循环半干法脱硫中电改电袋除尘器的分析应用

2012-09-21李文勇王少权张永方培根

电力科技与环保 2012年6期

李文勇，王少权，张永，方培根

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨 311800)

0 引言

在国内燃煤电厂循环半干法烟气脱硫工艺中，脱硫设备后级所配置的除尘器形式主要有电除尘器及布袋除尘器两种，因与循环半干法脱硫配套的布袋除尘器在国内起步较晚，前期与燃煤锅炉配套的除尘设备以静电除尘器为主。由于国家对燃煤电厂污染物排放的要求越来越高［1］，自2012-01-01后，除尘器出口粉尘排放浓度均要求控制在30mg/m3以下，现有的电除尘器已不能满足排放要求。

提高电除尘器除尘效率的传统方法是增加电场的收尘面积，但这些措施会受到场地的限制而使一些老电厂无法改造，且增加电场面积会使运行成本大幅增加，并且对于在循环半干法脱硫中产生的直径在10μm以下的微细粉尘的去除效率仍然不高。虽然可用高效的布袋除尘器进行改造(电改袋)，但这也受到了场地限制，且其停炉改造时间长、运行费用高。目前已开发出一种电袋除尘器，它综合了静电除尘器和布袋除尘器的优点，既能满足新的排放标准，缩短停炉改造时间，又不受场地的影响，降低了电厂的除尘成本。针对电除尘器改电袋除尘器(电改电袋)，本文将探讨循环半干法脱硫后级电除尘器电改电袋的优势，对改造过程应注意的问题及改造后对系统的影响作出分析，并结合某改造工程说明电改电袋的可行性，以及对以后的实际操作中要注意的环节提出要求。

1 电袋除尘器改造优势

电除尘器具有处理烟气量大、运行阻力低、可使粉尘荷电，但易受烟气特性的影响等特点，而布袋除尘器具有粉尘排放浓度低、不受粉尘特性影响，但系统阻力大、运行维护量大的特点。作为电除尘器与布袋除尘器的结合体，电袋除尘器充分发挥了两种除尘器的优势［2］，电袋除尘器是在粉尘进入布袋除尘器前，通过电除尘器除去烟气中的粗颗粒粉尘，并使含尘气体在过滤之前，经过一个电晕荷电过程，然后利用二级袋式除尘单元除去剩余的微细颗粒［3］，可适用于常规电除尘器与脱硫后级电除尘器的改造。然而在循环半干法脱硫后级电除尘器的改造中，电改电袋的作用与优势更加突出:

(1)由于已配套循环半干法脱硫除尘设备的机组，在炉后基本不会留有多余的场地，在后级电除尘器前后布置有脱硫吸收反应器和引风机，若采用对电除尘器扩容的方法来解决粉尘排放是行不通的，而采用电改电袋方法则只需对原电除尘器的一个或两个电场进行改造，这样既可以不影响原有脱硫设备的使用，又可以保证粉尘的达标排放，改造方案根本不受场地的限制。

(2)由于电改电袋只需对原电除尘器的一个或两个电场进行改造，可以充分利用原电除尘器的进口封头、壳体、前级电场、整体钢支架等，并保留原有的脱硫循环灰储存输送系统及复杂的流风机管道系统等，可大大减少改造施工工作量，节省施工工期，缩短停炉时间，节省投资。

(3)经过电改电袋后，在循环半干法脱硫运行时，电袋除尘器的电除尘部分主要起预除尘和荷电作用，加上脱硫过程需对循环灰加水增湿，大多数灰的比电阻下降，粉尘荷电能力加强，经布袋除尘器后，在滤袋上形成一高荷电量的滤饼层，对超细粉尘粒子的去除效率也有所增强，电袋除尘器出口的粉尘排放浓度可低于10mg/m3。另外，大量的含吸收剂的粉尘在滤布上形成滤饼层后，因烟气的过滤速度低，烟气中没有被吸收的SO2气体在通过滤饼层时继续与碱性吸收剂反应，延长了SO2被吸收的时间，对提高SO2的去除效率非常有利，经过改造前后比较，脱硫效率可提高5% ～10%。因此，电改电袋在循环半干法脱硫工艺中对提高粉尘排放效果及脱硫效率提高方面均有明显作用。

(4)在循环半干法脱硫中，进入后级除尘器中的烟气粉尘浓度可达1500g/m3，同纯布袋除尘器相比，电袋除尘器前部的电除尘器的预收尘作用可降低后部的布袋除尘负荷，同时未被电场完全除去的细微粉尘经过电晕级荷电，粉尘荷电可改善滤袋表面的粉尘结构，使粉尘层孔隙率高、透气性好、易于剥落，可降低滤袋阻力，因而可以延长滤袋的清灰周期和降低滤袋的喷吹压力。另外，循环半干法脱硫需加水降温，脱硫后的烟气温度约75℃，远低于纯粹除尘时的锅炉出口烟气温度，可大大延长滤袋的使用寿命。

(5)对现在引风机的情况，若在没有脱硫设备的情况下进行改造，由于原电除尘器运行阻力低，电改电袋后，布袋除尘器的阻力较高，因此系统阻力会增加约1000Pa。在配有循环半干法脱硫设备的情况下进行电改电袋，由于脱硫反应器内的烟气粉尘浓度高，系统运行阻力大，故在引风机选型时考虑多种烟气工况的变化，最大压头约为6500Pa，余量约1300Pa，满足系统增加的阻力要求，基本可不更换原有引风机。因此，电改电袋适合于循环半干法脱硫后级电除尘器的改造。

