参照重点地区燃气电厂污染物排放标准,某发电厂锅炉烟尘排放浓度力争满足不大于5mg/Nm³的目标(按烟气6%含氧量条件考虑 ),这对锅炉烟气除尘技术提出了全新的要求。目前广泛应用于大型火电机组工程实践的除尘器型式,按收尘工作原理划分,主要为两大类,即静电除尘器和袋式除尘器。
(1)静电除尘器简介
静电除尘器(以下简称电除尘器)是 依靠气体电离,粉尘粒子荷电,带电粒子在电场力的作用移动到收尘极板,从而被收集在收尘板上,在合理的清灰方式(如振打或水膜清灰)作用下,被收集在收尘极板上的粉尘落入灰斗。
除尘效率与比集尘面积和驱进速度有关。比集尘面积越大,除尘效率越高,在烟气条件一定的情况下,增大收尘极板的面积有助于提高除尘效率。驱进速度是 个很复杂的因素,它与工作温度、湿度、进口粉尘浓度、粉尘的粒径、煤灰成分等因素有关,驱进速度越大,收尘相对越容易。
电除尘器对烟气性质较为敏感,尤其受煤灰成分和比电阻的影响较大,特别是 对细轻粉尘及高比电阻粉尘难收尘。同时,煤的含硫量和-元素的影响也很明显,低硫、高比电阻粉尘的除尘效率低。当飞灰中SiO2加Al2O3的含量较高时,除尘效率显著降低,这是 因为SiO2在高温下的挥发再冷凝会形成极细的微粉,Al2O3也常是 以极微细的高岑土粉体存在,不仅难收下,而且会在极板表面附成一层膜,难以振打清灰导致电除尘器工作恶化,而且这两种成分还是 极好的绝缘材料,比电阻也很高,导致粉尘粘附力相当大,粒径微小对其荷电和收集都很难,清灰振打会造成二次扬尘,还会形成所谓电气场尘和造成电晕电流的急剧增加。微量的K2O和Na2O在有水汽的条件下对降低比电阻是 有效的,但当Al2O3和SiO2的含量较高而K2O和Na2O的含量低且灰很轻时,电除尘器难以收尘。较低烟温和较高的湿度可提高除尘效率,但也应考虑 到烟气中含有SO3导致电除尘器出现糊板、腐蚀、破坏绝缘、影响电除尘器正常工作。
电除尘器对煤灰粉尘收尘的适用性,可依据相关规范作以判定。《火力发电厂燃烧系统设计计算技术规程》DL/T5240-2010给出了静电除尘器选型的飞灰成分除尘指数分级、飞灰比电阻分级表。
(2)袋式除尘器简介
布袋除尘器的除尘机理与电除尘器迥然不同,这种不须外加能量的过滤除尘能够轻易、稳定地控制烟尘出口较低的排放浓度。
布袋除尘器主要由清灰室、滤袋、清灰系统和控制系统组成。其工作原理是 滤袋材料对烟中灰尘颗粒进行机械拦截,被拦截的飞灰颗粒在滤袋表面聚集形成一层稳定而密实的滤床,聚集在滤床上的飞灰经清灰系统压缩空气的脉冲反吹滤袋产生变形剥落,剥落后的灰在重力作用下落入灰斗。
布袋除尘器以其除尘效率显著,除尘性能不受粉尘比电阻的影响而且收集亚微米颗粒物的能力比静电除尘器强的优点,因此布袋除尘器出口烟气含尘浓度能达到20~30mg/Nm³,甚至更低。同时,处理的气体量和含尘浓度的允许变化范围大,并且除尘效率稳定。
但这种不须外加能量的过滤除尘却带来了阻力大的问题,增加了风机的能量消耗,甚至在一些选型不当、滤袋质量不佳及高浓度烟尘场合使用的布袋除尘器阻力大到系统无法运行的地步。目前布袋选用的滤料以化学纤维为主,其物理化学性能比钢结构“娇贵”,使用不当及除尘器设计不合理容易造成滤袋破损,影响除尘器的出口排放,影响设备的正常运行。可见困扰脉冲除尘器的主要问题仍在于系统阻力、滤袋选择以及后期维护等方面,运行时间越长,这些问题越突出。另外,破损布袋的后处理问题在实际应用中也日渐突显。
