謝春玲 汪小田

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科學(xué)評價

燃煤鍋爐煙塵提標(biāo)改造方案

謝春玲 汪小田

謝春玲本文針對燃煤鍋爐的煙塵在提標(biāo)改造過程中的可行性方案進(jìn)行了詳細(xì)的比較，提出的比選標(biāo)準(zhǔn)，可在鍋爐煙塵改造行業(yè)起到借鑒作用。

如付諸現(xiàn)實將對鍋爐改造單位產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。

燃煤鍋爐煙氣除塵經(jīng)歷了由初級到高級的發(fā)展過程，目前廣泛應(yīng)用于市場的包括布袋除塵器與靜電除塵器。本文簡述了靜電除塵器和布袋除塵器的除塵原理，并結(jié)合單位鍋爐房實際情況，對4電場靜電除塵器和布袋除塵器從技術(shù)性能與經(jīng)濟方面進(jìn)行了比較，給出了鍋爐房煙塵提標(biāo)改造最終方案。

近年來，灰霾天氣日益?zhèn)涫荜P(guān)注，其主要影響因子為PM2.5 、PM10，PM2.5被吸入人體后會進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。

針對灰霾天氣，全國各省市都出臺了相應(yīng)的治理目標(biāo)與方案，2013年西安市針對日益嚴(yán)重的灰霾天氣制定了《西安市“治污減霾”工作實施方案（2013年）》，主要內(nèi)容如下：全市范圍內(nèi)除集中供熱設(shè)施外，禁止新建任何燃煤鍋爐；完成450臺20蒸噸以下燃煤鍋爐拆改任務(wù)；完成20蒸噸以上污染物排放量較大燃煤鍋爐改造任務(wù)；嚴(yán)格控制煤炭新增消費量，增加清潔能源的供應(yīng)量，推廣清潔能源項目。

單位鍋爐房現(xiàn)有4臺20t/h燃煤鍋爐，鍋爐燃燒過程排放的煙塵含有PM2.5 、PM10，對灰霾天氣造成一定的“貢獻(xiàn)”，因此，為了積極響應(yīng)西安市“治污減霾”專項行動，實施鍋爐大氣污染物中煙塵的削減是一項有意義的工作。本文就鍋爐除塵裝置的方案比選做必要的研究。

現(xiàn)狀分析

單位鍋爐房現(xiàn)有4臺20 t/h燃煤鍋爐，其中1#、2#鍋爐建于1991年，3#鍋爐建于1995年，4#鍋爐建于2005年，目前，采用先干式除塵后濕式脫硫的干濕兩級脫硫除塵工藝，其中除塵采用新型模塊式多管除塵器，除塵效率約為95%，脫硫運用石灰-石膏濕式脫硫技術(shù)，脫硫效率約為90%。

鍋爐房大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)——地方標(biāo)準(zhǔn)

2013年，西安市環(huán)境保護(hù)局以 ［2013］48號《西安市環(huán)境保護(hù)局關(guān)于加快實施燃煤鍋爐煙氣污染綜合治理的通知》明確提出了燃煤鍋爐煙塵治理項目必須進(jìn)行煙塵提標(biāo)改造，處理后煙塵排放濃度≤30mg/m3。單位2012～2013年鍋爐大氣污染物排放情況如表1所示。

表1　鍋爐房大氣污染物2012～2013排放情況

從上表可以看出，單位鍋爐煙塵排放濃度不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

鑒于此，需對鍋爐房4臺20t/h鍋爐的除塵系統(tǒng)進(jìn)行全面改造，以使煙塵排放濃度≤30mg/m3。

單位燃煤鍋爐煤質(zhì)參數(shù)與運行參數(shù)

表2　鍋爐房煤質(zhì)與運行參數(shù)

