超净排放中半干法脱硫配套布袋除尘器的优化

2016-02-03杨家军钟婷姗

综合智慧能源 2016年9期

关键词：灰斗半干法清灰

杨家军，钟婷姗

（1.浙江德创环保科技股份有限公司，杭州　310012；2.杭州双良中荷环保科技有限公司，杭州　310012）

超净排放中半干法脱硫配套布袋除尘器的优化

杨家军1，钟婷姗2

（1.浙江德创环保科技股份有限公司，杭州310012；2.杭州双良中荷环保科技有限公司，杭州310012）

在超净排放的半干法脱硫系统中，原有的布袋除尘器已经不能满足严格的排放要求，需要进行优化升级改造。介绍了布袋除尘器的气布比、上升气流速度、清灰系统、滤料、预沉降室、气流布风系统、旁路系统、控制系统、安装精度等各方面的优化措施，可为超净排放工程提供参考。

超净排放；半干法脱硫；布袋除尘器；气布比

0　引言

在国家要求热电机组烟气需实现“50355+53”超净排放的大环境下，循环流化床半干法脱硫工艺仍然占领着一席之地。与其匹配的布袋除尘器为了满足更为严格的粉尘排放质量浓度要求，需要进行一系列的升级改造。升级改造主要针对清灰系统、气流布风系统、旁路系统和控制系统等，升级后的布袋除尘器主要有如下特点：（1）除尘效率得到了最大限度的提升，尤其是对PM2.5和超细粉尘的捕集效率最大能达到99.999％以上，确保粉尘排放质量浓度≤5mg/m3（标态）；（2）对烟气的适应性更强，能适应更苛刻、更恶劣的烟气环境。

1　超净排放中半干法脱硫烟气的特殊性

在超洁净排放中，循环流化床半干法脱硫系统与常规的半干法脱硫系统有着迥然不同的地方：常规脱硫塔出口粉尘质量浓度通常为800～1000mg/m3（标态）［1］，而超净排放中脱硫塔出口粉尘质量浓度需要维持在1000～1200mg/m3（标态），粉尘质量浓度特别大；同时，常规半干法脱硫塔出口烟气温度通常控制在80℃左右，而超净排放需要控制在75℃左右，非常接近烟气的露点，并且需要长期稳定运行在这一温度区间，烟气条件异常苛刻。

2　超净排放中半干法脱硫配套布袋除尘器的升级设计

2.1气布比的选取

常规半干法脱硫系统配套的布袋除尘器气布比较高，一般为0.75～0.80m/min，但在超净排放中，由于布袋入口烟气中粉尘的质量浓度更高，颗粒黏度更大，湿度也更大（垃圾炉尾部烟气湿度甚至达到16％左右），因此，布袋除尘器的气布比选取需更为合理，才能有效控制布袋差压。经大量工程实践，气布比在0.65m/min以内时，布袋差压处于可控状态［2］。

2.2气流上升速度的选取

在超净排放中，布袋箱体内的气流上升速度是一个非常关键的控制参数。在设计过程中，需保证气流的上升速度小于粉尘颗粒的自由沉降速度，如果气流上升速度过大，会使滤袋清理下来的粉尘悬停在半空中，甚至会二次夹带到滤袋上，从而导致布袋除尘器阻力居高不下，使整个清灰系统处于瘫痪状态。根据数值模拟，气流上升速度控制在0.80 m/s以内，清灰系统能处于正常有序的工作状态［2］。

2.3清灰系统的设计

清灰系统是布袋除尘器的“心脏”，设计选型尤为关键。在常规半干法脱硫系统中，袋笼与袋笼的中心距为（1.3～1.4）倍袋笼直径，滤袋最长达7.5 m；而在超净排放中，为了尽量避免清灰时初次清下来的粉尘二次吸附在邻近的滤袋上，袋笼与袋笼的中心距不得低于1.5倍袋笼直径，滤袋长度宜控制在6.0m以内，同时，脉冲阀宜选择性能卓越的产品，如上海袋配脉冲阀。

2.4滤料的配置

滤袋作为布袋除尘器的核心部件，有着举足轻重的作用，滤料的选择自然也成了重中之重。对于常规的半干法脱硫而言，聚苯硫醚（PPS）是首选滤料，但其无法满足超低排放的要求，粉尘排放质量浓度通常只能达到30mg/m3（标态），与超低排放的要求相差甚远。为此，需对现有滤料进行升级，升级后的滤料结构为“PPS基层+聚四氟乙烯（PTFE）基布+PPS基层+超细PPS面层”的梯度滤料，滤袋表面做针孔涂封防渗漏处理，将泄漏率降到最低。另外，滤料的表面克重也是一个不可忽略的因素，在常规的半干法脱硫中，滤料表面克重通常只有550 g/m2，而在超净排放中，滤料表面克重宜不低于630 g/m2，甚至更高。经过一系列处理后，滤料纤维之间的间隙可控制在1μm左右，能有效阻挡细粉尘和PM2.5。

