新型電袋復合式除塵器技術的發(fā)展和應用

新型電袋復合式除塵器技術的開展和應用摘要電袋復合除塵器已成為具有良好應用前景的高效除塵器。論文分析電袋除塵器的應用現(xiàn)狀和類型,討論電袋除塵器在應用過程中需要注意和有待解決的粉塵荷電、煙氣流分布、荷電效應等問題。由于電除塵器的造價呈現(xiàn)越來越高的趨勢,而布袋由原來的純進口逐漸轉變?yōu)閲膺M口、國內(nèi)縫制,加工周期越來越短,品質(zhì)越來越高,價格也呈現(xiàn)下降的趨勢。因此，電袋復合式除塵器會在我國今后很長一段時間內(nèi)迅速開展。目錄TOC\o"1-3"\h\u23378摘要 127259引言 124775一、電袋除塵技術 188961.1采用采用電袋除塵器的原因 1321731.2電袋除塵技術研究進展 171791.3電袋除塵器的類型 2159821.4電袋復合式除塵器的特點 3322511.5電袋復合除塵器的工作原理 311684二、電袋復合除塵技術的研究方法 527758三、電袋除塵器應用的有關問題 5155373.1電除塵區(qū)電場數(shù)量的選擇 510753.2電除塵區(qū)與布袋除塵區(qū)之間的煙氣均流問題 6108143.3有關粉塵荷電 646363.4布袋區(qū)過濾風速與濾袋壽命 67539四、國內(nèi)電袋除塵器的研究開發(fā) 632713五、尚待解決的關鍵技術 79254參考文獻 7引言目前,我國燃煤電廠鍋爐配套的除塵設備大局部為電除塵器,有些電廠的電除塵器由于老化已達不到原有的除塵效率,且隨著人民生活水平的日益提高,國家對大氣質(zhì)量的控制也越來越嚴格。為滿足環(huán)保要求,目前電廠中在役的局部電除塵器必須進行改造。新建電廠尤其是采用循環(huán)流化床鍋爐,燃用矸石的電廠,為了達標排放大多采用布袋除塵器,其收塵能力尤其是對于細微塵粒的收塵效率大大高于電除塵器。電除塵器和袋式除塵器在工業(yè)粉塵治理中都發(fā)揮了重要的作用,但它們又都存在著自身難以克服的缺乏。基于布袋除塵器和電除塵器兩種成熟的除塵理論,人們結合兩者的優(yōu)點提出了一種新的除塵技術——電袋除塵器。電袋除塵器的開展是以電除塵器和布袋除塵器為技術基準。電袋除塵技術的核心目標是保證低量排放的條件下,提高設備的可靠性,延長濾袋使用壽命。一、電袋除塵技術1.1采用采用電袋除塵器的原因對電除塵器來說,發(fā)生各種故障的主要后果是排放超標。對布袋除塵器來說,發(fā)生故障的主要后果是破袋造成排放超標或系統(tǒng)阻力大。但在電袋除塵器中,即使發(fā)生各種故障,造成的后果也大大減輕。其原因主要是:電除塵器發(fā)生故障不會影響整個設備的排放濃度,對系統(tǒng)的正常運行影響很小。布袋除塵器的過濾速度是按電除塵器因故障不能運行時設計的,非常保守可靠。如果電除塵器發(fā)生故障,會增加設備的噴吹頻率,阻力也會有一定的增加,但不會影響除塵器的正常運行。(2)布袋除塵器即使發(fā)生破袋對排放濃度的影響也大大減小。在經(jīng)過電除塵后,進入布袋除塵器的粉塵濃度約在原煙氣粉塵濃度的1/5左右。如果發(fā)生同樣大小面積的破袋,對電袋除塵器的粉塵排放濃度來說,其影響也只有純布袋除塵器的1/5左右。(3)造成布袋阻力增加的因素其影響程度有所緩和。影響布袋除塵器阻力的因素較多,如煙塵濃度、點爐時的油霧、濾料的選型、設備的清灰系統(tǒng)設計、過濾速度的選取等等。在電袋除塵器中,荷電以后的粉塵會變得更容易清灰;即使煙塵濃度有了大幅度增加,在經(jīng)過電場的預除塵后,對后續(xù)的布袋除塵器的影響也會變小;燃油點爐產(chǎn)生的油霧在經(jīng)過電場后其影響程度也大大減小。