电袋复合除尘器在燃煤循环流化床锅炉除尘中的应用

吴志红

（福建龙净环保股份有限公司 福建省龙岩市工业西路龙净工业园，福建龙岩 364000）

电袋复合除尘器在燃煤循环流化床锅炉除尘中的应用

吴志红

（福建龙净环保股份有限公司 福建省龙岩市工业西路龙净工业园，福建龙岩 364000）

针对我国循环流化床锅炉燃煤广泛应用、烟尘排放标准日趋严格的现状，结合循环流化床燃煤锅炉的烟气工况条件特点，提出该工况更适合选用电袋复合除尘器来实现烟尘低量排放的观点。而且，选用电袋复合除尘器后所具有的节能优势更符合当前燃煤电站贯彻实施的“节能减排”环保政策。

电袋复合除尘器；循环流化床；锅炉；炉内脱硫；经济性

循环流化床锅炉（CFB）是20世纪80年代发展起来的一项清洁煤燃烧技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大而且快等突出的优点。循环流化床锅炉不但低成本实现了严格的污染排放指标，而且还可以用煤矸石等低热量燃料，发挥资源综合利用优势，为我国燃煤电力节能环保改造提供了一条有效途径。

1 燃煤循环流化床锅炉烟气、粉尘特点

1.1 燃煤循环流化床锅炉的特点

1.1.1 燃料适应性广

这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在循环流化床锅炉中，燃料仅占床料的1%～3%（按重量计），其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。因此，加到床中的新鲜煤颗粒被相当于一个“大蓄热池”的灼热灰渣颗粒所包围。由于床内混合剧烈，这些灼热的灰渣颗粒实际上起到了无穷的“理想拱”的作用，把煤料加热到着火温度而开始燃烧。在这个加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小，而煤颗粒的燃烧，又释放出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床一般着火没有困难，并且煤种适应性很广的原因所在。

1.1.2 燃烧效率高

由于循环流化床锅炉气固混合良好、燃烧速率高、飞灰在炉内可以再循环燃烧，因此燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，通常在95%～99%范围内。

1.1.3 高效脱硫

循环流化床锅炉处在830～900℃的工作温度下，在此温度下石灰石可充分发生焙烧反应，使碳酸钙分解为氧化钙，氧化钙与煤燃烧产生的二氧化硫进行盐化反应，生成硫酸钙，以固体形式排出达到脱硫的目的。

石灰石脱硫反应方程：

因此循环流化床锅炉可实现炉内高效廉价脱硫，一般脱硫率均在 90% 以上。当钙硫比为 1.5～2.0 时，脱硫率可达 85%～90%。而鼓泡流化床锅炉，脱硫效率要达到85%～90%，钙硫比要达到3～4，钙的消耗量大一倍。同时，与煤粉燃烧锅炉相比，不需采用尾部脱硫脱硝装置，投资和运行费用都大为降低。

1.1.4 氮氧化物（NOX）排放低

由于较低的炉内燃烧温度，循环流化床锅炉中生成的NOX主要由燃料中的 N 转化成的 NOX，而热力 NOX即空气中的 N转化成的 NOX生成量很小，同时，循环流化床锅炉采用分级送风的方式，即一次风从布风板下送入，二次风分二层从炉膛下部密相区送入，可以有效地抑制NOX的生成。因此循环流化床锅炉烟气中N的氧化物排放很低。运行经验表明，循环流化床锅炉的 NOX排放范围为（50～150）×10-6或 40～120mg/ MJ。

除以上特点外，循环流化床锅炉还有燃烧强度高、炉膛截面积小、负荷调节范围大、负荷调节快、燃料预处理系统简单、给煤点少等诸多的优点。此外，由于循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣含炭量低（含炭量小于1%），属于低温烧透，易于实现灰渣的综合利用，如作为水泥掺和料或做建筑材料。同时低温烧透也有利于灰渣中稀有金属的提取。

1.2 循环流化床锅炉烟气、粉尘特点

循环流化床锅炉的以上特点，决定了其尾部烟气粉尘具有以下的一些特性：

1.2.1 烟气中SOX、NOX含量低，粉尘比电阻高

循环流化床锅炉掺烧石灰石后，烟气中的 SOX与 CaO 发生反应，生成 CaSO4等物质，大大降低烟气中的 SOX，从而提高烟气中粉尘的比电阻。

1.2.2 烟气中含尘浓度高

CaO、Ca（OH）2和其他物料在炉内反复循环燃烧，以及循环流化床对煤种的适应性广，燃烧煤矸石和劣质煤等低热值煤使得锅炉实际燃煤量增加，而热值与灰分成反比关系，这就意味着烟气的粉尘浓度增加。

