燃煤锅炉烟尘提标改造方案

谢春玲 汪小田



科学评价

燃煤锅炉烟尘提标改造方案

谢春玲 汪小田

谢春玲本文针对燃煤锅炉的烟尘在提标改造过程中的可行性方案进行了详细的比较，提出的比选标准，可在锅炉烟尘改造行业起到借鉴作用。

如付诸现实将对锅炉改造单位产生可观的经济效益。

燃煤锅炉烟气除尘经历了由初级到高级的发展过程，目前广泛应用于市场的包括布袋除尘器与静电除尘器。本文简述了静电除尘器和布袋除尘器的除尘原理，并结合单位锅炉房实际情况，对4电场静电除尘器和布袋除尘器从技术性能与经济方面进行了比较，给出了锅炉房烟尘提标改造最终方案。

近年来，灰霾天气日益备受关注，其主要影响因子为PM2.5 、PM10，PM2.5被吸入人体后会进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。

针对灰霾天气，全国各省市都出台了相应的治理目标与方案，2013年西安市针对日益严重的灰霾天气制定了《西安市“治污减霾”工作实施方案（2013年）》，主要内容如下：全市范围内除集中供热设施外，禁止新建任何燃煤锅炉；完成450台20蒸吨以下燃煤锅炉拆改任务；完成20蒸吨以上污染物排放量较大燃煤锅炉改造任务；严格控制煤炭新增消费量，增加清洁能源的供应量，推广清洁能源项目。

单位锅炉房现有4台20t/h燃煤锅炉，锅炉燃烧过程排放的烟尘含有PM2.5 、PM10，对灰霾天气造成一定的“贡献”，因此，为了积极响应西安市“治污减霾”专项行动，实施锅炉大气污染物中烟尘的削减是一项有意义的工作。本文就锅炉除尘装置的方案比选做必要的研究。

现状分析

单位锅炉房现有4台20 t/h燃煤锅炉，其中1#、2#锅炉建于1991年，3#锅炉建于1995年，4#锅炉建于2005年，目前，采用先干式除尘后湿式脱硫的干湿两级脱硫除尘工艺，其中除尘采用新型模块式多管除尘器，除尘效率约为95%，脱硫运用石灰-石膏湿式脱硫技术，脱硫效率约为90%。

锅炉房大气污染物排放标准——地方标准

2013年，西安市环境保护局以 ［2013］48号《西安市环境保护局关于加快实施燃煤锅炉烟气污染综合治理的通知》明确提出了燃煤锅炉烟尘治理项目必须进行烟尘提标改造，处理后烟尘排放浓度≤30mg/m3。单位2012～2013年锅炉大气污染物排放情况如表1所示。

表1　锅炉房大气污染物2012～2013排放情况

从上表可以看出，单位锅炉烟尘排放浓度不能满足排放标准的要求。

鉴于此，需对锅炉房4台20t/h锅炉的除尘系统进行全面改造，以使烟尘排放浓度≤30mg/m3。

单位燃煤锅炉煤质参数与运行参数

表2　锅炉房煤质与运行参数

除尘方案比选

燃煤锅炉烟气除尘经历了由初级到高级的发展过程，除尘器的选用由初期的旋风除尘器、水膜除尘器、多管除尘器到目前广泛应用的布袋除尘器与静电除尘器，为了寻找适合单位锅炉除尘改造的方案，下面重点对布袋除尘器与静电除尘器进行比较分析。

布袋除尘器

布袋除尘器是一种干式高效除尘器，它是利用纤维编织物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中的固体颗粒物的除尘装置。其作用原理为：当含尘气流流经滤布时，比滤布空隙大的微粒，由于重力作用沉降或由于惯性作用被滤布挡住；比滤布空隙小的微粒，由于和滤布发生碰撞或被滤布纤维表面“集尘层”吸附，而停留在滤布的表面和空隙中，因此，袋式除尘器对于比滤布空隙小的粉尘微粒同样也可以取得很好的效果。

按照清灰方式的不同，袋式除尘器可分为机械振动类、分室反吹类、喷嘴反吹类、振动反吹并用类、脉冲喷吹类。脉冲喷吹袋式除尘器是利用压缩空气在极短的时间内高速喷入滤袋，同时诱导数倍于喷射气流的空气，形成空气波，使滤袋由袋口至底部产生急剧的膨胀和冲击振动，造成积尘下落的作用。脉冲喷吹袋式除尘器因电耗相对于其他袋式除尘器小且清灰效果好而被广泛应用。

