曹新秀

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

火力發(fā)電在我國(guó)的電力能源結(jié)構(gòu)中一直占據(jù)主導(dǎo)地位，其中燃煤發(fā)電量占據(jù)火力發(fā)電總量的80%左右。我國(guó)燃煤電廠規(guī)模大，分布廣，其產(chǎn)生的煙塵、硫化物等成了工業(yè)大氣污染的主要源頭，而這些污染物也正是霧霾形成的重要原因之一。為了改善空氣質(zhì)量，解決霧霾問(wèn)題，自2014年以來(lái)，我國(guó)各地陸續(xù)提出了燃煤鍋爐要最大限度地按照煙氣污染物超凈排放的標(biāo)準(zhǔn)，推出《燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》，其中要求粉塵排放濃度≤5 mg/Nm3。對(duì)于一些高粉塵排放濃度的項(xiàng)目，袋式除塵器升級(jí)改造需求迫在眉睫；另外，受運(yùn)行時(shí)間、投資成本等多種因素的影響，特別是場(chǎng)地受限的問(wèn)題較為突出，大部分業(yè)主往往希望在保持現(xiàn)有設(shè)備布置不動(dòng)的前提下實(shí)現(xiàn)超凈升級(jí)，因此改造難度非常大。因此，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行需求、布置等具體情況，“量身定制”專業(yè)的改造方案。

1 項(xiàng)目背景

某廠自備電站2臺(tái)420 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐（1#爐、2#爐）位于城區(qū)內(nèi)，屬于城市電廠，原已建設(shè)爐后煙氣循環(huán)流化床干法脫硫并配套袋式除塵系統(tǒng)，原設(shè)計(jì)除塵器進(jìn)口粉塵濃度650 g/m3～1 000 g/m3，原設(shè)計(jì)除塵器出口粉塵排放濃度≤50 mg/Nm3。2012年建成投運(yùn)以來(lái)，出口粉塵排放濃度一直穩(wěn)定在≤30 mg/Nm3。為滿足最新≤5 mg/Nm3的粉塵排放要求，現(xiàn)有袋式除塵器必須提效改造。另外，由于該項(xiàng)目場(chǎng)地狹窄、允許停爐時(shí)間僅有40 d、預(yù)算緊張等諸多限制因素，袋式除塵器采用增加濾袋數(shù)量、增加除塵單元數(shù)量等擴(kuò)容的改造方式并不可取，只能在現(xiàn)有的除塵器殼體上尋找提升方向。通過(guò)深入分析該廠現(xiàn)有脫硫除塵工藝及布袋實(shí)際使用過(guò)程中遇到的問(wèn)題，項(xiàng)目組從降低濾袋的粉塵過(guò)濾負(fù)荷、改善濾袋過(guò)濾性能、提高清灰效率等方面制定了具有針對(duì)性的改造方案。

2 循環(huán)流化床干法脫硫工藝流程及煙氣特性

循環(huán)流化床干法煙氣脫硫工藝是以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)的，采用生石灰或消石灰作為脫硫劑。圖1 為典型的循環(huán)流化床脫硫統(tǒng)工藝流程示意圖，整套系統(tǒng)由吸收劑制備及供應(yīng)系統(tǒng)、脫硫塔、脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)、脫硫引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、脫硫后袋式除塵器、儀表控制系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)等組成[1-2]。從鍋爐空預(yù)器出口的高溫?zé)煔?，?jīng)過(guò)煙道從吸收塔底部進(jìn)入，進(jìn)行反應(yīng)凈化，凈化后的含塵氣體從吸收塔頂部側(cè)向排出，轉(zhuǎn)向進(jìn)入脫硫后，袋式除塵器進(jìn)行氣固分離。經(jīng)除塵器捕集的固體顆粒，通過(guò)除塵器下的脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)返回吸收塔繼續(xù)參加反應(yīng)。反應(yīng)后的脫硫副產(chǎn)物通過(guò)氣力輸送至脫硫灰?guī)靸?nèi)外排，凈煙氣排往煙囪。