2 电袋除尘器改造技术要点

2.1 保留电场数量的确定

电除尘器改造为电袋除尘器后保留几个电场较为合适需进行经济技术的比较。根据多个工程的实际运行经验，通常半干法脱硫配套电袋除尘器中袋区过滤速度宜取小于1.1m/min，一般只需对最后两个电场进行改造，即保留前面一个或两个电场。在循环半干法脱硫中，进入除尘装置的粉尘浓度高达1500g/m3左右，按单个电场除尘效率90%计算，若保留两个电场，进入袋区的粉尘浓度可下降到15g/m3左右，因电除尘部分对未捕集的粉尘起到荷电作用，粉尘荷电可改善滤袋表面的粉尘结构，降低滤袋的阻力上升率，延长滤袋的清灰周期、节省清灰能耗、延长滤袋使用寿命。因此在保证上述过滤速度的前提下宜尽量保留较多的电场数，这不仅可减少一次性投资，而且可长期稳定运行。

2.2 气流分布结构形式的确定

由于电袋除尘器是由电除尘单元和布袋除尘单元结合形成，因两者结构的不同，必然会在结合部产生烟气分配的均匀性问题。在大型静电除尘器内烟气通常为水平流动方式，而布袋除尘器传统的进气方式为下进气，因此，需要在不同部位采取适当的气流分布措施。由于循环半干法脱硫后烟气中的粉尘浓度很大，故要求对电除尘器单元的进口封头进行适当改造并设置2～3层多孔的气流均布板，并在适当部位增设均布板振打电机，而且多孔板的开孔方式与常规电除尘器有所区别，一般上部开孔率低于下部开孔率，使烟气尽可能从下部走。在两单元的结合处增加一道或两道多孔板进行处理，这样不仅可以减少烟气对滤袋的直接冲刷，而且可以迫使部分烟气从滤袋的底部进入，由平进气方式变为下进气方式。另外，由于电除尘器极板要比滤袋长，在布袋除尘单元的下部有很大一片空区，为保持所有滤袋底面的高度一致，设计台阶式的滤室布置方式。台阶式布置即顺气流方向滤袋布置逐步降低的方式，类似在下面布置了一个渐缩烟道，以保持烟气流速大致恒定，使分布各室的烟气量比较均匀，通过以上方法可保证电袋除尘器内部气流经过布袋除尘单元时流速、气量分配均匀，确保气流由底部上升，防止对滤袋的直接冲刷。

2.3 布袋除尘单元的清灰控制确定

在循环半干法脱硫电改电袋除尘器工程中，由于循环半干法脱硫的工艺特性，附着在滤袋上的灰量大，且灰的循环周期较长、粘性大，对滤袋的透气性影响很大。在脱硫的改造中，对布袋除尘单元的清灰控制进行针对性的设定，采用在线清灰方式，将清灰压力提高到了0.25MPa～0.35MPa，脉冲阀的开启时间也延长到150ms～200ms，并适当的减小布袋的喷吹周期，使整个电袋除尘器的阻力保持在1500Pa左右，不仅可延长滤袋的使用寿命，又可保证设备的正常运行。另外由于脱硫过程中工艺水的加入，烟气温度降至75℃，相对湿度为45%，为防止脱硫后的烟气水分在滤袋及壳体上结露，在寒冷地区应特别注意布袋除尘单元的外保温，保温棉可由原来的100mm增加到200mm。

2.4 布袋滤料的选择

布袋滤料的选择直接关系到滤料的使用寿命与投资费用。循环半干法脱硫中的布袋滤料一般选用PTFE或PPS+PTFE浸渍材料。PTFE滤料的耐酸碱性、耐水解性、耐温性及抗氧化性均很高，使用寿命长，但价格昂贵，适合于温度、NOx与O2浓度较高的烟气;而PPS+PTFE浸渍滤料的耐酸碱性、耐水解性适中，但价格便宜，适合于温度、NOx与O2浓度适中的烟气。在常规循环半干法脱硫后烟气温度约75℃，高出露点温度20℃以上，且在实际工程中除尘器出口的臭氧浓度极低，基本可忽略臭氧对滤料的影响，因此，在电袋复合除尘器中可选用性价比较高的PPS+PTFE浸渍材料作为滤料，这样既可确保滤袋的使用寿命，又可以节省投资费用。

3 应用实例

某电厂200MW机组于2004年建设，并在炉后配设循环半干法脱硫除尘设备，由于当时环保要求不高，粉尘排放浓度最高限值为100mg/m3，经综合考虑，采用2台双室四电场的电除尘器作为脱硫后除尘器，这不仅能确保粉尘的达标排放，而且能减小系统的运行阻力。由于燃用煤种的变化，现烟气中粉尘属于高比电阻粉尘，使除尘效率显著下降，粉尘排放浓度超过100mg/m3，不符合国家的排放标准，二级电除尘器必须实施改造。为节省改造周期和降低改造费用，方案中保留了一、二电场，利用原有的电除尘器的外壳，在顶部进行适当的改造，在拆除三、四电场内的极线、极板、振打装置、高压硅整流装置和出口封头后，安装布袋除尘器单元，顶部增加部分壳体，合并成电袋除尘器的复合结构，滤袋采用PPS+PTFE浸渍处理，设置必要的扶梯平台，对原有设备的钢结构进行适当的补强。

该电厂200MW机组的循环半干法脱硫电改电袋在经过1个月的改造工期后，一直运行良好，脱硫投运时电袋前后差压能长期稳定在1300Pa左右，较常规循环半干法脱硫后袋式除尘器低300Pa左右，喷吹周期长达4h左右，压缩空气耗量为常规半干法脱硫后袋式除尘器的1/3左右。经当地环保部门测试，粉尘排放实测为30mg/m3左右。除尘器改造前后的主要技术参数见表1。