大型布袋除塵器在火電廠鍋爐尾部除塵中的應(yīng)用
1.火力發(fā)電廠發(fā)展前景
電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)、先行產(chǎn)業(yè)、支柱產(chǎn)業(yè)。從各個(gè)時(shí)期電力生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的比較來(lái)看，在經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的年份,電力生產(chǎn)的增長(zhǎng)超過(guò)了GDP的增長(zhǎng)。從1999年開始,電力生產(chǎn)的增長(zhǎng)速度開始大幅回升，2000年達(dá)到11%，2001年為7.7%，2002年為8.7%，2003年為15.3％。同期GDP的增長(zhǎng)率分別為8%、7.3%、8%、8.5％。目前電力工業(yè)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的作用,呈現(xiàn)逐年逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。
我國(guó)的資源國(guó)情決定了我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以火電為主、 水電為輔、核電風(fēng)電作補(bǔ)，電力結(jié)構(gòu)發(fā)展很不平衡。 到2000年底，我國(guó)火電、水電、核電、風(fēng)電裝機(jī)容量分別達(dá)到23753萬(wàn)千瓦、7934萬(wàn)千瓦、210萬(wàn)千瓦、34.5萬(wàn)千瓦，占總裝機(jī)容量的比重分別為74.4%、24.8%、0.7%、0.1%。 電力行業(yè)十五規(guī)劃目標(biāo)是：發(fā)電裝機(jī)容量2005年達(dá)到4.2億千瓦左右，電源結(jié)構(gòu)（到2005年）火電占72.4％、水電占24.5％、核電占2.4％、新能源占0.7％。
我國(guó)為產(chǎn)煤大國(guó)，原煤儲(chǔ)量和開采量均居世界第一。我國(guó)的資源國(guó)情決定了我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以火電為主，預(yù)計(jì)在近十年內(nèi)火力發(fā)電所占比重仍在70%以上。
目前我國(guó)用電水平仍然低下，人均裝機(jī)0.25千瓦，人均用電1064千瓦時(shí)，還不到世界人均水平的一半，尚有2300萬(wàn)人沒(méi)有用上電。未來(lái)20年，中國(guó)經(jīng)濟(jì)要保持7％以上的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，每年將要新增電力裝機(jī)容量2500萬(wàn)千瓦，按每千瓦7000元造價(jià)計(jì)算，每年電力新增裝機(jī)將新增投資達(dá)1750億元。根據(jù)目前的現(xiàn)狀，火電所占比重約為72.5%，也就是說(shuō)在未來(lái)20年，每年火電廠要新增裝機(jī)約為1800萬(wàn)千瓦，每年新增火力發(fā)電總投資將達(dá)1260億元，這是一個(gè)非常巨大的電力市場(chǎng)。
新增燃煤鍋爐每年耗標(biāo)煤約5000萬(wàn)噸，將產(chǎn)生大量含塵煙氣，這些含塵煙氣都需要采用高效除塵器，靜電除塵器和布袋除塵器將分享這塊市場(chǎng)。初步測(cè)算，僅新建除塵項(xiàng)目這一塊每年蘊(yùn)藏著約6億元的市場(chǎng)份額。從目前國(guó)內(nèi)除塵行情來(lái)看，如按布袋除塵占1/3的干除塵市場(chǎng)份額測(cè)算，在近十年內(nèi)，大型布袋除塵僅在火力發(fā)電鍋爐除塵新建項(xiàng)目這塊市場(chǎng)每年將可擁有約2億元的市場(chǎng)份額，加上老除塵改造的市場(chǎng)份額，每年僅火力發(fā)電廠布袋除塵就蘊(yùn)藏著近3億元的市場(chǎng)份額，近十年內(nèi)將擁有近30億元的市場(chǎng)份額。
2.火力發(fā)電廠鍋爐除塵器應(yīng)用簡(jiǎn)介
火力發(fā)電廠鍋爐除塵器經(jīng)歷過(guò)從干式旋風(fēng)除塵---多管旋風(fēng)除塵---麻石水膜除塵---靜電除塵的過(guò)程。目前，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度和環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，以及濾袋的國(guó)產(chǎn)化和使用壽命的延長(zhǎng)，火力發(fā)電廠鍋爐尾部除塵又有回到布袋除塵的趨勢(shì)。