含尘气体从袋式除尘器入口进入后，由导流管进入各单元室，在导流装置的作用下，大颗粒粉尘分离后直接落入灰斗，其余粉尘随气流均匀进入各仓室过滤区，过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体、提升阀、排风管排出。随着过滤工况的进行，当滤袋表面积尘达到一定厚度时，由清灰控制装置按设定程序关闭提升阀，控制当前单元离线，并打开电磁脉冲阀喷吹，抖落滤袋上的粉尘。落入灰斗中的粉尘经由卸灰阀排出后，利用输灰系统送出。

静电除尘器

静电除尘器是利用强电场电晕放电，使气体电离产生大量自由电子和离子，并吸附在通过电场的粉尘颗粒上，使烟气中的粉尘颗粒荷电，荷电后的粉尘颗粒在电场库仑力的作用下被吸向极板并聚集在极板上，聚集在极板上的灰通过振打周期性地被去除并落入灰斗，再通过灰斗系统排出，从而达到收尘的目的。

静电除尘器可以通过加长电场的长度来提高捕集效率，一般来说，当使用3个电场时，捕集效率可达99%，若使用4个电场时，捕集效率可达99.4%。

经济技术比选

单位锅炉房锅炉烟尘产生浓度约3000mg/m3，为满足烟尘排放浓度小于30mg/m3标准要求，要求除尘器的除尘效率必须大于99%。但由于3电场静电除尘器除尘效率在99%左右，不能确保锅炉烟尘排放浓度≤30mg/m3，因此选用4电场静电除尘器与脉冲喷吹袋式除尘器进行比较分析。下面从技术性能、烟尘处理效果、经济指标、排污费等方面进行比选。

（1）技术性能

表3　两种方法技术性能对比

（2）烟尘处理效果

以锅炉房实际运行情况为例，通过理论公式计算出4电场静电除尘器与脉冲喷吹袋式除尘器除尘效果如下。

表4　除尘效果对比

图1　布袋除尘器工作原理

图2　静电除尘器工作原理

烟尘排放量=B×A×D×（1-η）/H

B——燃煤量（t）

A——煤的灰分含量（%）

D——烟气中烟尘占灰分量的百分数，其值与燃烧方式有关（链条炉烟尘占灰分的比例一般为15%～25%，取18.46%计算）

η——除尘器的总效率（%）

H——烟尘中的可燃物（%）

由以上计算结果可以看出，4电场静电除尘器除尘效率低于脉冲喷吹袋式除尘器，燃煤锅炉其他指标相同的情况下，烟尘排放量高于脉冲喷吹袋式除尘器。

（3）经济指标

影响布袋除尘器本体费用的主要因素是气布比和滤料。选择的气布比值偏小，单位面积滤料处理的烟气量就减少，使滤袋数增多，除尘器的体积增大，清灰装置也会相应增加，就会造成本体成本费用明显增加。滤料也是影响本体费用的关键因素，不同的滤料价格相差很大。布袋除尘器的运行维护费用主要是更换滤袋费用和阻力增加引起引风机轴功率增加的费用，考虑到耐温的要求，又符合耐腐蚀、增湿的条件，目前一般采用复合滤料，使用寿命约3～5年。

电除尘器本体费用的主要因素：比收尘面积、烟气流速、电场数及电源装置。选择的比收尘面积大，烟气流速小，极板的用钢量大，电除尘器的体积就越大，本体费用显著增加。电除尘器运行维护费用主要是极板、极线的更换和电场耗电量。当电除尘器的除尘效率大于99.4%时，电场耗电量增加得越来越快，甚至会超过因采用布袋除尘器后引风机轴功率的增加量。极板极线的更换费用比较高，但使用年限较长，约6年左右。

以某发电厂2×200MW机组除尘费用为例进行了比较分析（如表5所示），我们可以看出静电除尘器与布袋除尘器在投资与能耗方面的差异。

一次性固定投资包括设备费用、土建费用、运输安装费用、技术服务费用及配套设备的费用，4电场静电除尘器固定投资要远远大于布袋除尘器，因此，静电除尘器的初期投资大。

运行维护费用：由于布袋除尘器的运行阻力大，与之配套的风机功率增加，比4电场静电除尘器电耗高，相应的用电费用要高；滤袋的更换费用是布袋除尘器的主要维护费用，由于滤袋使用年限较极板极线的使用年限短，在更换费用同样昂贵的情况，布袋除尘器滤袋更换费用更高。