除塵方案比選

燃煤鍋爐煙氣除塵經(jīng)歷了由初級到高級的發(fā)展過程，除塵器的選用由初期的旋風(fēng)除塵器、水膜除塵器、多管除塵器到目前廣泛應(yīng)用的布袋除塵器與靜電除塵器，為了尋找適合單位鍋爐除塵改造的方案，下面重點對布袋除塵器與靜電除塵器進(jìn)行比較分析。

布袋除塵器

布袋除塵器是一種干式高效除塵器，它是利用纖維編織物制作的袋式過濾元件來捕集含塵氣體中的固體顆粒物的除塵裝置。其作用原理為：當(dāng)含塵氣流流經(jīng)濾布時，比濾布空隙大的微粒，由于重力作用沉降或由于慣性作用被濾布擋??；比濾布空隙小的微粒，由于和濾布發(fā)生碰撞或被濾布纖維表面“集塵層”吸附，而停留在濾布的表面和空隙中，因此，袋式除塵器對于比濾布空隙小的粉塵微粒同樣也可以取得很好的效果。

按照清灰方式的不同，袋式除塵器可分為機械振動類、分室反吹類、噴嘴反吹類、振動反吹并用類、脈沖噴吹類。脈沖噴吹袋式除塵器是利用壓縮空氣在極短的時間內(nèi)高速噴入濾袋，同時誘導(dǎo)數(shù)倍于噴射氣流的空氣，形成空氣波，使濾袋由袋口至底部產(chǎn)生急劇的膨脹和沖擊振動，造成積塵下落的作用。脈沖噴吹袋式除塵器因電耗相對于其他袋式除塵器小且清灰效果好而被廣泛應(yīng)用。

含塵氣體從袋式除塵器入口進(jìn)入后，由導(dǎo)流管進(jìn)入各單元室，在導(dǎo)流裝置的作用下，大顆粒粉塵分離后直接落入灰斗，其余粉塵隨氣流均勻進(jìn)入各倉室過濾區(qū)，過濾后的潔凈氣體透過濾袋經(jīng)上箱體、提升閥、排風(fēng)管排出。隨著過濾工況的進(jìn)行，當(dāng)濾袋表面積塵達(dá)到一定厚度時，由清灰控制裝置按設(shè)定程序關(guān)閉提升閥，控制當(dāng)前單元離線，并打開電磁脈沖閥噴吹，抖落濾袋上的粉塵。落入灰斗中的粉塵經(jīng)由卸灰閥排出后，利用輸灰系統(tǒng)送出。

靜電除塵器

靜電除塵器是利用強電場電暈放電，使氣體電離產(chǎn)生大量自由電子和離子，并吸附在通過電場的粉塵顆粒上，使煙氣中的粉塵顆粒荷電，荷電后的粉塵顆粒在電場庫侖力的作用下被吸向極板并聚集在極板上，聚集在極板上的灰通過振打周期性地被去除并落入灰斗，再通過灰斗系統(tǒng)排出，從而達(dá)到收塵的目的。

靜電除塵器可以通過加長電場的長度來提高捕集效率，一般來說，當(dāng)使用3個電場時，捕集效率可達(dá)99%，若使用4個電場時，捕集效率可達(dá)99.4%。

經(jīng)濟技術(shù)比選

單位鍋爐房鍋爐煙塵產(chǎn)生濃度約3000mg/m3，為滿足煙塵排放濃度小于30mg/m3標(biāo)準(zhǔn)要求，要求除塵器的除塵效率必須大于99%。但由于3電場靜電除塵器除塵效率在99%左右，不能確保鍋爐煙塵排放濃度≤30mg/m3，因此選用4電場靜電除塵器與脈沖噴吹袋式除塵器進(jìn)行比較分析。下面從技術(shù)性能、煙塵處理效果、經(jīng)濟指標(biāo)、排污費等方面進(jìn)行比選。