在鍋爐布袋除塵器的早期運(yùn)用中，很多項(xiàng)目有失敗的教訓(xùn)。其主要原因在于當(dāng)時(shí)的技術(shù)及配套件，特別是濾袋這一除塵器關(guān)鍵配套件的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，國(guó)內(nèi)外都缺少價(jià)格合理、耐高溫、耐腐蝕、能適用于燃煤鍋爐煙氣除塵的材料。
早期在布袋除塵器失敗后，燃煤鍋爐煙氣除塵基本應(yīng)用電除塵器。但隨著國(guó)家環(huán)保要求的日益提高、電除塵器的廣泛運(yùn)用，其弱點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)。
首先，電除塵器的除塵效率不穩(wěn)定。電除塵器運(yùn)行初期，除塵效果基本能達(dá)到要求，但由于其結(jié)構(gòu)及工作原理的局限，隨著運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，電除塵器內(nèi)部組件變形、積灰、電場(chǎng)變化，除塵效果不斷下降，煙塵排放超標(biāo)。
其次，電除塵器的運(yùn)行綜合費(fèi)用高。電除塵器在運(yùn)行一個(gè)周期后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形、損壞比較嚴(yán)重，為保證其正常運(yùn)行，電廠不得不經(jīng)常對(duì)電除塵器進(jìn)行維修。維修投入的人力、物力及檢修停產(chǎn)帶來(lái)的損失都很大。
目前，隨著布袋除塵器核心部件――濾袋等配套件生產(chǎn)技術(shù)的日益提高，原來(lái)布袋除塵器在燃煤鍋爐煙氣除塵運(yùn)用中失敗的因素，都得到了比較妥善的解決，布袋除塵器推廣應(yīng)用的時(shí)機(jī)日漸成熟。
2.1袋式除塵器結(jié)構(gòu)原理
袋式除塵器也稱為過(guò)濾式除塵器，是一種干式高效除塵器，它是利用纖維編制物制作的袋式過(guò)濾元件來(lái)捕集含塵氣體中固體顆粒物的除塵裝置。其作用原理是塵粒在繞過(guò)濾布纖維時(shí)因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截。細(xì)微的塵粒(粒徑為1微米或更小)則受氣體分子沖擊(布朗運(yùn)動(dòng))不斷改變著運(yùn)動(dòng)方向，由于纖維間的空隙小于氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)的自由路徑，塵粒便與纖維碰撞接觸而被分離出來(lái)。其工作過(guò)程與濾料的編織方法、纖維的密度及粉塵的擴(kuò)散、慣性、遮擋、重力和靜電作用等因素及其清灰方法有關(guān)。濾布材料是布袋除塵器的關(guān)鍵，性能良好的濾布，除特定的致密度和透氣性外，還應(yīng)有良好的耐腐蝕性、耐熱性及較高的機(jī)械強(qiáng)度。耐熱性能良好的纖維，其耐熱度目前已可達(dá)到250—350℃。
袋式除塵器按其清灰方式的不同可分為：振動(dòng)式、氣環(huán)反吹式、脈沖式、聲波式及復(fù)合式等五種類型。其中脈沖反吹式根據(jù)反吹空氣壓力的不同又可分為：高壓脈沖反吹和低壓脈沖反吹兩種。脈沖清灰袋式除塵器由于其脈沖噴吹強(qiáng)度和頻率可進(jìn)行調(diào)節(jié)，清灰效果好，是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的除塵裝置。
脈沖反吹布袋除塵器，含塵氣體從袋式除塵器入口進(jìn)入后，通過(guò)煙氣分配裝置均勻分配進(jìn)入濾袋，當(dāng)含塵氣體穿過(guò)濾袋時(shí)，粉塵即被吸附在濾料上，而被凈化的氣體則從濾袋內(nèi)排除。當(dāng)吸附在濾料上的粉塵達(dá)到一定厚度時(shí)，電磁閥開啟，噴吹空氣從濾袋出口處自上而下與氣體排除的相反方向進(jìn)入濾袋，將吸附在濾袋外表面的粉塵清落至下面的灰斗中。
2.2脈沖反吹布袋除塵器基本結(jié)構(gòu)
脈沖反吹布袋除塵器由濾袋組件、導(dǎo)流裝置、脈沖噴吹系統(tǒng)、出灰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、離線保護(hù)系統(tǒng)、箱體等組成。含塵氣體由導(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(cāng)室過(guò)濾區(qū)，過(guò)濾后的潔凈氣體透過(guò)濾袋經(jīng)上箱體、提升閥、排風(fēng)管排出。隨著過(guò)濾工況的進(jìn)行，當(dāng)濾袋表面積塵達(dá)到一定厚度時(shí)，由清灰控制裝置(差壓或定時(shí)、手動(dòng)控制)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。
