曹成虎，喬玉華，武永強，李東陽

(1.內蒙古鄂爾多斯雙欣電力公司，內蒙 棋盤井 016064；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 概述

大型袋式除塵器已成功應用于我國燃煤電廠300MW和600MW機組上，袋式除塵技術在微細煙塵控制方面具有一定技術優(yōu)勢[1-3]，滿足《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)要求[4]；但如設備的設計選型不合理會造成運行能耗高和濾袋壽命短的問題，影響機組的高效穩(wěn)定運行。

內蒙古鄂爾多斯雙欣電力公司2×300t/h循環(huán)流化床鍋爐機組，分別于2009年、2010年投入運行。鍋爐尾部原配備袋式除塵器，由于原袋式除塵器結構型式、設計參數(shù)選擇不合理，加上煤種變化、煙氣量增大等諸多方面的原因，造成除塵系統(tǒng)運行阻力高，嚴重影響機組帶負荷能力；同時出現(xiàn)濾袋經(jīng)常破損、除塵效率下降、煙塵排放濃度嚴重超標情況。為了解決以上問題，我們對該除塵系統(tǒng)進行了全面地分析，提出了有針對性的優(yōu)化改造方案，取得了良好的改造效果。

2 改造前除塵系統(tǒng)問題

2.1 系統(tǒng)概述

鍋爐設計燃用低熱值煙煤，循環(huán)流化床燃燒方式，通過爐內加石灰石脫硫，脫硫效率為90%。鍋爐汽水系統(tǒng)采用單汽包自然循環(huán)，固態(tài)排渣。鍋爐設計耗煤量65.7t/h，耗石灰石6.5t/h?？諝忸A熱器采用管式逆流式，設計排煙溫度為135℃；煙氣除塵為分箱體袋式除塵器，配2臺離心式引風機。煤質分析見表1，除塵器設計參數(shù)見表2。

2.2 原袋式除塵器結構型式

2×300t/h爐各配1臺分箱體袋式除塵器，結構參數(shù)相同。原除塵器進口煙道和除塵器本體如圖1所示。兩空預器出口煙道在除塵器進口前水平煙道段匯合，通過除塵器中間進口楔形煙道進行煙氣流量分配，煙氣從各個箱體下部灰斗處，自下而上進入濾袋區(qū)，經(jīng)過中箱體濾袋過濾后，凈煙氣通過提升閥匯總到中間出口煙箱，由引風機排出。

圖1 原除塵器進口煙道及本體示意

表1鍋爐煤質工業(yè)分析

項 目設計煤種2012.012012.02.21(試驗期間)Mar/%1.897.58.10Mad/%0.851.542.37Aar/%52.8948.1440.64Vdaf/%43.4239.5236.22Sar,ad/%1.591.111.40Qnet,ar/MJ·kg-12.9611.6514.43

表2原除袋式除塵器設計參數(shù)(單臺爐)

項 目數(shù) 值處理煙氣量/m3·h-1599858過濾面積/m212279過濾風速/m·min-10.81濾袋形式、材質長袋低壓,固定行噴;PPS濾袋規(guī)格/mmΦ165×7050,3360條脈沖閥參數(shù)3'';280個倉室數(shù)量/個2列,共12個入口煙塵濃度/g·m-3正常56;最大65煙塵排放濃度/mg·m-3<30除塵效率/%≥99.95煙氣溫度/℃133設備運行阻力/Pa<1200

2.3 除塵系統(tǒng)存在的問題

原袋式除塵器結構型式不合理，設計選型參數(shù)偏小，運行阻力高達到1900Pa左右，系統(tǒng)受引風機出力的限制，嚴重影響鍋爐帶負荷能力。濾袋破損頻繁，平均運行3個月每臺爐需要更換百余條濾袋，除塵效率下降，出口煙塵排放濃度>380mg/m3，引風機葉片磨損嚴重，影響機組安全運行。濾袋破損后會造成連帶影響，加速周圍濾袋破損；檢修過程中發(fā)現(xiàn)濾袋破損部位的噴吹管容易被泄露粉塵磨漏。袋式除塵器的漏風率偏高，達到了8%左右。2012年初對3、4號爐袋式除塵器進行了性能試驗，主要性能指標試驗結果見表3。

表3袋式除塵器性能試驗結果

項 目3號爐除塵器4號爐除塵器鍋爐負荷/t·h-1278275煙氣量/104m3h-173.9576.50過濾風速/mmin-11.011.04煙氣溫度/℃131135煙塵濃度/mg·m-3364385運行阻力/Pa19761900漏風率/%8.487.90引風機電流/A116/116113/114

3 除塵器改造方案研究

3.1 濾袋破損分析

除塵器結構設計不合理，煙氣流場分布不均；濾袋間距偏小，氣流上升速度過高，加上入口煙塵濃度較高，噴吹頻率增加都會造成濾袋的機械磨損[5]。鍋爐管式空預器受到煙塵磨損和腐蝕，漏風嚴重，除塵器入口氧量經(jīng)常超過10%，易造成PPS濾袋氧化失效。為了研究分析濾袋破損主要原因，2012年對破損的濾袋進行檢測，結果表明濾袋存在較為嚴重的機械性破壞，濾袋磨損痕跡十分明顯。濾料的拉伸強度很高，仍處在新濾料初始范圍內，主要原因為機械性磨損。

