰機構及花板


  4.2高壓行噴吹技術


  該技術是國內生產袋式除塵器的主流技術,技術特點如下:


 ?。?)采用空壓機產生的壓縮空氣對濾袋進行清灰;


 ?。?)濾袋為圓形外濾式,成行成列吊掛在花板上;


 ?。?)噴吹管噴孔與濾袋一對一對中噴吹;


 ?。?)使用小口徑脈沖閥(3寸)。


  圖2行噴吹結構示意圖


  4.3分室定位反吹風技術


  分室定位反吹風是北京赫宸環境結合國內工況、吸收了電除塵器和其它袋式除塵器的優點,進行了大量的技術研發后形成的具有自主知識產權的靜態清灰袋式除塵技術。技術特點如下:


 ?。?)采用引風機出口的經凈化后的煙氣作為清灰的氣源,無需空壓系統,;


 ?。?)采用水平進風方式,水平出風的排布方式;


 ?。?)濾袋為扁形,成行成列掛在花板上;


 ?。?)清灰采用懸吊式回轉機構,每個清灰機構可覆蓋3000平米左右的濾袋,設備機構簡單。


  圖3靜態清灰袋式除塵器內部示意圖


  4.4三種技術形式運行費用比較


  表4三種袋式除塵技術運行費用比較


  5、袋式除塵器濾袋選型


  袋式除塵器保證除塵效率的核心是濾袋,為保證除塵效果,選擇了電廠常用的PPS針刺氈濾料和PTFE覆膜濾料,測試用灰來自五彩灣工業區某電廠灰庫,測試結果如表5。


  表5針刺氈及覆膜濾料數據比較


  從上表可以看出,針刺氈濾料的阻力值從開始狀態51.6上升到實驗最終階段411.6(即模擬濾料在使用3年狀態)時,也側面顯示了準東煤灰亞細顆粒多,容易產生粉塵鑲嵌,除塵器運行阻力高的情況。覆膜濾料顯示了良好的除塵效率和穩定的清灰阻力,盡管初始阻力較高,但最終阻力上升慢,有利于除塵器的穩定運行。


  靜態清灰袋式除塵技術采用與電除塵器相同的進風方式,具有運行阻力低的特點,可彌補覆膜濾料初始阻力高的缺點,在中國首臺600MW機組布袋除塵器即采用了此技術并采用覆膜濾料,運行8年來情況良好,運行阻力值在800-1000pa,粉塵出口濃度在10mg/m3左右。


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