3.布袋除塵器在火電廠鍋爐除塵中的應(yīng)用前景
國(guó)外較早在火電廠采用布袋除塵器，80年代初期就有不少?gòu)S商到國(guó)內(nèi)來(lái)介紹布袋除塵器在火電廠的應(yīng)用，美國(guó)、加拿大、澳大利亞及德國(guó)、英國(guó)等歐洲一些國(guó)家的火電廠都采用了布袋除塵器，其除塵效率高達(dá)99.9%以上，除塵效果十分理想。
國(guó)內(nèi)布袋除塵器主要在礦山、水泥、冶金鋼鐵、糧食、機(jī)械等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，在電力行業(yè)火電廠中僅限于單機(jī)布袋除塵器在輸煤系統(tǒng)除塵、氣力除灰除塵中應(yīng)用。布袋除塵器在電站鍋爐的尾部除塵中沒(méi)有得到實(shí)質(zhì)性的、廣泛的應(yīng)用，僅在近期在呼和浩特發(fā)電廠670t/h鍋爐、天津開發(fā)區(qū)5號(hào)熱源廠75t/h鍋爐、張家港保稅區(qū)熱電廠130 t/h鍋爐、內(nèi)蒙古赤峰富龍電廠75t/h 鍋爐等電廠鍋爐尾部除塵中得到應(yīng)用，都取得了很好的除塵效果。
其中，呼和浩特電廠由于燃用準(zhǔn)格爾煤，SiO2與Al2O3太高，K2O與Na2O太少，采用電除塵器收塵困難，使用的電除塵器運(yùn)行效率大大低于設(shè)計(jì)效率，嚴(yán)重超標(biāo)排放，2001年擴(kuò)建2臺(tái)200MW機(jī)組，經(jīng)多次專家論證，決定采用國(guó)產(chǎn)大型脈沖布袋除塵器，2002年初第1臺(tái)200MW機(jī)組已投入運(yùn)行，布袋除塵器運(yùn)行情況良好。
隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，目前《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2003版已經(jīng)由國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布，第3時(shí)段煙塵允許排放濃度由原標(biāo)準(zhǔn)的200mg/Nm3降為50 mg/Nm3，有些煤種采用電除塵器將達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)要求，需采用布袋除塵器，預(yù)計(jì)今后火電廠采用布袋除塵器會(huì)越來(lái)越多，應(yīng)用前景廣闊。
北京最近公布了《北京鍋爐污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》DB11/119-2002，自2002年3月1日起實(shí)行，該標(biāo)準(zhǔn)煙塵和SO2排放允許濃度嚴(yán)于很多先進(jìn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然這與北京市2008年主辦奧運(yùn)會(huì)、北京要成為世界大都市有關(guān)。自2005年11月1日起已運(yùn)行的火電廠鍋爐到時(shí)煙塵排放濃度僅允許30mg/Nm3，目前四電場(chǎng)電除塵器要改為五電場(chǎng)、六電場(chǎng)或改為布袋除塵器。其他大城市如上海、天津、重慶、廣州、武漢、成都、沈陽(yáng)等城市也在相繼制定地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)會(huì)嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣以來(lái)火電廠采用布袋除塵器的市場(chǎng)空間越來(lái)越大。
另外，由于新型潔凈煤燃燒技術(shù)---循環(huán)流化床鍋爐在火力發(fā)電廠中的大力推廣應(yīng)用，循環(huán)流化床鍋爐的飛灰循環(huán)燃燒和為了爐內(nèi)脫硫添加了大量石灰石，鍋爐飛灰很細(xì)而且灰份比電阻增大，直接導(dǎo)致了電除塵器的除塵效率的下降，采用布袋除塵是理想選擇。從這個(gè)角度上講，布袋除塵加循環(huán)流化床鍋爐是對(duì)于燃煤脫硫和除塵的比較理想的組合，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
4．布袋除塵器核心部件—濾袋