（1）技術(shù)性能

表3　兩種方法技術(shù)性能對比

（2）煙塵處理效果

以鍋爐房實際運行情況為例，通過理論公式計算出4電場靜電除塵器與脈沖噴吹袋式除塵器除塵效果如下。

表4　除塵效果對比

圖1　布袋除塵器工作原理

圖2　靜電除塵器工作原理

煙塵排放量=B×A×D×（1-η）/H

B——燃煤量（t）

A——煤的灰分含量（%）

D——煙氣中煙塵占灰分量的百分?jǐn)?shù)，其值與燃燒方式有關(guān)（鏈條爐煙塵占灰分的比例一般為15%～25%，取18.46%計算）

η——除塵器的總效率（%）

H——煙塵中的可燃物（%）

由以上計算結(jié)果可以看出，4電場靜電除塵器除塵效率低于脈沖噴吹袋式除塵器，燃煤鍋爐其他指標(biāo)相同的情況下，煙塵排放量高于脈沖噴吹袋式除塵器。

（3）經(jīng)濟指標(biāo)

影響布袋除塵器本體費用的主要因素是氣布比和濾料。選擇的氣布比值偏小，單位面積濾料處理的煙氣量就減少，使濾袋數(shù)增多，除塵器的體積增大，清灰裝置也會相應(yīng)增加，就會造成本體成本費用明顯增加。濾料也是影響本體費用的關(guān)鍵因素，不同的濾料價格相差很大。布袋除塵器的運行維護(hù)費用主要是更換濾袋費用和阻力增加引起引風(fēng)機軸功率增加的費用，考慮到耐溫的要求，又符合耐腐蝕、增濕的條件，目前一般采用復(fù)合濾料，使用壽命約3～5年。

電除塵器本體費用的主要因素：比收塵面積、煙氣流速、電場數(shù)及電源裝置。選擇的比收塵面積大，煙氣流速小，極板的用鋼量大，電除塵器的體積就越大，本體費用顯著增加。電除塵器運行維護(hù)費用主要是極板、極線的更換和電場耗電量。當(dāng)電除塵器的除塵效率大于99.4%時，電場耗電量增加得越來越快，甚至?xí)^因采用布袋除塵器后引風(fēng)機軸功率的增加量。極板極線的更換費用比較高，但使用年限較長，約6年左右。

以某發(fā)電廠2×200MW機組除塵費用為例進(jìn)行了比較分析（如表5所示），我們可以看出靜電除塵器與布袋除塵器在投資與能耗方面的差異。

一次性固定投資包括設(shè)備費用、土建費用、運輸安裝費用、技術(shù)服務(wù)費用及配套設(shè)備的費用，4電場靜電除塵器固定投資要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于布袋除塵器，因此，靜電除塵器的初期投資大。

運行維護(hù)費用：由于布袋除塵器的運行阻力大，與之配套的風(fēng)機功率增加，比4電場靜電除塵器電耗高，相應(yīng)的用電費用要高；濾袋的更換費用是布袋除塵器的主要維護(hù)費用，由于濾袋使用年限較極板極線的使用年限短，在更換費用同樣昂貴的情況，布袋除塵器濾袋更換費用更高。

表5　2×200MW機組除塵費用的比較

由于4電場靜電除塵器一次性固定投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于布袋除塵器，即使運行維護(hù)費用略低于布袋除塵器，總的投資費用仍然高于布袋除塵器，并且，若要將靜電除塵器的除塵效果提高到布袋除塵器的水平，需增加電場數(shù)量，采取5電場或6電場，甚至更高，如此，初期投資費用與運行費用會大幅度提升。

（4）排污費

根據(jù)《排污費征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》中明確規(guī)定對每一排放口污染當(dāng)量數(shù)最大的前3種大氣污染物征收排污費，單位燃煤鍋爐排放的大氣污染物主要有二氧化硫、煙塵、氮氧化物；其對應(yīng)的大氣污染物污染當(dāng)量數(shù)見表6。

