循环流化床锅炉袋式除尘器改造研究

2014-02-09曹成虎乔玉华武永强李东阳

电力科技与环保 2014年6期

曹成虎，乔玉华，武永强，李东阳

(1.内蒙古鄂尔多斯双欣电力公司，内蒙棋盘井 016064；2.西安热工研究院有限公司，陕西西安 710032)

1 概述

大型袋式除尘器已成功应用于我国燃煤电厂300MW和600MW机组上，袋式除尘技术在微细烟尘控制方面具有一定技术优势[1-3]，满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)要求[4]；但如设备的设计选型不合理会造成运行能耗高和滤袋寿命短的问题，影响机组的高效稳定运行。

内蒙古鄂尔多斯双欣电力公司2×300t/h循环流化床锅炉机组，分别于2009年、2010年投入运行。锅炉尾部原配备袋式除尘器，由于原袋式除尘器结构型式、设计参数选择不合理，加上煤种变化、烟气量增大等诸多方面的原因，造成除尘系统运行阻力高，严重影响机组带负荷能力；同时出现滤袋经常破损、除尘效率下降、烟尘排放浓度严重超标情况。为了解决以上问题，我们对该除尘系统进行了全面地分析，提出了有针对性的优化改造方案，取得了良好的改造效果。

2 改造前除尘系统问题

2.1 系统概述

锅炉设计燃用低热值烟煤，循环流化床燃烧方式，通过炉内加石灰石脱硫，脱硫效率为90%。锅炉汽水系统采用单汽包自然循环，固态排渣。锅炉设计耗煤量65.7t/h，耗石灰石6.5t/h。空气预热器采用管式逆流式，设计排烟温度为135℃；烟气除尘为分箱体袋式除尘器，配2台离心式引风机。煤质分析见表1，除尘器设计参数见表2。

2.2 原袋式除尘器结构型式

2×300t/h炉各配1台分箱体袋式除尘器，结构参数相同。原除尘器进口烟道和除尘器本体如图1所示。两空预器出口烟道在除尘器进口前水平烟道段汇合，通过除尘器中间进口楔形烟道进行烟气流量分配，烟气从各个箱体下部灰斗处，自下而上进入滤袋区，经过中箱体滤袋过滤后，净烟气通过提升阀汇总到中间出口烟箱，由引风机排出。

图1 原除尘器进口烟道及本体示意

表1锅炉煤质工业分析

项目设计煤种2012.012012.02.21(试验期间)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原除袋式除尘器设计参数(单台炉)

项目数值处理烟气量/m3·h-1599858过滤面积/m212279过滤风速/m·min-10.81滤袋形式、材质长袋低压,固定行喷;PPS滤袋规格/mmΦ165×7050,3360条脉冲阀参数3'';280个仓室数量/个2列,共12个入口烟尘浓度/g·m-3正常56;最大65烟尘排放浓度/mg·m-3<30除尘效率/%≥99.95烟气温度/℃133设备运行阻力/Pa<1200

2.3 除尘系统存在的问题

原袋式除尘器结构型式不合理，设计选型参数偏小，运行阻力高达到1900Pa左右，系统受引风机出力的限制，严重影响锅炉带负荷能力。滤袋破损频繁，平均运行3个月每台炉需要更换百余条滤袋，除尘效率下降，出口烟尘排放浓度>380mg/m3，引风机叶片磨损严重，影响机组安全运行。滤袋破损后会造成连带影响，加速周围滤袋破损；检修过程中发现滤袋破损部位的喷吹管容易被泄露粉尘磨漏。袋式除尘器的漏风率偏高，达到了8%左右。2012年初对3、4号炉袋式除尘器进行了性能试验，主要性能指标试验结果见表3。

表3袋式除尘器性能试验结果

项目3号炉除尘器4号炉除尘器锅炉负荷/t·h-1278275烟气量/104m3h-173.9576.50过滤风速/mmin-11.011.04烟气温度/℃131135烟尘浓度/mg·m-3364385运行阻力/Pa19761900漏风率/%8.487.90引风机电流/A116/116113/114

3 除尘器改造方案研究

3.1 滤袋破损分析

除尘器结构设计不合理，烟气流场分布不均；滤袋间距偏小，气流上升速度过高，加上入口烟尘浓度较高，喷吹频率增加都会造成滤袋的机械磨损[5]。锅炉管式空预器受到烟尘磨损和腐蚀，漏风严重，除尘器入口氧量经常超过10%，易造成PPS滤袋氧化失效。为了研究分析滤袋破损主要原因，2012年对破损的滤袋进行检测，结果表明滤袋存在较为严重的机械性破坏，滤袋磨损痕迹十分明显。滤料的拉伸强度很高，仍处在新滤料初始范围内，主要原因为机械性磨损。

