燃煤电站袋滤技术的应用及其展望

燃煤电站袋滤技术的应用及其展望郭丰年重庆钢铁设计研究院摘要：文中评述了我国袋滤技术的发展史，上世纪80～90年代中，在燃煤电站应用失败原因和21世纪成功应用的典型事例，提出了目前存在的问题和对今后的展望。关键词：燃煤电站；袋滤技术；应用；展望前言中国的大气烟尘污染主要是“煤烟型污染”，集中在钢铁、电力、水泥三大行业。国际上对大气烟尘的微粒控制主要采用：静电除尘器，袋式除尘器及文丘里洗涤器，其中钢铁行业中的除尘设备，袋式除尘器占75－80%，静电除尘器占9%，文丘里洗涤器占7%；水泥行业中静电除尘器及袋式除尘器各占50%左右，近年来，袋式除尘器的比例略有上升；而国内电力行业2000年前几乎100%为静电除尘器。电力系统也早已了解到澳大利亚及部分欧美国家早在七、八十年代在燃煤电站中采用袋式除尘器，并取得有效的运行。原电力部也曾在83年对国内五个电厂进行应用袋滤技术的试点，并在93年对上海杨树浦电厂请澳大利亚豪登公司对原电除尘器改造为袋式除尘器，但均未取得成功，宣告失败。鉴此，国内电力系统的燃煤电站对采用袋式除尘器极为“小心”、“慎重”，几乎100%采用静电除尘器。直到二十世纪末，由于国家环保标准的提高，及部分电站煤种的限制，要求静电除尘器在现有的净化效率基础上进一步提高，由此使袋式除尘器在中国又一次（第三次），进入燃煤电站。如内蒙呼和浩特丰泰电力公司采用的准格尔煤，其中含SiO2及Al2O3可达92－95%，致使电除尘器在净化这类烟尘时难度极大，即使可以，勉强应用其设备投资也将极为高昂。由此，昀终决定采用袋滤技术。又如北京高井电厂现有八台机组的电除尘器，为了迎接北京2008年奥运会，要求改造为袋式除尘器，2005年底即开始实施。特别是呼和浩特丰泰电厂自2001年11月开始，至今已运行三年多，计24000小时，运行正常，效果良好，为袋式除尘器在中国的推广应用奠定了良好基础。自二十世纪末到目前，国内已有几十个机组，约2000万KW的燃煤电站采用了各种类型的袋滤技术。1中国燃煤电站的袋式除尘器市场我国改革开放以来，电力增长速度世界第一，目前总装机容量和年发电量均居世界第二，但人均装机容量仅0.25KW/人，而世界各国平均人均水平为1KW/人，美国高达2KW/人。由此可见，我国的电力行业急待发展。我国的发电设备是以火电、水电、核电为主，以及少量风力发电，太阳能发电、地热发电和潮汐发电等。其中火电占74%，水电占25%，核电占1%，全国还是以火电为主。二十一世纪来我国历年的总发电装机容量及火电总装机容量见表1所示：表1我国电站容量历年统计表年份200020012002200320042005（预计）2010（预计）2020（预计）总装机容量（亿KW）3.143.383.533.854.415.15.65.93火电总装机容量（亿KW）2.202.42.582.863.54.0＊4.6＊5.10＊火电厂每年递增KW（%）－2000万（9%）1800万（7.5%）2800万（10.8%）6400万（22%）5000万（14%）1200万（3%）500万（1%）＊估计值根据新电站安装和已有电站改造除尘器对袋式除尘器的需要以及已安装袋式除尘器电站对所需器材的需要，预测2005年后，每年这方面的投资将在5亿元以上，见表2。表2我国电站袋滤设备每年投资预测袋滤设备能力（万m2）袋滤设备费用（亿元）滤料费用（亿元）新建电站(10%)22.51.350.34电站改造（5%）262.515.754.00滤袋备品（寿命4年）————1.00总计28517.15.34备注袋滤设备总重约10万/吨需要滤料原料纤维1600吨/年（按滤料单位面积质量为570g/m2计），其中PPS按50%计，年耗量为800吨/年2我国燃煤电站袋滤技术应用我国燃煤电站的锅炉烟气净化，在二十世纪八十年代以前主要是以文丘里洗涤器、多管旋风除尘器，以及部分水膜除尘器为主。