對(duì)于鍋爐布袋除塵器而言，濾袋是其核心部件，其費(fèi)用占布袋除塵器總費(fèi)用的1/3左右。根據(jù)前面的分析，在近二十年內(nèi)，每年僅火電廠布袋除塵蘊(yùn)藏著近3億元的市場(chǎng)份額，除塵濾袋每年蘊(yùn)藏著近1億元的市場(chǎng)份額，近十年內(nèi)將擁有近10億元的市場(chǎng)份額。
濾袋質(zhì)量直接影響著除塵器的除塵效率，濾袋的壽命又直接影響到除塵器的運(yùn)行費(fèi)用。根據(jù)鍋爐尾部除塵器運(yùn)行環(huán)境（煙氣溫度較高）和介質(zhì)情況（有腐蝕）宜采用BWF優(yōu)質(zhì)賴登針刺氈：
PPS/PPS504CS17、聚苯硫醚、防水防油處理，耐溫可達(dá)190℃，此濾料為表面過(guò)濾型濾料，清灰徹底，減少了粉塵在濾袋表面形成布粉層后板結(jié)的可能；濾料壽命長(zhǎng)，加上在除塵器結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)，保證了濾料30000小時(shí)的正常使用壽命。
4.1 據(jù)有關(guān)專家和資料介紹及澳大利亞電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)煙氣含氧量大于15%時(shí)的Ryton的耐氧性較差，當(dāng)煙氣含氧量小于10%時(shí)能長(zhǎng)期使用。
4.2 據(jù)澳大利亞電廠應(yīng)用的濾料早期使用的普遍是Acrylic（耐溫130℃），電廠嚴(yán)格控制排煙溫度，投運(yùn)電廠（排煙溫度最高165℃）開始使用Ryton濾料。
4.3 關(guān)于濾袋的壽命，根據(jù)專家的分析和國(guó)外的使用經(jīng)驗(yàn)，Ryton濾料在電廠煙氣條件下的使用壽命可達(dá)30000小時(shí)，但要煙氣含氧量小于10%，煙氣溫度最高不得超過(guò)190℃。當(dāng)煙氣溫度在170℃～190℃時(shí)不能超過(guò)100小時(shí)。平時(shí)應(yīng)作好鍋爐煙氣溫度變化的詳細(xì)記錄。
5．布袋除塵與電除塵比較
由于環(huán)保要求以及綜合利用的不斷提高，干式除塵已成為鍋爐尾部除塵的主流配置，干式除塵主要有靜電除塵和布袋除塵兩種，兩者優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：
5.1 布袋除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)
5.1.1布袋除塵器優(yōu)點(diǎn)
●除塵效率高，可達(dá)99.9%以上；
●附屬設(shè)備少，投資省，技術(shù)要求沒(méi)有電除塵器那樣高；
●能捕集比電阻高，電除塵難以回收的粉塵；
●袋式除塵器性能穩(wěn)定可靠，對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性好，運(yùn)行管理簡(jiǎn)便，特別適宜捕集細(xì)微而干燥的粉塵，所收的干塵便于處理和回收利用；
●能適合生產(chǎn)全過(guò)程除塵新理論，降低總量排放；
●袋式除塵器適于凈化含有爆炸危險(xiǎn)或帶有火花的含塵氣體。
5.1.2布袋除塵器缺點(diǎn)
●用于處理相對(duì)濕度高的含塵氣體時(shí)，應(yīng)采取保溫措施（特別的冬天），以免因結(jié)露而造成“糊袋”。
●用于凈化有腐蝕性氣體時(shí)，應(yīng)選用適宜的耐腐蝕濾料，用于處理高溫?zé)煔鈶?yīng)采取降溫措施。將煙溫降到濾袋長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)所能承受的溫度以下，并盡可能采用耐高溫的濾料。
●阻力較大，一般壓力損失為1000～1500Pa。
5.2 電除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)
5.2.1電除塵器的優(yōu)點(diǎn)
●除塵效率能捕集1um以下的細(xì)微粉塵，可控制一個(gè)合理的除塵效率。
●處理煙氣量大，可用于高溫（可高達(dá)500℃）、高壓和高濕的場(chǎng)合，能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
●具有高效低阻的特點(diǎn)，電除塵器壓力損失僅100～200Pa。
5.2.2電除塵器缺點(diǎn)
●設(shè)備龐大，耗鋼多，需高壓變電和整流設(shè)備，通常高壓供電設(shè)備的輸出峰值電壓為70～100KV，故投資高。
●制造、安裝和管理的技術(shù)水平要求較高。
●除塵效率受粉塵比電阻影響大，一般對(duì)比電阻小于104～105Ω·cm或大于1012～1015Ω·cm的粉塵,若不采取一定措施,除塵效率將受到影響.
