“静电除尘与布袋除尘”联合除尘在燃煤电厂的应用研究分析

摘要 介绍了我国电除尘器目前面临的主要问题和采取的改造措施及效果,对研究开发“静电布袋”联合除尘的必要性进行了讨论,并分析、探讨了其主要结构形式、技术特点和应用前景。

据统计,燃煤电厂每年向大气中排放的粉尘超过300万t[1],造成严重的环境污染。目前,我国燃煤电厂中应用最广泛的除尘装置是静电除尘器,占90%以上。但是,由于电除尘器对煤质的要求比较严格,弹性不够大,因此,很难满足《火电厂污染物排放标准》(GB132232003)的要求,其应用和发展正面临前所未有的危机。“静电布袋”联合除尘是基于静电除尘和布袋除尘两种成熟的除尘理论而提出的一种技术。它结合了静电除尘和布袋除尘的优点,除尘效率高(排放质量浓度可以低于30mg/m3),既能满足新的环保标准,又增加运行可靠性,降低电厂除尘成本。因此,“静电-布袋”联合除尘对现役电厂静电除尘器改造和新建电厂除尘设备的选择具有重要意义。

静电除尘器图片

 

布袋除尘器图片

1 电除尘器在我国燃煤电厂的应用现状

对于电除尘器面临的问题,可以从以下几方面认识:随着国家对SO2排放控制力度的加大,许多电厂不得不改用低硫煤,或者添加烟气脱硫装置,降低了电除尘器的除尘性能[2];一般电除尘器很难保证粉尘排放质量浓度为50mg/m3或者更低;对粒径小于2.5μm甚至亚微米级的超细颗粒捕获率较低;只适用于捕集电阻率为1041010Ω·cm的粉尘,对低于或高于此范围的粉尘捕集很差;洁净煤技术正在推广,而电除尘器对这类粉尘捕集率较低;除尘效率受诸多因素(烟温、烟气流速、飞灰特性等)的影响,波动较大,对煤种的变化比较敏感,设计驱进速度命中率不高。

针对上述问题,人们采取了各种各样的措施来改善除尘器的性能。主要有:从除尘器的本体结构着手,通过增加电场数,改变极配,更换电源等,对电除尘器进行全方位的改造;增加驱进速度裕量,提高驱进速度的命中率;向烟气中喷入H2O、SO2、NH3或者其他调质剂进行烟气调质,通过改变烟气和粉尘的理化特性,来提高除尘效率;改用其他形式的除尘装置,如布袋除尘器[3];有的电厂甚至采取降低锅炉运行负荷的方式来保证烟气含尘浓度达到排放标准。

但是,期望通过上述方法来提高除尘效率是极其有限的、不经济的,甚至是行不通的。例如:据实验,若设计驱进速度比实际值低10%,那么在设计中就要多付出11.11%的收尘面积作为代价;单纯通过增加电场数目、改变极配、更换电源等方法提高除尘效率的效果并不好,而且本体结构的加大会导致成本的增加[4];在烟气中加入NH3,在改善除尘效果的同时,会产生很黏的沉积物,从而导致清灰性能恶化,用水洗又会造成电除尘器外壳和极板的腐蚀;而我国对布袋除尘器的研究还不够,国产滤料耐温性、耐腐蚀性差,使用寿命短,进口滤料因其价格较高而增加设备的运行维护费用。目前,布袋除尘在我国很难得到广泛应用[3]。

2“静电布袋”联合除尘

2.1“静电布袋”除尘的方式自20世纪中叶人们提出将两种高效的除尘方式有机结合在一起,开发一种更加高效的新型除尘器以来,“静电布袋”联合除尘的理论已经比较成熟,迄今主要有以下3种联合除尘方式。

2.1.1“预荷电+布袋”形式含尘气流先通过预荷电区,在高压电场中,粉尘充分荷电并凝并成较大的粒子,然后由袋式除尘器收集。还有的在袋式除尘器内设置电场,可加与荷电尘粒极性相同的电场,也可加与荷电尘粒极性相反的电场。极性相同时,电场力与流场力相反,尘粒不断透过纤维层,效率很高,同时由于排斥作用,沉积于滤袋表面的粉尘层较疏松,过滤阻力减小,使清灰变得更容易一些。

2.1.2“静电-布袋”并列式这种方式是将1排袋滤器和1组电极相间排列,实现了电除尘与袋式除尘机理的有机融合,其形式如图1所示。它既适用于新建的设备,也适用于老电除尘器的改造。

2.1.3“静电布袋”串联式这种形式的联合除尘方式,前级收尘为电除尘,后级为袋式除尘(如图2)。这种除尘器特别适用于已投产不达标,场地受到限制的电除尘器的改造,一般情况是保留原电除尘器的前级电场,将后级电场改为袋式除尘。由于不增加原电除尘器的宽度、高度,改造的工作量小,施工周期短,投资可低于单独采用袋式除尘器或电除尘器的费用,同时排放质量浓度可长期稳定保持在50mg/m3以下,性能优越。