(3)除尘升级技术简介
近些年,辅助电除尘器或由静电除尘器衍生出来的除尘技术还有:电源优化、烟气调质、旋转电极、低温电除尘、湿式电除尘器、径流式电除尘器等,以及电除尘与袋式除尘相结合产生的电袋复合除尘器。
1)电除尘器的电源优化
电除尘器电源优化主要有新型电源(包括:高频电源、高压脉冲电源、三相电源、中频电源和恒流源)、双区供电和优化控制,其主要作用是 根据电除尘器特征和烟尘、烟气条件而有针对性的进行供电优化,尽可能的提高电除尘器的有效供电,以提高除尘效率。优化供电已成为在静电除尘器上普遍采用的方式,这其中最 主要的形式是 高频电源。
高频电源采用现代电力电子技术,将三相工频电源经三相整流成直流,经逆变电路逆变成10kHz以上的高频交流电流,然后通过高频变压器升压,经高频整流器进行整流滤波,形成几十千赫兹的高频电流供给电除尘器电场。高频电源主要包括三个部分:逆变器、变压器、控制器。其中全桥变换器实现直流到高频交流的转换,高频变压器/高频整流器实现升压整流输出,为电除尘器提供供电电源。其功率控制方法有脉冲高度调制、脉冲宽度调制和脉冲频率调制三种方法。高频电源的供电电流由一系列窄脉冲构成,其脉冲幅度、宽度及频率均可以调整。这就意味着可以给电除尘器提供从纯直流到窄脉冲的各种电压波形,因而可以根据电除尘设备的工况,提供最 佳电压波形,达到节能减排的效果。
高频电源作为电除尘器的电源优化手段,可实现节能和减排的效果,对于各种形式的电除尘器均可选用。至于采用高频电源的电场数及电场位置,可根据工程的具体情况,通过技术经济比较后确定。
2)烟气调质
烟气调质是 借助飞灰表面毛细孔的孔壁场力、静电力等作用,加入调质剂被吸附并凝结在这些毛细孔内,继而扩展到整个飞灰表面,形成一层水膜;飞灰表层所含的可溶金属离子,将溶于形成的液膜中,而变得易于迁移;在电场力作用下,溶于膜中的离子以膜为媒介,快速迁移,传递电荷,可以提高烟尘荷电和电场力的效果,以提高除尘效率。
烟气调质一般用于高比电阻粉尘条件下,某发电厂煤源来自山西烟煤或晋蒙混煤,并不属于这种高硅高铝的高比电阻粉尘,可不考虑 采用烟气调质的手段。
3)旋转电极式电除尘器
旋转电极式电除尘器是 一种高效电除尘设备,由前级固定电极电场(常规电场)和后级旋转电极电场组成,其收尘机理与常规电除尘器完全相同。
旋转电极电场中阳极部分采用回转的阳极板和旋转的清灰刷。旋转阳极板在顶部驱动轮的带动下缓慢地上下移动,附着于回转阳极板上的粉尘在尚未达到形成反电晕的厚度时,就被布置在非 电场区的旋转清灰刷彻底清除,因此不会产生反电晕现象,并最 大限度地减少了二次扬尘,增加粉尘驱进速度,大幅提高电除尘器的除尘效率,降低排放浓度,同时增强煤种适应性。
旋转电极式电除尘器可保持阳极板永 久清洁,避免反电晕,有效解决高比电阻粉尘收尘难的问题;最 大限度的减少二次扬尘,显著降低电除尘器出口粉尘浓度;减少煤灰成分对除尘性能影响的敏感性,增强电除尘器对煤种的适应性;可使电除尘器小型化,占地少;与布袋除尘器相比,阻力损失小,维护费用低。旋转电极一般常应用于电除尘器的最 末级电场。
4)低温静电除尘器