3.2 試驗測試和數(shù)值模擬研究

試驗測試鍋爐煙氣量大于設計值，折算到滿負荷達到77.74×104m3/h，比原設計值增加了29%，過濾風速為1.06m/min。利用計算機模擬計算，得到除塵系統(tǒng)三維流場定量描述的數(shù)值解[6-7]。按照1∶1比例建立模型，采用結構和非結構化混合網(wǎng)格。設置濾袋為多孔跳躍、速度進口、壓力出口和墻等邊界條件。采用標準k-ε雙方程模型，控制容積積分法離散控制方程，SIMPLE算法，對流項為一階迎風格式[8-9]。計算得到進氣煙道內各箱體煙氣量分布不均，前后箱體流量偏差達到20%，如圖2所示；同一箱體內靠近外側煙氣流量偏大，濾袋袋底流速高，最高達到3m/s，濾袋磨損快，與實際情況中濾袋經(jīng)常出現(xiàn)破損的位置一致，如圖3所示。

圖2 原袋式除塵器箱體進口流量分配

圖3 原袋式除塵器全流場和袋底流場分布

通過試驗測試和數(shù)值模擬分析，造成除塵器濾袋破損頻繁和運行阻力高的根本原因是設備結構設計問題，同時安裝質量和運行維護也存在不足：除塵器煙氣進、出口型式復雜，煙氣流程變化多，阻力增大；進口楔形煙道煙氣流量分布不均，各濾袋箱體流量偏差大，達到20%；濾袋間距過小，濾袋排列過于緊密，容易造成搭接，氣流上升速度高，不利于過濾和清灰；濾袋底距離灰斗上沿空間過小，沉降空間不夠；袋底流速過高，不利于流場分布，容易造成袋底灰磨損嚴重；采用離線清灰方式至少有一個倉室處于離線狀態(tài)清灰，造成過濾面積相對減少，此時過濾風速將提高到1.16m/min以上；除塵器噴吹系統(tǒng)安裝存在質量問題，造成濾袋噴吹破損。

3.3 除塵器改造方案介紹

依據(jù)對系統(tǒng)的研究結果、結合場地條件，針對循環(huán)流化床鍋爐煙塵特性[10]，制定科學合理的除塵器改造方案。改造方案見圖4，改造后布袋除塵器設計參數(shù)見表4。

圖4 袋式除塵器改造方案

(1)將原除塵器中間進氣改為兩側水平直通進氣，將兩側空預器煙道直接通過兩個進口喇叭水平引入除塵器新增殼體，取消中間楔形煙道和灰斗下進氣方式，原出口方式保持不變。

(2)在原除塵器進口前增設4500mm長殼體和鋼支架。新增殼體前1500mm部分為重力沉降室，中間設置均流板；殼體后3000mm部分內布置濾袋、噴吹閥和提升閥等，增加除塵器總過濾面積；新增殼體內設置旁路系統(tǒng)，設置灰斗和輸灰系統(tǒng)。

(3)將原上箱體、中箱體提高3000mm，濾袋增長至7550mm。上箱體、花板、噴吹系統(tǒng)、提升閥布置利舊。

(4)拆除原中箱體內的中間隔板，增加設置必要的斜撐和橫撐，保證設備整體強度，將單側濾袋中箱體內聯(lián)通。保留原凈氣室內的隔板和提升閥，仍然可以實現(xiàn)在線檢修和更換濾袋。

3.4 改造后對系統(tǒng)運行影響

(1)通過數(shù)值模擬優(yōu)化除塵器改造方案，計算改造后清潔濾袋設備本體阻力為610Pa，考慮粉塵層增加的阻力，設備最大運行阻力為1200Pa左右[11]，比改造前系統(tǒng)阻力降低約700Pa。2012年5月3號爐袋式除塵器改造投運后，在鍋爐負荷295t/h工況下，設備運行阻力為1100Pa，與改造前計算結果基本一致，達到改造預期效果。

(2)3、4號爐除塵器改造后實現(xiàn)鍋爐滿負荷穩(wěn)定運行，引風機電流明顯降低，系統(tǒng)能耗降低，同時增加了系統(tǒng)發(fā)電量，每年創(chuàng)造經(jīng)濟效益1552.6萬元(見表5)。煙塵排放濃度≤30mg/m3，實現(xiàn)煙塵達標排放。表中機組年利用小時按5500h計算，電費按0.35元/(kW·h)計算。

表4改造后袋式除塵器設計參數(shù)(單臺爐)

項 目參 數(shù)處理煙氣量/m3·h-1739500過濾面積/m214872過濾風速/m·min-10.828濾袋形式、材質長袋低壓,固定行噴;PPS脈沖閥參數(shù)3'';320個濾袋規(guī)格/mmΦ165×7550,3800條倉室數(shù)量/個2個煙塵排放濃度/mg·m-3<30除塵效率/%≥99.95設備運行阻力/Pa<1200

表5改造前后系統(tǒng)運行經(jīng)濟性對比

除塵器鍋爐負荷/t·h-1運行阻力/Pa引風機電流/A改前改后改前改后改前改后減少電耗104(kW·h)/a增加電量104(kW·h)/a濾袋節(jié)約費萬元/a經(jīng)濟效益萬元/a3號爐27829519761100116/11689/90175200028789.254號爐27529219001090113/11498/9999200228763.35

4 結語

(1)袋式除塵技術能夠滿足火電廠煙塵排放標準要求，除塵器本體結構型式和選型設計參數(shù)十分關鍵，直接影響設備運行阻力和濾袋使用壽命，影響機組安全穩(wěn)定運行。

(2)改造項目要針對鍋爐機組煙氣除塵系統(tǒng)存在的關鍵問題進行全面分析，充分利用現(xiàn)場試驗測試、實驗室研究和計算機數(shù)值模擬等多種研究手段，制定科學合理的改造方案。

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