3.2 试验测试和数值模拟研究

试验测试锅炉烟气量大于设计值，折算到满负荷达到77.74×104m3/h，比原设计值增加了29%，过滤风速为1.06m/min。利用计算机模拟计算，得到除尘系统三维流场定量描述的数值解[6-7]。按照1∶1比例建立模型，采用结构和非结构化混合网格。设置滤袋为多孔跳跃、速度进口、压力出口和墙等边界条件。采用标准k-ε双方程模型，控制容积积分法离散控制方程，SIMPLE算法，对流项为一阶迎风格式[8-9]。计算得到进气烟道内各箱体烟气量分布不均，前后箱体流量偏差达到20%，如图2所示；同一箱体内靠近外侧烟气流量偏大，滤袋袋底流速高，最高达到3m/s，滤袋磨损快，与实际情况中滤袋经常出现破损的位置一致，如图3所示。

图2 原袋式除尘器箱体进口流量分配

图3 原袋式除尘器全流场和袋底流场分布

通过试验测试和数值模拟分析，造成除尘器滤袋破损频繁和运行阻力高的根本原因是设备结构设计问题，同时安装质量和运行维护也存在不足：除尘器烟气进、出口型式复杂，烟气流程变化多，阻力增大；进口楔形烟道烟气流量分布不均，各滤袋箱体流量偏差大，达到20%；滤袋间距过小，滤袋排列过于紧密，容易造成搭接，气流上升速度高，不利于过滤和清灰；滤袋底距离灰斗上沿空间过小，沉降空间不够；袋底流速过高，不利于流场分布，容易造成袋底灰磨损严重；采用离线清灰方式至少有一个仓室处于离线状态清灰，造成过滤面积相对减少，此时过滤风速将提高到1.16m/min以上；除尘器喷吹系统安装存在质量问题，造成滤袋喷吹破损。

3.3 除尘器改造方案介绍

依据对系统的研究结果、结合场地条件，针对循环流化床锅炉烟尘特性[10]，制定科学合理的除尘器改造方案。改造方案见图4，改造后布袋除尘器设计参数见表4。

图4 袋式除尘器改造方案

(1)将原除尘器中间进气改为两侧水平直通进气，将两侧空预器烟道直接通过两个进口喇叭水平引入除尘器新增壳体，取消中间楔形烟道和灰斗下进气方式，原出口方式保持不变。

(2)在原除尘器进口前增设4500mm长壳体和钢支架。新增壳体前1500mm部分为重力沉降室，中间设置均流板；壳体后3000mm部分内布置滤袋、喷吹阀和提升阀等，增加除尘器总过滤面积；新增壳体内设置旁路系统，设置灰斗和输灰系统。

(3)将原上箱体、中箱体提高3000mm，滤袋增长至7550mm。上箱体、花板、喷吹系统、提升阀布置利旧。

(4)拆除原中箱体内的中间隔板，增加设置必要的斜撑和横撑，保证设备整体强度，将单侧滤袋中箱体内联通。保留原净气室内的隔板和提升阀，仍然可以实现在线检修和更换滤袋。

3.4 改造后对系统运行影响

(1)通过数值模拟优化除尘器改造方案，计算改造后清洁滤袋设备本体阻力为610Pa，考虑粉尘层增加的阻力，设备最大运行阻力为1200Pa左右[11]，比改造前系统阻力降低约700Pa。2012年5月3号炉袋式除尘器改造投运后，在锅炉负荷295t/h工况下，设备运行阻力为1100Pa，与改造前计算结果基本一致，达到改造预期效果。

(2)3、4号炉除尘器改造后实现锅炉满负荷稳定运行，引风机电流明显降低，系统能耗降低，同时增加了系统发电量，每年创造经济效益1552.6万元(见表5)。烟尘排放浓度≤30mg/m3，实现烟尘达标排放。表中机组年利用小时按5500h计算，电费按0.35元/(kW·h)计算。

表4改造后袋式除尘器设计参数(单台炉)

项目参数处理烟气量/m3·h-1739500过滤面积/m214872过滤风速/m·min-10.828滤袋形式、材质长袋低压,固定行喷;PPS脉冲阀参数3'';320个滤袋规格/mmΦ165×7550,3800条仓室数量/个2个烟尘排放浓度/mg·m-3<30除尘效率/%≥99.95设备运行阻力/Pa<1200

表5改造前后系统运行经济性对比

除尘器锅炉负荷/t·h-1运行阻力/Pa引风机电流/A改前改后改前改后改前改后减少电耗104(kW·h)/a增加电量104(kW·h)/a滤袋节约费万元/a经济效益万元/a3号炉27829519761100116/11689/90175200028789.254号炉27529219001090113/11498/9999200228763.35