表5　2×200MW机组除尘费用的比较

由于4电场静电除尘器一次性固定投资远远大于布袋除尘器，即使运行维护费用略低于布袋除尘器，总的投资费用仍然高于布袋除尘器，并且，若要将静电除尘器的除尘效果提高到布袋除尘器的水平，需增加电场数量，采取5电场或6电场，甚至更高，如此，初期投资费用与运行费用会大幅度提升。

（4）排污费

根据《排污费征收标准管理办法》中明确规定对每一排放口污染当量数最大的前3种大气污染物征收排污费，单位燃煤锅炉排放的大气污染物主要有二氧化硫、烟尘、氮氧化物；其对应的大气污染物污染当量数见表6。

表6　污染当量数计算结果

由于采用静电除尘（4电场）相较于脉冲喷吹袋式除尘，烟尘的污染当量数多出839.24，故静电除尘在排污费的征收上也相应较高。

综合分析

两种除尘器的优缺点比较

（1）从技术性能比选结果可以看出，4电场静电除尘器设备阻力小、能耗低，使用范围广，可以捕集颗粒直径小于0.1μm的粒子及高温烟气（300～400℃），还能去除烟气中的水雾和酸雾，相对于脉冲喷吹袋式除尘，其缺点为设备外形尺寸大，占地面积大，除尘效率受飞灰比电阻影响大。

（2）从除尘效果比选结果可以看出，4电场静电除尘器除尘效率为99.4%，脉冲喷吹袋式除尘器除尘效率为99.9%，在燃煤锅炉其它指标相同的情况下，烟尘排放量高于脉冲喷吹袋式除尘器。

（3）从经济指标比选结果可以看出，4电场静电除尘器一次性固定投资远远大于布袋除尘器，运行维护费用略低于布袋除尘器，总的投资费用仍然高于布袋除尘器，并且，若要将静电除尘器的除尘效果提高到布袋除尘器的水平，需增加电场数量，采取5电场或6电场，甚至更高，如此，初期投资费用与运行费用会大幅度提升。

（4）从排污费的比选结果可以看出，由于脉冲喷吹袋式除尘器除尘效率较高，烟尘排放量较少，由此对排污费的贡献值也较少。

比选结果

单位锅炉房烟尘提标改造应主要满足以下要求：

（1）锅炉入口烟气温度为200-230℃，变化范围130～230℃，短期260℃；

（2）锅炉烟尘一般考虑2.5μm以上的颗粒物；

（3）锅炉房占地面积有限，若设备尺寸过大，可能无法安装；

（4）锅炉烟尘产生浓度约3000mg/m3，为满足烟尘排放浓度小于30mg/m3标准要求，必须选用高除尘效率的除尘器。

基于上述两种除尘方案的比较，脉冲喷吹袋式除尘器均能满足以上要求，虽然其运行费用偏高，但其一次性投资低，占地面积小，且除尘效率有保证。因此，我们认为锅炉房烟尘改造选用脉冲喷吹袋式除尘器比较合适。

除尘效果验证

锅炉房在经过调研后，最终选择了低压喷吹在线脉冲袋式除尘器，除尘器外形尺寸为5m×6m×17m，拆除原有除尘器后，在原地安装，未新增占地面积；采用P84+玻纤复合滤料，可以耐受280℃高温，满足锅炉房锅炉烟气温度条件。

改造工程完毕后对4×20 t/h锅炉进行了验收监测，监测结果显示1#炉至4#炉烟尘出口平均浓度为14.4 mg/m3，排放浓度均小于30mg/m3，满足达标排放要求。

结语

4电场静电除尘器与脉冲喷吹袋式除尘器各有优缺点，4电场静电除尘器设备阻力小、能耗低，运行费用低，但设备尺寸大，占地面积大，且一次性投资费用昂贵；脉冲喷吹袋式除尘器由于设备阻力大，运行费用较高，但一次性投资费用远低于静电除尘器，除尘效率高，烟尘达标排放有保证，且占地面积小。结合锅炉房的实际情况，选用了脉冲喷吹袋式除尘器进行烟尘提标改造，目前，设备运行良好，且污染物排放浓度远低于标准要求。

谢春玲 汪小田

中国飞行试验研究院

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.11.007