與常規(guī)的鍋爐原煙氣相比，干法脫硫后的煙氣在成分、溫度、濕度、顆粒粒徑和粉塵濃度等都發(fā)生了很大的變化，主要包括4個(gè)。1）粉塵濃度高。為了滿足干法脫硫需要，循環(huán)流化床吸收塔的顆粒濃度為下大上小，吸收塔的出口含塵濃度為800 g/Nm3～1 000 g/Nm3，是常規(guī)鍋爐原煙氣的數(shù)十倍。2）濕度大。由于脫硫過(guò)程中需要噴入一定的霧化水，使煙氣的濕度加大，對(duì)一般的燃煤電廠項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，煙氣濕度由常規(guī)的5%～7%增加到10%～12%，甚至20%以上。3）溫度低。通過(guò)噴水后，煙氣溫度為65 ℃～90 ℃，SO3幾乎全部脫除，煙氣露點(diǎn)為水露點(diǎn)，露點(diǎn)溫度降為45 ℃～55 ℃。4）顆粒粒徑：雖然脫硫塔入口的鍋爐原煙氣中粉塵較細(xì)（特別是增設(shè)ESP1收塵后），但是經(jīng)過(guò)吸收塔的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，由于吸收塔的噴水增濕以及顆粒激烈混并，顆粒加大，大部分的顆粒可以達(dá)到數(shù)十微米。

3 改造前存在的突出問(wèn)題

改造前存在的突出問(wèn)題有5個(gè)。1）原袋式除塵器未設(shè)置氣流均布裝置，各布袋室壓差不均衡，導(dǎo)致濾袋過(guò)濾負(fù)荷偏差較大，過(guò)濾負(fù)荷大的氣室濾袋壽命相對(duì)較短，部分濾袋機(jī)械磨損現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致更換頻繁，一定程度上增加了除塵器維保的人力物力。2）由于大部分濾袋已經(jīng)到了壽命晚期，實(shí)驗(yàn)室抽取若干濾袋檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：濾布截面已經(jīng)嵌入大量粉塵，即使快速?gòu)?qiáng)制清灰，也無(wú)法清除該部分粉塵，因此導(dǎo)致濾袋的過(guò)濾性能大幅降低，袋式除塵器壓差上升速度快，短時(shí)間內(nèi)即達(dá)到預(yù)警布袋壓差，嚴(yán)重影響了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。3）袋籠與濾袋的配合間隙范圍小、袋籠縱筋間距不合理，導(dǎo)致噴吹時(shí)濾袋瞬間膨脹受限，清灰效果差；籠節(jié)連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，在安裝過(guò)程中連接件易落入濾袋內(nèi)，在噴吹振動(dòng)時(shí)易松脫，導(dǎo)致袋籠脫節(jié)，連接件刺破濾袋；未剔除變形袋籠，導(dǎo)致籠底碰撞，濾袋機(jī)械磨損破壞。4）原噴吹設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)組裝，安裝難度大，安裝精度難保證，目前已嚴(yán)重移位，底部定位軸嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致清灰氣流無(wú)法直達(dá)袋底，清灰效果差，而長(zhǎng)期無(wú)法有效的清灰，導(dǎo)致大部分濾袋底部以上0～3 m過(guò)濾性能幾乎為零。另外，由于移位后各噴嘴垂直度偏差過(guò)大，不能正對(duì)各濾袋口，從而存在清灰氣流并未垂直向下運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，傾斜清灰也加劇了噴吹的機(jī)械磨損，導(dǎo)致濾袋袋頭部位經(jīng)常破損。5）原頂部外層人孔門(mén)密閉性差，漏氣，導(dǎo)致內(nèi)部人孔門(mén)及對(duì)應(yīng)花板處冷凝腐蝕嚴(yán)重，該區(qū)域?yàn)V袋遇水潮濕板結(jié)，嚴(yán)重糊袋，過(guò)濾性能大幅降低。