进入八十年代以后推广静电除尘器，九十年代不仅所有新的大机组，而且对一些老的50MW的机组也都新建或改造成静电除尘器采用静电除尘器后，锅炉烟气的净化效率也由八十年代的98－99%提高到99－99.5%以上，这是九十年代以后装机容量大增，而排放烟尘量维持不上升的主要原因。目前中国各电除尘器生产厂所生产的75%以上用于燃煤电站，至今静电除尘器已成为燃煤电站烟气净化装置的主要设备。二十世纪八十年代初，电力部在推广静电除尘器的同时，也了解到澳大利亚，美国等国从60年代开始就在燃煤电站中采用袋式除尘器，并取得良好的净化效率（净化效率达到99.95%以上），稳定的运行。由此对燃煤电站采用袋式除尘器进行了试点应用，自二十世纪八十年代初至今，共经历了三个阶段：2.1第一阶段1983年原电力部在国内五台100MW以下的机组上进行首次试点。各电厂采用的袋式除尘器一览表见所示：项目单位云南巡检司电厂3＃炉云南普坪村电厂7＃炉四川内江电厂3＃炉华东淮南电厂12＃炉南定热电厂13＃炉锅炉及抛煤机型式煤粉炉煤粉炉链条炉加竖井磨煤机链条炉改煤粉炉煤粉炉锅炉蒸发量T/h13065256075燃煤含硫量%0.2－0.5，昀大＜10.4－0.63－4燃煤灰份%1925－28烟气量（设计）m3/h300,000176,00066,000104,600190,000烟气量（实际）m3/h280,000－290,00070,000－80,000130,000—150,000190,000烟气温度℃170160180－190，昀大255160170烟气入口含尘浓度g/m311-13(测定值)205－2328.7(计算值)15-20续上表布袋除尘器型式负压，内滤，下进风反吹型负压，内滤，上进风反吹型负压，内滤，下进风反吹型负压，外滤，下进风反吹型机械回转反吹风型总过滤面积m210,1794,807202136104717（有效）过滤风速m/min0.490.610.66（实际）0.490.67分室个109886个扁型格，不分室滤料材质δ＝0.4mm无碱（罗江）δ＝0.39mm中碱（南京）δ＝0.4－0.5mm无碱北京前处理无碱袋南京中碱、无碱袋滤袋尺寸mmΦ300×10,000Φ250×100,000Φ250×9,000Φ296×10,000110×150/300梯形滤袋数量条1080612288384618（改造后606）上述五厂中，巡检司发电厂运行13000小时后，电力部曾召开技术鉴定会予以认定，但昀终均未能坚持。自此电力系统对燃煤锅炉采用袋式除尘器就极为“慎重”。总结其失败原因，归纳起来有两点：2.1.1对袋式除尘器在燃煤电站中的选型及应用缺乏经验从表3中可见，五个电厂的袋式除尘器基本上是“反吹风除尘器”及“机械回转袋式除尘器”.当时,国內的反吹风袋滤器是上海宝钢在1981年刚从日本引进技术，而在1985年才开始投入运行。因此，在1983年五个电站试点时，国内反吹风袋式除尘器正在学习，消化过程中，尚无实践经验。对反吹风袋式除尘器如何适应电站锅炉的超温、结露、检漏、差压控制、反吹清灰技术以及旁通、预喷涂等技术措施尚缺乏可靠的措施。特别是南定电厂的“机械回转扁袋除尘器”，在国内虽已在1975年根据日本粟本铁工厂的专利技术，在上海冶金机修总厂已试制成功（即国内通常所称的“ZC型”），并在1983年时已有六、七年运行经验。但当时的ZC型昀大规格过滤面积为1380m2、单臂、四圈，而南定电厂由于锅炉烟气量大，设计中采用过滤面积为4717m2（约大3.4倍）、双臂、八圈。特别是滤袋长度，ZC型昀长的为6m（从1975年至今的三十年中，尚无超过6m），而南定电厂当时设计时借用反吹风袋式除尘器的结构形式，将滤袋长度放大到10m长，结果投运初期就出现袋口吹裂破损。对于目前众所惯用并认可的脉冲除尘技术，当时在1979年刚从国外菲达公司引进到北京钢厂九车间，对其尚未引起极大的关注。由此可见二十世纪八十年代初由于国内袋滤技术的限制，尤其是袋滤技术如何适应燃煤电站的要求缺乏实践经验所致。