高效节能除尘新技术—fe型电袋复合除尘器

2010年全国燃煤电厂袋式、电袋复合式除尘技术研讨会高效节能除尘新技术———FE型电袋复合除尘器第一节燃煤电站除尘现状分析一前言当前我国火电厂每年的烟尘排放量约360万吨，占全国工业烟尘排放量的35％。其中微细尘粒（小于10微米）是影响城市大气质量和能见度的主要因素，并严重危害人体健康，其排放量超过250万吨。为有效遏制污染物排放，提高大气质量，国家环保总局于2004年1月1日颁布执行的《火电厂大气污染物排放标准》对烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放限值都做了严格的规定，至2010年要求燃煤电站按区域和时段要求达到≤50mg/Nm3的排放标准，一些省市如广东、北京、天津、南京等已提前实施≤30mg/Nm3的排放标准。国家环保部于2009年向社会发出≤30mg/Nm3新排放标准征求意见稿，即将执行更高的排放标准。中国政府近几年大力推进“节能减排”政策，目的在于节约能源及降低有害气体和粉尘对环境的污染。中国的燃煤锅炉自上世纪八十年代之后普遍安装电除尘器，由于当时我国的经济发展水平和环保条件所限，国家规定其粉尘排放浓度应小于200mg/Nm3；近年来，燃煤电站不断推进实施节能减排环保政策，燃煤电站采取“上大压小”措施，使更为高效的300MW及以上发电机组得到有效推广。然而各燃煤电站在600MW及以上机组的除尘设备仍以电除尘器为主，随着我国环保要求的不断提高，常规的除尘技术面临新的挑战。二常规除尘技术面临挑战1.静电除尘器面临的问题静电除尘的工作原理是利用粉尘在电场中荷电并在电场力作用下向除尘电极沉积。粉尘的荷电程度除了受电场条件影响外，还很大程度受烟气成分、粉尘的物理、化学性能影响。通常，一台电除尘器是按某种煤种进行设计的，但由于各种原因的影响，在锅炉运行过程中使用的燃煤条件会有很大的变化，因此，导致除尘器的除尘效率可能发生很大的波动，但如果每台除尘器都按最难收尘的极限条件煤种设计，则会大大增加设备的投资。目前，煤种的多变性和燃烧过程的复杂化给电除尘器设计及使用带来巨大的困难。比电阻、烟气量、烟气浓度、烟气温度的波动均会影响电除尘器的除尘效率，给电除尘器达标排放造成困难。特别是当排放标准提高到30-50mg/Nm3，电除尘器的设计、制造、安装、操作将面临更高的要求。（例如：电场内由于振打而引起的二次飞扬，会影响除尘器的排放，这一点需引起特别注意。此外，设备的可靠性尤为重要，断线、掉锤应绝对避免。电场中绝缘件和供电电源的质量应保证，否则将导致整个收尘区出现故障而无法送电。）电除尘器除尘效率与极板面积呈指数变化，即当排放浓度降低时，除尘器的极板面积将按指数增大。在常规情况下，当要求排放浓度为200mg/Nm3时，3个电场就可满足条件；为100mg/Nm3时需要4个电场；而50mg/Nm3时则需要5～6个甚至更多的电场，设备费用和电耗将急剧增加。静电除尘器优缺点如下：1）优点：阻力低，系统压力损失小；设备可承受高温烟气冲击；核心部件为钢结构，使用寿命长；运行维护工作量较小。12010年全国燃煤电厂袋式、电袋复合式除尘技术研讨会2）缺点：除尘效率会受煤种影响而波动；处理难收煤种时，要保证效率则除尘器需做很大规格容量，造成投资大，运行费用高。2.布袋除尘器面临的问题袋式除尘器也称过滤式除尘器，它是利用纤维编织物制作的袋状过滤元件来捕集含尘气体中的固体颗粒物，其优缺点为：1）优点：除尘效率稳定，不受煤种波动影响；可以达到很低的排放量。2）缺点：运行阻力高，风机能耗大；滤袋承受高温、S03、NO2、O2、H2O等能力弱，易破损；滤袋维护成本高，更换工作量大；一旦出现破袋，效率急剧下降；废旧滤袋不易处理，造成二次污染。