2.5预沉降室的升级改造

由于超净排放中脱硫塔出口的粉尘质量浓度要在1200mg/m3（标态）以上，为了减轻滤袋的除尘负荷，需在布袋除尘器的进口封头处增设预除尘室：加装数块导流板，通过惯性碰撞来初次捕集部分粉尘，捕集效率为40％～50％，收集下来的粉尘通过空气斜槽汇入循环灰返料斜槽中。为了进一步提高原有沉降室（各分箱室）的除尘效率，需对原沉降室做一些特别设计：在各个分室箱体内加装气流分布系统，优化流场的同时也延长了粉尘的通行路程，使粉尘在重力作用下逐渐沉降下来，可将沉降室的除尘效率提升至60％，综合除尘效率达76％～80％。

同时，提高布袋中箱体的高度，将从布袋灰斗进气的传统方式优化为从布袋中箱体进气的方式，可避免布袋灰斗内处于沸腾状的存灰产生二次扬尘。

2.6布风系统的流场优化

超净排放设计的布袋除尘器采用模块化结构，室内分为多个小袋室，袋室与袋室之间既相互独立，又相互制约。布风系统的优化主要从两个方面进行：一方面是布袋除尘器的中间主烟气通道，通过计算流体力学（CFD）软件进行数值模拟，选择合适的烟气通道上压板倾斜角度，从而保证各个分袋室进风负荷的均匀性；另一方面，需要在各个分箱体内加装气流分布系统——数量不等的百叶窗导流板，导流板的数量、安装位置、安装角度等参数需要通过CFD软件进行数值模拟来确定。只有以上两个方面都做到了，才能真正做到“平分秋色”，避免各袋室烟气负荷不均匀、部分袋室超负荷运行、烟气负荷“头重脚轻”的状况，为清灰系统的正常运行提供有力的保障。

2.7旁路系统的优化

常规的布袋除尘器一般设置内置式旁路［3］，锅炉爆管时切换烟气走向，以保护布袋。常规旁路阀采用硬密封设计，极易泄漏。升级后的旁路阀，采用双层阀板密封结构，中间形成隔断，由于布袋室内外存在约4000Pa的负压，可在隔断内接通室外空气作为密封空气，并采用耐高温密封条——硅橡胶，有效隔绝尘气室和净气室，实现零泄漏。与此同时，由于环保部已经明文规定脱硫除尘系统不准设置任何形式的旁路系统，为此，笔者建议在超净排放系统中取消内置旁路系统，从源头上杜绝泄漏的一切可能性。

2.8灰斗的改造

超净排放中，吸收塔出口烟气温度仅有75℃，如果灰斗保温措施不到位，热量极易散失，不但会加剧灰斗壁板的腐蚀，还会导致循环灰板结，流动性变差。因此，较常规布袋除尘器而言，需要在灰斗的更大区域内增设蒸汽加热盘管或电加热板，尽量减少热量的散失。

2.9控制系统优化

（1）在超净排放中，由于吸收塔床层差压较大，布袋的灰斗必须存有足够的灰量，保证吸收塔灰循环系统的建立。常规的半干法脱硫采用料位计的控制方式，实际运行中经常出现误报警，不是灰斗排灰过量，就是灰位过高，导致二次扬尘。优化后采用分区流化风压力的远程控制方式，通过流化风压力来监控灰斗内的料位，可以精确地控制灰斗内的循环灰量，确保循环灰系统正常运行。

（2）调整清灰系统脉冲阀的控制方式，由连续式清灰改为离散跳跃式清灰，可有效防止粉尘的二次夹带。

（3）分散控制系统（DCS）调整为可编程逻辑控制器（PLC）［2］。布袋除尘器清灰最佳脉冲宽度为50～120ms，调试时需每隔10ms调节1次；而DCS最小调度周期为50ms，再加上总线轮巡周期，它能发出的最高脉冲宽度为150ms以上，如需调节10 ms，要不断下装到控制器中，会影响系统正常运行：因此，为保证布袋清灰效果和系统正常运行，不宜采用DCS控制，而PLC属高速逻辑开关控制器，能发出毫秒级脉冲，最适合控制布袋除尘器。

（4）设置两种清灰模式，一种是在线清灰模式，一种是离线清灰模式，可根据实际运行情况，灵活选择清灰模式。

（5）在灰斗不同位置增设灰斗内循环灰的温度监测点，此温度与灰斗加热装置联锁，确保灰斗内循环灰的温度。

2.10安装制造精度提升

超净排放中，清灰系统附件的安装精度同样不可忽视，否则将影响系统的除尘性能。尤其是花板的开孔须采用激光切割工艺，不得有锋利边角和毛刺，花板孔中心偏差应＜0.5mm，花板表面要求平整光洁，不得出现挠曲、凹凸不平等缺陷，平面度偏差区间全长不大于1/1000，喷吹管对中偏差不大于0.5mm。