這些都有助于減少系統(tǒng)故障的發(fā)生。1.2電袋除塵技術研究進展電袋除塵技術是將電除塵器與袋式除塵器作有機組合，這種組合式裝置綜合了傳統(tǒng)的電除塵和袋式除塵技術的優(yōu)點。電除塵器作為捕集煙氣粉塵的前級設備發(fā)揮了除塵效率高、能處理高溫大煙氣量含塵氣體且占地面積小、阻力小等優(yōu)點。通過電場先將煙氣中的大局部粉塵顆粒捕集，由電除塵器出來的高比電阻、細顆粒且難以捕集的煙塵進入袋式除塵器。由于粉塵含量已大大減少，那么袋式除塵器的氣布比增大，使袋式除塵器的尺寸可以設計得比擬小，確保了整個除塵系統(tǒng)的除塵效果。1.3電袋除塵器的類型電袋除塵器是電除塵器與布袋除塵器的組合?，F(xiàn)在世界上主要有兩種型式的電袋除塵器,一種稱之為電袋組合除塵COHPAC(CompactHybridParticulate-Collector),中文稱組合緊湊型除塵器,由美國電力研究所(EPRI)的RamsayChang博士開發(fā),HamonRasearchCottrell將之實現(xiàn)工業(yè)性應用。還有一種稱之為電袋復合除塵器AdvancedHybrid(AdvancedHybridParticulate-Collector),中文稱嵌入式除塵器,由美國能源部的能源與環(huán)境研究中心開發(fā)并在小型試驗上取得了成功。COH-PAC就是所謂"前電后袋"的組合型除塵器,現(xiàn)在我國國內(nèi)采用的電袋除塵器全部為COHPAC方式。根據(jù)電除塵器與布袋除塵器的連接方式,電袋除塵器從型式上又分為:電袋串聯(lián)式(組合式)、電袋復合式(嵌入式)兩種。電袋串聯(lián)式除塵器也稱電袋組合式除塵器(COHPAC方式,簡稱電袋組合除塵器),目前被廣泛應用于電廠除塵器改造或新建電廠中;電袋復合式除塵器(AdvancedHy-brid方式、嵌入式),目前在我國尚處于實驗室階段。電袋組合除塵器從外形上分為一體式和分體式兩種,目前國內(nèi)大局部采用一體式。電袋組合除塵器從布袋的吹灰方式上分為電除塵+行噴吹和電除塵+旋轉噴吹兩種。1.4電袋復合式除塵器的特點優(yōu)點：(1)先用電除塵器除去大量的粉塵(大約為入口煙氣中粉塵含量的70%～85%左右),降低布袋除塵器入口煙氣中的含塵量,然后利用布袋除塵器除去煙氣中剩余的微細粉塵,保證達標排放;(2)雖然電除塵器本身也有一定的阻力,但由于布袋除塵器的粉塵負荷大大降低,且荷電后的粉塵形成的粉餅層比擬疏松,所以布袋除塵器的阻力可以明顯減小,電袋復合式除塵器的阻力可以低于布袋除塵器的阻力(約為800～1200Pa);同時由于清灰頻率的降低,電袋復合型除塵器中濾袋的使用壽命會長于相同工況條件下布袋除塵器中的濾袋壽命,電袋除塵器的粉塵排放濃度也要低于布袋除塵器;電場預除塵不僅可以降低濾袋的粉塵負荷量,還會使濾袋外表的粉餅層變得疏松。這是因為煙氣粉塵通過前級電場電暈荷電后,由于帶上同極電荷而產(chǎn)生相互斥力,使形成的粉塵層孔隙率高、透氣性好,易于剝落。這樣就可以降低清灰頻率,延長濾袋的清灰周期,節(jié)省清灰能耗,延長濾袋使用壽命;電袋復合式除塵器由于具有2種不同原理、不同結構的設備,看上去比擬復雜。但根據(jù)現(xiàn)在實際運行情況看,日常運行管理還是比擬簡單。