圖1 工藝流程示意圖

4 具體改造方案

根據(jù)業(yè)主的超凈改造需求及原運(yùn)行中存在的問(wèn)題，主要從以下方面進(jìn)行逐一改造。

4.1 利用干法脫硫塔助力提高對(duì)細(xì)微顆粒的捕集效率

實(shí)現(xiàn)粉塵5 mg/m3排放控制的關(guān)鍵是對(duì)細(xì)微顆粒物的有效捕集。雖然普通袋式除塵器捕集細(xì)微顆粒物的表現(xiàn)良好，但是對(duì)于PM2.5以及更細(xì)的PM1.0顆粒，由于濾布本身的局限性，效率仍然是有限的。

在該項(xiàng)目煙氣循環(huán)流化床干法脫硫除塵裝置中，袋式除塵器位于脫硫反應(yīng)器之后，由于脫硫反應(yīng)器的流化床結(jié)構(gòu)，底部激烈湍動(dòng)的顆粒密度高達(dá)20 000 g/m3，通過(guò)精確的霧化降溫注水量，PM2.5以及更細(xì)的PM1.0等細(xì)微顆粒物可以迅速凝結(jié)成粗顆粒，在脫硫后的袋式除塵器優(yōu)先降落至灰斗，被高效捕集。

4.2 優(yōu)化氣流分布，增加預(yù)收塵效果，減少濾袋過(guò)濾負(fù)荷

該袋式除塵器是由4個(gè)氣室，共8個(gè)除塵單元組成，不同氣室氣流分布的均勻性直接關(guān)系到收塵效果及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。該次改造對(duì)煙氣流經(jīng)布袋除塵器途中的煙道風(fēng)速進(jìn)行分段優(yōu)化，一方面優(yōu)化進(jìn)風(fēng)區(qū)的氣流分配系統(tǒng)，使大顆粒粉塵在進(jìn)入布袋室之前預(yù)先沉降到灰斗里；另一方面，采用導(dǎo)流技術(shù)，使各進(jìn)口風(fēng)速在合理范圍內(nèi)，特別是對(duì)每個(gè)布袋室進(jìn)行合理的進(jìn)口配置，保障除塵器中的含塵氣流均勻進(jìn)入每個(gè)布袋室內(nèi)，煙氣中小顆粒的粉塵在導(dǎo)流系統(tǒng)的引導(dǎo)下逐步沉淀，大幅降低了到達(dá)濾袋的粉塵負(fù)荷，間接增強(qiáng)了除塵效果。含塵煙氣通過(guò)前部氣流均布及導(dǎo)流環(huán)節(jié)后，依靠阻力分配原理快速自然分布，使整個(gè)過(guò)濾室內(nèi)氣流穩(wěn)定以及各空間阻力均勻的分布，保證合理的煙氣抬升速度，最大限度地減少紊流、有效防止二次揚(yáng)塵，減少布袋間的碰撞摩擦，延長(zhǎng)布袋的使用壽命，降低系統(tǒng)能耗。

4.3 采用超凈濾袋，提高對(duì)細(xì)微顆粒的捕集效率

由于改造場(chǎng)地、工期、投資受限，該次改造是在完全保留原袋式除塵器殼體、主體結(jié)構(gòu)不變的前提下進(jìn)行，即要求在過(guò)濾面積保持不變的前提下提高除塵效率，實(shí)現(xiàn)粉塵排放濃度從50 mg/m3升級(jí)到5 mg/m3。因此，該次改造的目標(biāo)是在高過(guò)濾風(fēng)速下實(shí)現(xiàn)超凈粉塵排放，也是該次改造的重點(diǎn)難點(diǎn)。