1.2.3 飞灰细颗粒增加，灰分黏性加大

由于燃料颗粒在循环燃烧，飞灰细微颗粒比例增加，黏性加大，炉内加钙后，飞灰中含一定比例的 CaO、Ca（OH）2和 CaSO4等，所以细度小，灰分黏度大不利除尘和清灰。

针对以上的烟气粉尘性质，除尘系统如采用常规的静电除尘或者是布袋除尘存在下列不利的因素：

采用静电除尘器。由于烟气粉尘中 SOX的含量大大减少，粉尘比电阻增大，使得静电除尘器的除尘效率大大降低。为提高电除尘器的收尘效率，就必须增加更多的收尘板面积，这将导致设备的一次性投资和运行维护费用的大幅增加。而且，由于设计水平、锅炉运行状况、燃烧煤种、粉尘的物理、化学性能等因素的影响，电除尘器的出口排放将很不稳定。就目前的技术而言，电除尘器的出口排放要达到低于 50mg/m3的水平，也是相当困难的。

采用布袋除尘器。虽然布袋除尘器的除尘效率不受烟气成份、含尘浓度、颗粒分散度及粉尘比电阻等粉尘性质的影响，对微细粉尘捕集率一般可达 99.9% 以上，排放浓度 ＜50mg/m3。但是，如果除尘器入口浓度过高，将带来粉尘粗颗粒对滤袋的磨损加剧、除尘器系统阻力增大，需要频繁清灰等一系列问题。这些问题都将大幅地缩短滤袋的使用寿命。

2 电袋复合除尘器

电袋复合除尘器是吸取静电除尘和布袋除尘两种除尘机理的优点，舍去其缺点而开发的一种新型除尘设备。相对于传统的除尘方式，它具有排放长期稳定、高效、节能等特点。

2.1 电袋复合除尘器的除尘机理

电袋复合除尘器工作时，烟气从进口喇叭进入电场区，有约80%～90% 粉尘在电场区荷电并被收集，粗颗粒烟尘直接沉降至灰斗，剩下的已荷电难收集粉尘随烟气均匀进入滤袋区，通过滤袋过滤后完成烟气净化过程。

在电袋除尘器中，电场区起着除尘和荷电的两种作用，除去了磨琢性较强的粗颗粒，同时使进入袋区的细微颗粒带电，粉尘的过滤性能发生了变化，以利于后级袋区的除尘和清灰。

图1 典型的电袋复合除尘器结构

2.2 电袋复合除尘器的优势

2.2.1 技术优势

针对循环流化床锅炉出口烟气粉尘高浓度的特点，在经过电袋除尘器的前级电场预除尘作用后，烟气中的粉尘浓度、粗颗粒含量大大降低，同时进入滤袋区粉尘被充分荷电。由于粉尘荷电的作用，彻底改变粉尘在滤袋区的过滤机理。粉尘在滤袋表面形成结构疏松、透气性好和容易清灰的粉尘层。相对纯布袋除尘器而言，电袋除尘器从工况条件上减缓了诸多缩短滤袋寿命的因素（如粗颗粒磨损、频繁清灰等），从原理上降低了滤袋阻力，使粉尘层具有良好的透气性，易于清灰，从而延长了滤袋的寿命。

2.2.2 性价比优势

由于循环流化床锅炉烟气中 SOX、NOX的含量极低，烟气的酸露点也相应较低，降低了烟气中酸结露的可能性，降低了酸腐蚀的风险，减缓了烟气中酸性物质对滤袋的腐蚀，从而延长了滤袋的使用寿命。同时，在烟气温度、含氧量、水分等条件允许的范围内，滤袋材质可选择抗酸、抗氧化较弱但较为经济的 PPS 滤料，使电袋复合除尘器具有了较高的“性价比”。

2.2.3 节能优势

电袋复合除尘器主要通过三个方面实现节能：①电袋除尘器阻力低于常规布袋除尘器，从而节省引风机的电耗；②延长了滤袋清灰周期，从而节省空压机的电耗；③电场配置电源数量与传统电除尘器相比，仅为1/4左右，从而大大节省了电能。

综上所述可以看出，对于循环流化床锅炉尾气的收尘，电袋复合除尘器有其独特的技术性能和经济优。在获得低排放的同时，节约了大量的能耗，这是其他除尘方式无法比拟的。因此，电袋除尘器是锅炉尾气收尘首选的除尘方式。

自2002年福建龙净环保第一台电袋除尘器投运以来，经过10多 a 的努力，到2016年12月份，龙净环保已投运电袋复合除尘器400台，其中循环流化床锅炉配套项目60台（含300MW 等级机组25台，200MW 等级机组12台），并在2009年承接了四川白马循环流化床示范工程600MW 机组配套的电袋项目，现该项目已进入安装阶段。