缺點：(1)雖然比擬袋式除塵器而言阻力有所降低,但還是較高,在新建和改造時必然增加吸風機的資金投入;(2)在機組滅火和初次投運時必須進行預涂灰措施,否那么對后部的布袋會造成損壞和堵塞,造成阻力增大及排放量增加;為實現(xiàn)在線檢修、更換濾袋和保證機組運行的可靠性,就必須在除塵器的入口和出口增設一定數(shù)量的關斷閥門并安裝旁路煙道(即可滿足機組單側運行的條件),增加輔助設備數(shù)量及相應的控制系統(tǒng),那么投入資金和維護費用會有大幅提高。1.5電袋復合除塵器的工作原理電袋復合除塵器是電除塵與布袋除塵有機結合的一種新型高效的除塵器電除塵和布袋除塵技術優(yōu)勢互補，含塵氣體首先經(jīng)過ESP區(qū)收集80%~90%的粉塵量,經(jīng)電場荷電的粉塵通過收塵極板的開孔到達后級布袋進行過濾,保證低濃度排放。環(huán)行電一袋復合除塵器的結構與特點唐敏康等在分析幾種類型的電一袋復合除塵器的根底上，提出了一種新型的環(huán)行電一袋復合除塵器．裝置結構見下列圖，該裝置整體上包括兩塊同心阿的收塵極板，兩板間布置電暈拔線，內(nèi)圓布置濾袋和氣流轉向時的導流板。裝置的特點有：1)在內(nèi)收塵極板上適當位置開有適當孔徑的氣孔，氣流折入濾袋，對應的地方為一矩形開口；2)導流板除具有使氣流均勻、減小阻力的作用外，還具有預收粗塵的作用；3)在環(huán)行電場巾，由于氣流作局部環(huán)流，荷電的粉塵粒子在電暈線外側所受的電場力與其離心力一致，所以更利于粗粉坐的收集；4)由于在整個箱體內(nèi)存在一種負壓梯度場，更有利于粉塵從氣體中別離；5)結構緊湊，采用流線型設計。環(huán)形電場中粉塵顆粒的受力及運動除塵器的結構決定其內(nèi)部漉場和濃度場的分布，盡管荷電粒子在電場中的傳輸是一種復雜的物理過程，但從總體上看不外乎如下幾種場的作用：流場、擴散場和力場(靜電力和重力)。荷電粒子就是受這些因素的共同作用而被捕集的。在環(huán)形電場中荷電粉塵顆粒除受到重力、靜電力和空氣黏性力作用之外，還有一種使其作離心運動的離心力。電袋復合除塵器利用粉塵荷電效應提高了濾袋粉塵過濾特性，經(jīng)過電除塵器的粉塵在荷電效應作用下減少了除塵器的阻力，清灰效率高、延長濾袋的壽命除塵器性能與單獨的電除塵器、袋式除塵器比擬具有明顯的性能優(yōu)勢。如表所示二、電袋復合除塵技術的研究方法作為新的除塵技術，目前電袋復合除塵技術的研究還主要在試驗研究階段。主要對以下幾個方面進行了研究：電袋復合除塵機理的研究。在分別研究電除塵原理和袋式除塵原理的根底上，主要討論了荷電粉塵的過濾特性。這也是電袋復合除塵性能優(yōu)越的主要原因所在。電袋復合除塵的物理實驗研究。有學者對荷電粉塵捕集特性、濾料動態(tài)性能、荷電粉塵層特性等進行實驗，對各種影響除塵性能的因素進行實驗研究分析電袋除塵器運行仿真及仿真設計的研究，在建立數(shù)學模型的根底上，開發(fā)仿真軟件進行仿真運行實驗或設計計算機仿真技術，為電袋除塵器的運行和設計研究提供了很好的研究平臺。相對物理實驗在計算機上進行實驗更加簡單經(jīng)濟。三、電袋除塵器應用的有關問題3.1電除塵區(qū)電場數(shù)量的選擇目前電袋組合除塵器的電場數(shù)量有采用一電場的,也有采用二電場的。同等條件下,采用二電場的電袋組合除塵器投資相對于采用一電場的要高,其運行功耗也相對較高。我國電除塵器的設計制造、運行維護技術經(jīng)過幾十年的開展已很成熟,運行中故障少;另外,電廠煙氣含塵濃度遠遠小于水泥、冶金行業(yè)的煙氣含塵濃度。所以,在電袋組合除塵器選型時采用一電場比擬適宜,是否采用二電場值得斟酌。比集塵面積是電除塵器的一項重要參數(shù)。