2.2“静电-布袋”除尘的技术特点电除尘器因其处理烟气量大,压力损失小,除尘效率高等特点而被广泛应用,袋式除尘器的优点是:除尘效率不受粉尘电阻率特性的影响;捕集微米、亚微米级粉尘效率高;装置大小(过滤面积)只取决于过滤烟气量,效率并不是最重要的决定因素等[5]。与常规电除尘器、布袋除尘器相比,“静电布袋”联合除尘具有以下优点。

(1)除尘效率不受粉尘特性影响,效率稳定,适应性强。与电除尘器相比,“静电-布袋”除尘器对粉尘电阻率有很宽的适用范围。常规静电除尘器的除尘效率受煤种、锅炉负荷和工况、粉尘电阻率等因素的影响,运行稳定性差甚至不能正常工作。而联合除尘能发挥布袋除尘器对煤种适应范围广,受锅炉负荷变化及烟气量波动影响小,不受粉尘电阻率影响等特性,使电除尘器在运行过程中,不必考虑捕集电阻率小于104Ω·cm和大于1011Ω·cm的粉尘效率低的问题。可见,后续布袋除尘器使得电除尘器本身的技术瓶颈不再那么明显,有效解决了由于煤种变化或燃用低硫煤而导致电除尘器除尘效率降低的问题,使电除尘器对于煤质变化不再敏感,而且提高了整体除尘设备运行的稳定性、可靠性。

(2)结构紧凑,占地面积小。与布袋除尘器相比,静电除尘器已经除去了大部分粉尘,大大降低了滤袋负荷,因而可以选择较高的过滤风速,需要较少的滤袋,结构紧凑,降低占地面积。同时,可以选择较大的滤袋间距,解决了脉冲布袋除尘器因滤袋较密而在清灰时引起的二次扬尘问题。

(3)过滤阻力减小,滤袋寿命增长。电除尘器作为布袋除尘器的一级除尘系统,可以大幅降低袋式除尘器入口烟气的含尘浓度,与普通布袋除尘器相比,“静电-布袋”联合除尘器的布袋单元负荷大大降低,因而可以选择较长的清灰周期和较低的喷吹压力,从而延长滤袋的使用寿命。另外由于静电作用,滤袋表面沉积的粉尘层具有松散的组织,过滤阻力低。

(4)对微细粉尘的捕集效率高。袋式除尘器对微米或亚微米数量级的粉尘粒子捕集率较高,一般可达到99%甚至99.99%,而除尘效率为99.5%的电除尘器只能捕集20%的0.5μm的粉尘[5]。由此可见,袋式除尘器可以有效地捕集电除尘器未能捕集的大量超细粉尘,可以实现出口粉尘排放质量浓度低于30mg/m3甚至更低,有效减小超细粉尘排放对大气环境和人体健康所产生的危害。另外,粉尘经过静电除尘器荷电后,静电力作用增强,布袋除尘器对微细粉尘的捕集效率也得到提高。

3“静电布袋”联合除尘的应用前景

3.1用于静电除尘器的改造通过对电除尘器本体结构改造来提高除尘效率,以使烟气含尘浓度达到排放要求,是难以实现的。目前,我国的燃煤电厂大都采用的是静电除尘器,如果将其完全拆除改用效率更高的布袋除尘器,势必会造成很大的浪费,是不经济的。而且我国对布袋除尘器的研究还不深入,国产滤料的质量还比较差,使用进口滤料将增加设备的运行维护费用,因此在我国大面积使用布袋除尘器还不太实际。而采用“静电-布袋”联合除尘,一方面不必拆除原有的除尘设备,能够实现最大限度的再利用,降低投资成本,另一方面可以降低对后续布袋除尘器滤料的要求,采用价格相对较低的国产滤料就可以实现较高的除尘效率。

3.2作为新建电厂的除尘方式目前国家对新建、扩建电厂的烟气排放要求更为严格,粉尘排放质量浓度要求低于50mg/m3,这是单一静电除尘器所不能实现的。而“静电布袋”联合除尘将目前2种最为高效的除尘装置有机结合,既可以发挥静电除尘器捕集粗颗粒粉尘效率高的特点,又降低了袋式除尘器单元的粉尘负荷和对滤料性能的要求,降低了设备的运行维护费用,同时提高了设备运行的稳定性、可靠性,是一种较好的除尘方式。

4 结语

我国煤炭资源的客观实际和环保要求的逐渐提高,单一的电除尘器已不能稳定、安全、可靠、高效地运行,单纯依靠电除尘器已很难满足排放要求,而布袋除尘器目前还难以被广泛应用。“静电布袋”联合除尘实现了静电和袋式除尘器的有机结合,提高了除尘效率,最大限度地发挥了两者的优点,而且互补了各自的不足。“静电布袋”联合除尘为现役静电除尘器的改造、新建以及扩建电厂的除尘方式提供了一种经济有效的方案。在我国,随着“静电-布袋”联合除尘研究、开发的深入和技术的不断完善,前景十分广阔。