眾所周知，對(duì)于常規(guī)袋式除塵器，過(guò)濾風(fēng)速偏高會(huì)導(dǎo)致濾袋阻力增加，并且粉塵透過(guò)率會(huì)迅速提高，難以實(shí)現(xiàn)低粉塵排放。其原因主要在于過(guò)濾風(fēng)速增大后，濾料和粉塵層的壓力降隨之加大，結(jié)果使承托粉塵的織物變形，使貼近織物的粉塵在壓力作用下滲漏出去[3]；同時(shí)，壓力降增大還會(huì)使濾袋產(chǎn)生“二次針孔”（在高壓差下，濾袋在纖維間隙較大的地方就很容易被粉塵穿透，而一旦被穿透，后面的高速氣流則會(huì)使該處產(chǎn)生一個(gè)氣流通道，我們稱之為“二次針孔”），以致增加了經(jīng)過(guò)針孔直通出去的粉塵量，而這些粉塵均是粒徑在10 μm以下的超細(xì)粉塵，是形成霧霾的主要因素之一。此外，過(guò)濾風(fēng)速的提高將導(dǎo)致清灰頻率的增加，也會(huì)大大增加粉塵的穿透（濾袋的每次清灰抖動(dòng)，都會(huì)在瞬間產(chǎn)生較多的粉塵穿透），如圖2所示。

根據(jù)干法脫硫“高粉塵濃度、高粉塵團(tuán)聚效率”的工況性質(zhì)，該次改造的超凈濾袋采用調(diào)整濾布截面上的纖維組成的方式，優(yōu)化制布過(guò)程中的纖維梳理、針刺及后處理工藝過(guò)程等，其主要特點(diǎn)有2個(gè)。1）采用迎塵面高纖維配比方案，即迎塵面比背塵面更多的纖維數(shù)量、更高的纖維比表面積，同時(shí)配套改進(jìn)密刺工藝，形成均勻且致密的表面孔隙層作為粉餅的支撐層，同時(shí)也提高了濾袋本身的過(guò)濾精度，減少濾布粉塵嵌入。2）在迎塵面表面處理過(guò)程中，采用表面淺坑梳理技術(shù)，在濾布表面形成均勻的淺坑，作為粉餅層的生根點(diǎn)，在濾布表面建立及維持過(guò)濾孔細(xì)小而均勻、餅體疏松的粉餅層。該優(yōu)質(zhì)粉餅層既可以作為過(guò)濾層使用，實(shí)現(xiàn)深度過(guò)濾，結(jié)合密刺濾布，實(shí)現(xiàn)干法脫硫除塵系統(tǒng)超凈排放；同時(shí)該優(yōu)質(zhì)粉餅層也是濾布的保護(hù)層，可以減小粉塵過(guò)濾過(guò)程中對(duì)濾布的沖刷磨損，延長(zhǎng)濾袋的使用壽命，相應(yīng)地也維持過(guò)濾效果、保證超凈排放。

圖2 袋式除塵器實(shí)時(shí)排放與脈沖清灰的關(guān)系

4.4 更換新型袋籠

如果要滿足低于5 mg/m3粉塵排放，袋籠與濾袋之間的配合是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。一方面合理設(shè)計(jì)袋籠與濾袋之間的配合間隙、袋籠縱筋間距、袋籠筋直徑，提高加工精度，在保證清灰效果的同時(shí)，減輕濾袋與袋籠之間的機(jī)械磨損。另一方面改良籠節(jié)的連接結(jié)構(gòu)，大幅減少因連接件脫落導(dǎo)致的濾袋破損現(xiàn)象。