●此外,對(duì)初始濃度大于30g/cm3的含塵氣體需設(shè)置預(yù)處理裝置.
6.1 大型布袋除塵器在火力發(fā)電廠鍋爐尾部除塵中大力推廣應(yīng)用的時(shí)機(jī)成熟，具有十分廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，布袋除塵器在近十年內(nèi)，平均每年的市場(chǎng)份額在3億元左右，近十年內(nèi)將擁有近30億元的市場(chǎng)份額。濾袋在近十年內(nèi)，平均每年的市場(chǎng)份額在1億元左右，近十年內(nèi)將擁有近10億元的市場(chǎng)份額。
6.2 火力發(fā)電廠鍋爐尾部除塵采用大型布袋除塵器可大大提高除塵效率，減少環(huán)境污染，煙塵排放濃度一般可小于50mg/Nm3，甚至更低至30mg/Nm3--15mg/Nm3。建議有條件的電廠采用。
6.3根據(jù)冶金、建材系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn)布袋除塵器的經(jīng)驗(yàn)，以及呼和浩特等電廠采用國(guó)產(chǎn)布袋除塵器的經(jīng)驗(yàn)，大中型鍋爐除塵改用布袋除塵器，可將除塵器出口含塵濃度由100 mg/Nm3降至30-50mg/Nm3以下，可大大減少粉塵對(duì)大氣污染。
6.4對(duì)電除塵器難收塵的煤種（如SiO2+Al2O3＞85%的煤、煤中含硫特低的煤、比電阻太高的煤），采用電除塵器達(dá)不到設(shè)計(jì)效率，煙塵排放濃度超標(biāo)，電除塵經(jīng)改進(jìn)效果不理想，采用布袋除塵器將是理想的選擇。
6.5 對(duì)于已建成的機(jī)組，如果原鍋爐采用麻石水膜除塵器、多管陶瓷、多管復(fù)合除塵器等阻力較大的除塵設(shè)備，改造為布袋除塵器，可不需更換或改造引風(fēng)機(jī)；但如果是電除塵器，則需要更換或改造引風(fēng)機(jī)。
6.6由于循環(huán)流化床鍋爐在火力發(fā)電廠中的大力推廣應(yīng)用，循環(huán)流化床鍋爐的飛灰循環(huán)燃燒和為了爐內(nèi)脫硫添加了大量石灰石，鍋爐飛灰很細(xì)而且灰份比電阻增大，直接導(dǎo)致了電除塵器的除塵效率下降，采用布袋除塵是理想選擇。從這個(gè)角度上講，循環(huán)流化床鍋爐加布袋除塵器是當(dāng)今火力發(fā)電廠燃煤鍋爐脫硫和除塵的理想組合，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。循環(huán)流化床鍋爐由于加了石灰，使其灰的比電阻增大，使用電除塵器收塵性能降低，建議采用布袋除塵器，但要求增大布袋除塵器的收塵面積。
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