低温电除尘器主要是 通过在除尘器进口烟道上设置换热装置,通过冷源换取烟气的热量,降低除尘器进口烟温(酸露 点以下),达到低温的水平。低温电除尘器是 在常规电除尘器基础上的一次改良和升级,由于除尘器进口烟气温度的降低,可以带来以下优越性:a)除尘器处理的烟气体积流量减小,除尘器的体积可以相应减小,降低了除尘器本体的设备造价;b)飞灰比电阻降低,煤灰更易被收集,除尘效率提高,运行稳定,也更加节能;c)可有效脱除烟气中的SO3,降低尾部受热面的腐蚀风险;d)可有效利用烟气余热,提高机组热效率,或用来加热净烟气,提高排烟的扩散能力。
低温电除尘器的入口烟温一般在85~90℃,在常规理解的酸露 点温度之下,为何没有产生低温腐蚀呢?这与SO3烟气调质的作用机理有些相似,烟气中的SO3与水蒸汽结合形成气溶胶,会吸附在飞灰表面,即降低了飞灰比电阻,又除去了SO3。正由于烟气温度低于了酸露 点,SO3由气态转为气溶胶,更有效的被烟尘所吸附,通过电除尘器被收集和排除,所以不会对低温受热面产生腐蚀。
低温除尘器在日本有大量的投产业绩,相应的厂商有日立,IHI,三菱等。通过理论体系的完善和运行实例的证明,低温电除尘器是 可行的、安全的、高效的。
低温除尘体系中的前置式烟气换热器(低温省煤器),会增加通风阻力(约500~800Pa),增加一定的运行电耗,但电除尘器的运行电耗可减少,综合电耗相差不大。低温电除尘器技术可与烟气余热利用技术相结合,将烟气余热利用装置设置在电除尘入口,实现低温电除尘器,同时回收的烟气余热可用来加热部分凝结水,提高机组热效率,或用来加热脱硫后的净烟气,增强排烟的扩散能力,改善环境污染。
低温电除尘器本体较常规电除尘器的区别,目前能查阅到的文献只是 说控制漏风避免局部漏入冷风产生低温腐蚀、绝缘子加热、灰斗加热及防堵等几个问题,总体上并无太大差别。低温电除尘技术同高频电源一样,可以和其它形式的静电除尘方式组合,比如低温旋转极板电除尘器等。
5)电袋除尘器
电袋复合除尘器有机结合了电除尘器与袋式除尘器的除尘特点,先由前级电场预收烟气中70%~90%以上的粉尘量,再由后级袋式除尘捕集烟气中残余的细微粉尘。
前级电场的预除尘作用和荷电作用为提高电袋复合除尘器的性能起到了重要作用。预除尘降低了滤袋的粉尘负荷量即降低了除尘器的阻力上升率;同种电荷的荷电使得粉饼层变得疏松,在相同的粉尘负荷下,带有同种电荷的粉饼层阻力更小。这两者的共同作用使得滤袋的清灰周期变长,从而可以节省清灰能耗、延长滤袋使用寿命。同时由于进入袋式除尘器的粉尘浓度较低,减少了粉尘的磨损作用,也延长了滤袋的清灰周期,可以延长滤袋的使用寿命。电袋复合除尘器受烟温条件及烟气含硫量和含湿量影响较大,烟温高、含硫量大、含湿量高时需选用更好的滤料,成本升高。有研究显 示,前端电场放电,会产生臭氧,对布袋有腐蚀作用。布袋的寿命问题,一直电袋除尘器运行中的最 突出的问题,各电厂的实际运行情况也不尽相同,有的电厂运行三年布袋零破损,有的电厂则因为布袋破损,排放浓度超标而-停机。
电袋复合除尘器的效率不受煤种、飞灰特性影响,排放浓度容易实现在20mg/Nm³以下甚至10mg/Nm³水平,且长期稳定。排放浓度要求越高,会使电袋除尘器的通风阻力越大,运行电耗越高。
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