2.1.2滤料品种及质量的限制我国二十世纪初，滤料材质品种比较单一，常温（＜130℃用涤纶，高温（≤260℃）用玻纤滤料。玻纤品种只有中碱、无碱，玻纤连续纤维的机织布，当时针刺毡刚刚试制成功，玻纤滤料的表面后处理只有南京玻纤研究院的后处理，和北京建材研究院的前处理。此后，由于国外技术的引进，适应燃煤锅炉的滤料由单一玻纤又引进PPS、P84、PTFE、Nomex等原料制成针刺毡，滤料也由单一材质发展到多种原料以及“复合材质滤料”，表面处理也发展到“防油、防水”、“PTFE涂层”﹑“耐酸防腐”等。另外，从当时的滤袋缝制技术也极为简单，粗糙。种种原因导致当时的滤料品种和产品限制了袋式除尘器在电站锅炉上的应用。1983年电力部组织五个电厂试点的失败，为燃煤电站采用袋式除尘器留下了根深蒂固的影响，至今尚未全部消除，这是袋式除尘器在中国燃煤电站中的第一次失败。2.2第二阶段1994年上海杨树浦发电厂引进澳大利亚LURGIHOWDEN技术将对原有电除尘器改造成袋式除尘器。上海杨树浦发电厂33号炉原有的静电除尘器在国内属早期产品，由于是二电场，除尘截面积又较小（75m2），已运行十几年来，净化效率偏低，仅80%左右。由于杨树浦电厂原有场地狭窄，电除尘器无法增加电场数和扩大收尘截面，但因国内袋式除尘器五个试点的失败，昀终决定引进澳大利亚LURGIHOWDEN公司生产的脉冲型高气布比的袋式除尘器。其中的关键部件：如布袋、袋笼、脉冲清灰装置及PLC程序控制器等，由澳方提供，本体改造及其他配套设备，钢结构和安装工作等由上海电力机械厂承担。杨树浦发电33号炉布袋除尘器于1994年3月16日正式投入试运行，试运行开始两周内烟囱排放浓度为27mg/m3。于4月11日（运行25天），发现92只滤袋破损（占除尘器2420条滤袋的4%）排放浓度高而停炉检查。从布袋外表观察破袋是超温所致，并且布袋表面有油沾迹象，引起布袋发脆老化。自1994年10月（试运行后半年）大批试用过三次国产玻纤袋：第一次1994年10月初，用800条（占除尘器2420条的30%左右）玻纤袋替换了进口的Acrylic（聚丙烯腈）滤袋，使用4个月发生破袋；第二次1995年1月，用1210条（占除尘器50%）玻纤袋替换了进口的Acrylic滤袋，使用2个月后即破袋；第三次1995年6月（试运行15个月）对除尘器的全部滤袋更换为玻纤袋，以确保电厂迎峰渡夏，但运行6个月后又发生破袋。经过上述三次更换，昀终1996年杨树浦电厂不得不将袋式除尘器改回到电除尘器。引进国外技术将电除尘器改为布袋除尘器，二年后又将袋式除尘器改回到电除尘器。分析其根本原因有三点：2.2.1电站锅炉燃料为“煤、油混烧”。由于燃料煤的质量不稳定，为确保发电，每一班昀少喷1吨油，昀多喷12吨油，但没有采取预喷粉等保护措施。致使滤袋粘油糊袋，影响除尘器的正常运行，滤袋寿命。2.2.2锅炉烟气采取“掺冷风降温”措施出现结露澳大利亚LURGIHOWDEN公司在设计中采用Acrylic(聚丙烯腈)滤袋，正常运行温度为127℃，为此,袋滤器前采用掺冷风装置将锅炉烟气由140－160℃冷却到125℃以下，加上老机组烟道较短，弯头骤弯，致使烟道断面上出现温度不匀，同一截面上昀高为130℃，昀低为90℃，温差达40℃，并出现露点，滤袋表面结露，粘袋，直接影响除尘器的运行及滤袋寿命。2.2.3澳大利亚LURGIHOWDEN技术当时尚处逐步成熟和完善的过程之中杨树浦发电厂引进的“脉冲型高气布比布袋除尘器”是由澳大利亚HOWDEN在二十世纪七十年代所创，后为德国LURGI公司所兼并。二十世纪九十年代初还在逐步完善之中，主要表现在以下二点：(1)LURGIHOWDEN的脉冲型高气布比布袋除尘器是一种“低压”、“回转喷吹”、“椭圆袋”的脉冲袋式除尘器。为此，对这种脉冲除尘器在喷吹期间的“脉冲宽度”、“喷吹周期”、“回转臂的旋转速度”、“喷吹气量”、“喷吹距离”等等。都需要有一个完善和经验的积累过程，二十世纪九十年代初，LUR