在電袋組合除塵器的設計中,如何選擇適宜的比集塵面積,既能保證電除塵區(qū)80%以上的除塵效率,又能使電袋組合除塵器的造價最低,還需要國內(nèi)各制造商、研究院所進行進一步總結、研究、分析。3.2電除塵區(qū)與布袋除塵區(qū)之間的煙氣均流問題電除塵器為水平進氣,水平出氣;布袋除塵器為下部或側面進氣,上部出氣;而電袋組合一體式除塵器由于其結構限制,采取水平進氣,上部出氣,在電除塵區(qū)向布袋除塵區(qū)過渡區(qū)間,需要將氣流進行引導為適合布袋除塵的進氣方式。3.3有關粉塵荷電至今為止,國內(nèi)尚無有關粉塵荷電的試驗數(shù)據(jù)。另外,煙氣通過電除塵區(qū)后,已有約80%的粗大顆粒粉塵荷電后沉積到收塵極板上,剩余約20%的細微顆粒在電場內(nèi)的停留時間很短僅約4s,在這局部細微顆粒粉塵中究竟有多少能夠荷電?荷電程度如何?其保持時間是多少?是否在其到達濾袋外表后仍具有荷電效應?這一系列問題都需要通過根底和工業(yè)試驗數(shù)據(jù)來證實。為了電袋除塵器技術的進一步開展,人們期待國內(nèi)具有研究和試驗實力的機構能夠對上述問題給出權答復,并逐步對電袋除塵器制定標準和標準。3.4布袋區(qū)過濾風速與濾袋壽命袋式除塵器要選擇適宜的過濾風速,以免含塵氣流沖刷濾袋導致濾袋破損;另外,過濾風速的選取也與濾袋的材質(zhì)有關。按照目前國內(nèi)電廠普遍使用的進口聚苯硫醚PPS(PolyPhenyleneSulfide)纖維濾袋為基準,純袋式除塵器的過濾風速通常>1m/min,而電袋組合除塵器袋區(qū)的過濾風速從1~1.2m/min,也就是說在相同條件下,電袋組合除塵器濾袋的總面積比純布袋除塵器濾袋的總面積可減少約16.7%。電袋組合除塵器比純布袋除塵器由此減少的造價不及由電除塵區(qū)增加的造價。從濾袋壽命來看,電袋組合除塵器濾袋的使用壽命期望值應當高于純布袋除塵器,但電袋組合除塵器的出現(xiàn)時間尚短,國內(nèi)無這方面的數(shù)據(jù)。所以目前不管是電袋組合除塵器還是純布袋除塵器,工程應用中其濾袋(進口PPS纖維)使用壽命一般均要求為約30000h,單從此點看電袋組合除塵器尚未到達延長濾袋使用壽命的預期目標。四、國內(nèi)電袋除塵器的研究開發(fā)目前我國采用的電袋除塵器全部為COHPAC方式國內(nèi)第一臺電袋除塵器于2002年推出并在水泥廠成功投入工業(yè)運行。2004年，這種新型除塵器應用于電站鍋爐除塵改造工程，創(chuàng)造了電力行業(yè)的應用實例，使這一技術的實踐領域不斷拓寬電袋除塵技術也運用于多數(shù)電除塵器的改造，多數(shù)電除塵器為3、4個電場有些甚至有5、6個電場，而,粉塵的80%以上幾乎在第一電場被捕集，后面的僅捕集粉塵的20%，并且不一定到達排放標準，存在事故排放，假設是采用這種前電后袋式對電除塵器進行改造，即僅保存前一電場后面的電場全部或局部改為袋除塵。這樣煙氣可以達標排放而且減少投資費用然而盡管袋除塵中濾袋負荷減少減少了清灰次數(shù)，但處理氣體量不變甚至會因為漏風增加其處理風量，所以整個裝置還是存在阻力大運行費用大等缺乏。近年來國內(nèi)一些科研院和企業(yè)也相繼開展了電袋結合除塵技術的研究與開發(fā)。同方環(huán)境、清華同方、福建龍凈等公司的電袋除塵技術都有了一定的市場業(yè)績，其中同方環(huán)境和清華大學熱能系燃燒源可吸入顆粒物形成機理與脫除組合作進行DDH系列電袋緊密結合除塵器的開發(fā)與研究。建立了套實驗裝置對電袋緊密混合除塵器內(nèi)的電流場和灰餅的