2.3 内蒙华电乌达热电有限责任公司1#、2#炉

该项目为2×150MW 机组电除尘器改电袋项目，原使用双室四电场电除尘器，2004年投运，因除尘效果差无法达标排放。该项目原电除尘器安装施工存在较大问题，改造方案采用保留1、2电场。经过龙净公司整改后，电场运行参数稳定，预除尘效率高。1# 炉和 #2炉分别于2006年10月和12月投运，顺利通过“168h”运行，滤袋平均差压在400Pa左右，清灰周期时间达 5 000s 以上，实测出口排放小于 21mg/m3。

（1）CFB 锅炉：480t/h；

（2）处理烟气量：1 200 000m3/h；

（3）除尘效率：＞99.92%；

（4）清灰方式：在线，逐行脉冲喷吹；

（5）清灰空气压力为 0.25MPa。

2.4 大唐长春第二热电厂1#、2#炉改造项目

该项目为2×200MW 机组电除尘器改电袋项目，原为双列双室四电场电除尘器，1990年投运，原为长春发电设备总厂的 DC1-4.210 型号的静电除尘器。因除尘器投运时间较长，加上锅炉进行改造，在炉内添加石灰石脱硫，原静电除尘器无法适应新的工况，除尘效果差，排放无法达标。经龙净公司改造后，拆除了原来所有的电场，在前级布置小分区结构的BE型电场，增强了电场的稳定性和可靠性，后级布置布袋除尘区。1、2# 炉分别于2008年12月、10月投运，运行参数稳定，清灰周期在 8 000s 以上，实测出口排放小于 25mg/m3，设备平均阻力800Pa，达到了改造前的预期目标。

3 电袋复合除尘器需要解决的问题

3.1 电场区与滤袋区的配比问题

电袋复合除尘器由电场区和滤袋区组成。从理论上来说，前级的电场越大、收尘面积越大，对后级的滤袋越有利，但显然不利于降低设备的投资和运行维护费用。反之，要是电场偏小，比集尘面积不够，又无法达到预除尘和让粉尘充分荷电的目的。同理，对于滤袋区滤袋的布置方式、单元数的设置、过滤风速的选择也直接影响到电袋除尘器的整体性能。

3.2 滤袋的适应性问题

滤袋的选择问题是电袋除尘器成功与否的核心问题。不仅仅是因为滤袋区决定最终的出口排放、设备阻力等关键性的参数，而且，滤袋的使用寿命将影响着电袋除尘器整体的经济性能，所以，滤袋的选择在电袋除尘器中起着至关重要的作用。

目前，国内燃煤锅炉烟气净化除尘常用滤料纤维有 PPS（聚苯硫醚）、P84（聚亚酰胺）、PTFE（聚四氟乙烯）等三种。在不同的工况条件下，这些滤料均有其使用的局限性。其性能如下表：

表1 滤料性能

选择滤袋时，应根据不同工况，分别选用 PPS、P84或PTFE 材质的滤袋。同时，可综合考虑不同纤维的混合运用，如 PPS+PTFE、P84+PTFE 等以及基布为 PTFE 材质的滤袋。

4 结束语

除了循环流化床锅炉之外，对其他形式锅炉来说，电袋复合除尘器也是最经济、效果最佳的除尘方案。通过采用合理的电、袋配比，合理的滤袋布置形式，使流场达到最佳的气流分布。电袋除尘器将充分发挥静电除尘与布袋除尘各自的效能，极大提高除尘效率，增强系统可靠性和延长使用寿命。所以这种节能、高效除尘器具有非常大的经济和环保优势，必将广泛应用于电厂、矿山、冶金、化工、水泥、制药、食品等行业，前景十分广阔。

[1] 邓晓飞.循环流化床锅炉电袋组合式除尘器的设计计算[D].上海：东华大学，2009.

Application of Electric Bag Composite Dust Collector in Dust Removal of Coal Fired Circulating Fluidized Bed Boiler

Wu Zhi-hong

Aiming at the status quo of soot emission standards are widely used in our country，coal fired circulating fluidized bed boiler is becoming more and more strict，combined with the characteristics of working conditions of flue gas circulating fluidized bed boiler，the condition is more suitable for the selection of electric bag composite dust remover to achieve low smoke emissions point.At the same time，the energy-saving advantages of the electric bag composite dust collector are more in line with the “energy saving and emission reduction” environmental protection policy implemented by the coal-fired power station.

electric bag composite dust collector；circulating fluidized bed；boiler；desulfurization in furnace；economy

X701.2

B

1003-6490（2017）06-0203-02

2017-04-17

吴志红（1981—），女，福建永定人，工程师，主要从事大气污染控制设备的技术设计工作。