4.5 改進(jìn)清灰系統(tǒng)，清灰更加有效、柔和、穩(wěn)定

噴吹設(shè)備是袋式除塵器的核心部件之一，直接影響清灰效果、運(yùn)行壓差及粉塵排放。該次改造著重從穩(wěn)定清灰供氣管道內(nèi)壓力及清灰時(shí)壓力、優(yōu)化噴嘴等方面考慮，力求實(shí)現(xiàn)清灰更加有效、柔和、穩(wěn)定。1）脈沖清灰供氣管道增設(shè)限流器，減小脈沖動(dòng)作后瞬間的氣壓沖擊，穩(wěn)定供氣管道內(nèi)的壓力，縮小壓力波動(dòng)范圍。調(diào)整放空閥預(yù)緊力，確保管道脈沖清灰壓力在規(guī)范范圍，并保持穩(wěn)定。2）脈沖閥開(kāi)啟時(shí)間的快慢直接影響到脈沖動(dòng)作是否快速、有力，該次改造采用自主研發(fā)的新型脈沖閥代替原脈沖閥，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)小試應(yīng)用證明，新型脈沖閥響應(yīng)動(dòng)作更快，清灰時(shí)壓力更穩(wěn)定。3）改進(jìn)噴嘴設(shè)計(jì)，保證在濾袋長(zhǎng)方向上清灰力度的均勻性，防止局部過(guò)度清灰；采用更加柔和的清灰控制模式，降低每次噴吹清灰對(duì)濾袋粉餅層的破壞程度，以確保清灰效果最佳，減少清灰頻率及粉塵穿透濾袋，從而最終降低粉塵排放。4）加固噴吹設(shè)備，大幅減小脈沖動(dòng)作時(shí)的振動(dòng)幅度，穩(wěn)定噴吹管噴嘴的位置和角度，減少噴吹時(shí)可能產(chǎn)生的干擾，確保清灰氣瞬間直達(dá)袋底，保證脈沖清灰效果。

4.6 頂部人孔門(mén)更換

袋式除塵器內(nèi)外溫差大，加上煙氣含濕量大，任何泄漏點(diǎn)都是冷熱氣體的接觸點(diǎn)，極易冷凝，導(dǎo)致鋼板腐蝕。該次改造更換原有頂部人孔門(mén)，采用自主開(kāi)發(fā)的新型隔熱高氣密性人孔門(mén)，確保不漏風(fēng)、避免腐蝕，美觀且方便開(kāi)啟檢修。

5 改造后效果

按照上述改造方案，2018年9月率先對(duì)2#爐袋式除塵器實(shí)施改造，改造后粉塵實(shí)際排放2 mg/Nm3；2019年6月，繼續(xù)對(duì)1#爐袋式除塵器實(shí)施改造，改造后粉塵實(shí)際排放1 mg/Nm3，除塵器壓差均＜1 500 Pa。

2020年8月，2#爐袋式除塵器粉塵實(shí)際排放3 mg/Nm3，1#爐袋式除塵器粉塵實(shí)際排放2 mg/Nm3，實(shí)驗(yàn)室抽袋檢測(cè)結(jié)果顯示濾袋內(nèi)外表面機(jī)械磨損程度小，橫截面的粉塵嵌入量少，快速清灰可以清除80%的嵌入粉塵，濾袋下部過(guò)濾段過(guò)濾性能保持較好，整體剩余強(qiáng)度較大，預(yù)估濾袋仍有約2年的壽命。

6 結(jié)語(yǔ)

回顧該次改造，如何在高過(guò)濾風(fēng)速下實(shí)現(xiàn)超凈排放是最大的難點(diǎn)，項(xiàng)目組細(xì)致分析過(guò)濾前、中、后各階段的突出問(wèn)題，針對(duì)性地采取應(yīng)對(duì)措施，通過(guò)優(yōu)化氣流分布，增加預(yù)收塵效果，直接降低濾袋過(guò)濾負(fù)荷；采用超凈濾袋+新型袋籠組合配套，直接改善濾袋過(guò)濾性能；改進(jìn)清灰系統(tǒng)，提高清灰效率，間接促進(jìn)過(guò)濾性能提高。改造后的運(yùn)行情況也證明該次改造是卓有成效的，為了改善周邊大氣環(huán)境質(zhì)量，削減區(qū)域污染物排放產(chǎn)生了積極的作用，同時(shí)為同類項(xiàng)目的提效升級(jí)提供了一種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)的改造方案，極具借鑒意義。