表6　污染當(dāng)量數(shù)計算結(jié)果

由于采用靜電除塵（4電場）相較于脈沖噴吹袋式除塵，煙塵的污染當(dāng)量數(shù)多出839.24，故靜電除塵在排污費的征收上也相應(yīng)較高。

綜合分析

兩種除塵器的優(yōu)缺點比較

（1）從技術(shù)性能比選結(jié)果可以看出，4電場靜電除塵器設(shè)備阻力小、能耗低，使用范圍廣，可以捕集顆粒直徑小于0.1μm的粒子及高溫?zé)煔猓?00～400℃），還能去除煙氣中的水霧和酸霧，相對于脈沖噴吹袋式除塵，其缺點為設(shè)備外形尺寸大，占地面積大，除塵效率受飛灰比電阻影響大。

（2）從除塵效果比選結(jié)果可以看出，4電場靜電除塵器除塵效率為99.4%，脈沖噴吹袋式除塵器除塵效率為99.9%，在燃煤鍋爐其它指標(biāo)相同的情況下，煙塵排放量高于脈沖噴吹袋式除塵器。

（3）從經(jīng)濟指標(biāo)比選結(jié)果可以看出，4電場靜電除塵器一次性固定投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于布袋除塵器，運行維護(hù)費用略低于布袋除塵器，總的投資費用仍然高于布袋除塵器，并且，若要將靜電除塵器的除塵效果提高到布袋除塵器的水平，需增加電場數(shù)量，采取5電場或6電場，甚至更高，如此，初期投資費用與運行費用會大幅度提升。

（4）從排污費的比選結(jié)果可以看出，由于脈沖噴吹袋式除塵器除塵效率較高，煙塵排放量較少，由此對排污費的貢獻(xiàn)值也較少。

比選結(jié)果

單位鍋爐房煙塵提標(biāo)改造應(yīng)主要滿足以下要求：

（1）鍋爐入口煙氣溫度為200-230℃，變化范圍130～230℃，短期260℃；

（2）鍋爐煙塵一般考慮2.5μm以上的顆粒物；

（3）鍋爐房占地面積有限，若設(shè)備尺寸過大，可能無法安裝；

（4）鍋爐煙塵產(chǎn)生濃度約3000mg/m3，為滿足煙塵排放濃度小于30mg/m3標(biāo)準(zhǔn)要求，必須選用高除塵效率的除塵器。

基于上述兩種除塵方案的比較，脈沖噴吹袋式除塵器均能滿足以上要求，雖然其運行費用偏高，但其一次性投資低，占地面積小，且除塵效率有保證。因此，我們認(rèn)為鍋爐房煙塵改造選用脈沖噴吹袋式除塵器比較合適。

除塵效果驗證

鍋爐房在經(jīng)過調(diào)研后，最終選擇了低壓噴吹在線脈沖袋式除塵器，除塵器外形尺寸為5m×6m×17m，拆除原有除塵器后，在原地安裝，未新增占地面積；采用P84+玻纖復(fù)合濾料，可以耐受280℃高溫，滿足鍋爐房鍋爐煙氣溫度條件。

改造工程完畢后對4×20 t/h鍋爐進(jìn)行了驗收監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示1#爐至4#爐煙塵出口平均濃度為14.4 mg/m3，排放濃度均小于30mg/m3，滿足達(dá)標(biāo)排放要求。

結(jié)語

4電場靜電除塵器與脈沖噴吹袋式除塵器各有優(yōu)缺點，4電場靜電除塵器設(shè)備阻力小、能耗低，運行費用低，但設(shè)備尺寸大，占地面積大，且一次性投資費用昂貴；脈沖噴吹袋式除塵器由于設(shè)備阻力大，運行費用較高，但一次性投資費用遠(yuǎn)低于靜電除塵器，除塵效率高，煙塵達(dá)標(biāo)排放有保證，且占地面積小。結(jié)合鍋爐房的實際情況，選用了脈沖噴吹袋式除塵器進(jìn)行煙塵提標(biāo)改造，目前，設(shè)備運行良好，且污染物排放濃度遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

謝春玲 汪小田

中國飛行試驗研究院

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.11.007