上世纪八、九十年代，云南昆明等电厂在100MW机组曾尝试使用布袋除尘器。由于当时受国内滤料技术和布袋除尘技术所限，受锅炉系统稳定性影响，以及对电厂粉煤灰性质认识不足等原因，布袋除尘经历几起几落最终失败而退出燃煤电站。2001年始，内蒙丰泰、河南焦作等电厂因燃用煤种特性使电除尘器无法适用，迫于突出的达标排放问题，数台200MW机组选用了布袋除尘器。投运初期取得了成功，但运行一段时间后，仍存在不少问题，2009年丰泰电厂布袋除尘器再次进行增加电场改造。2007年底，全国袋式除尘委员会组织专家和委员单位到山西、北京、内蒙、河南等电厂调研布袋除尘器的应用情况，结果表明：布袋除尘器虽能较好地解决煤种适应性问题，但投运一段时间后，普遍出现运行阻力大、滤袋寿命短、清灰故障率高等问题。如内蒙丰泰电厂200MW机组布袋除尘因长期运行阻力大和发生了频繁破袋等问题，于2009年在除尘进口前段增加电场的改造；山西阳泉某电厂2台300MW投运于2007年，运行1年内就出现大面积破袋，阻力大幅超标导致机组无法进入满负荷运行。山西某电厂600MW布袋除尘器，其清灰机构频繁发生故障，维修率高达每天数次。由此可见，燃煤电站大型机组如大量使用布袋除尘器仍存在许多实际问题：1）不成熟的布袋除尘技术盲目推广。如运动式清灰机构不合理、稳定可靠性差，导致运行阻力大。2）滤袋袋笼的结构性问题引起滤袋损坏。如过于庞大的袋笼结构和悬吊结构缺陷等。3）对燃煤电站煤种波动所引起浓度变化评估不足，对煤灰中SiO2引起的磨损性评估不足，在没有必要的措施下引起除尘阻力大和滤袋异常磨损等故障。4）对燃煤电站煤种、烟气的化学成分了解和评估不足，滤料选型不正确引起化学腐蚀破损。5）电厂尚未形成规范的袋类除尘器运行管理规程，发生燃油、烟气超温等异常工况时采取措施不到位，导致滤袋损坏。因此，布袋除尘器虽然在刚投运一段时间可以做到较低的排放浓度，但很难保持长期可靠运行，同时，其运行阻力损失大，风机电耗较高，滤料更换周期短都大大增加了维护成本。第二节龙净电袋技术的研发上世纪九十年代，福建龙净环保股份有限公司通过深入研究电除尘与布袋除尘有机结合的相关技术，前瞻性提出电袋复合除尘器的构思。于2001年立项研发成立课题研发小组，并于2005年率先在燃煤电站成功应用FE型电袋复合除尘器。2006-2009年期间，电袋技术连续稳步地突破135MW、200MW、300MW、600MW、1000MW机组应用，龙净环保电袋复合除尘器技术在保持国内外领先的同时，逐步积累、掌握燃煤电站大型机组电袋技术工程经验。发展情况如下：2002年龙净研发的国内首台电袋复合除尘器在上海浦东水泥厂投运成功。2003年龙净电袋研发课题被列为福建省科技计划重大项目（项目编号：2003H012）2004年龙净电袋项目被列为国家科技攻关项目（项目编号：2004BA650C），在上海金山水泥厂成功投运第22010年全国燃煤电厂袋式、电袋复合式除尘技术研讨会二台电袋除尘器。2005年龙净研发的FE型电袋复合除尘器在天津津源电厂50MW机组上成功投运，成为国内电力行业的首个成功案例。2006年6月龙净电袋技术通过科技部和福建省科技厅主持的鉴定。由中国工程院郝吉明院士担任鉴定主任委员的专家组鉴定结论为：整体技术达到国际先进水平，部分技术国际领先。2006年，龙净FE型电袋除尘器在华能淮阴电厂2×200MW机组上成功投入使用，并在国家环保局列为示范工程。2007年获国家环保总局科技进步二等奖和福建省优秀新产品一等奖，囊括国内17台300MW机组电袋项目。2008年龙净FE型电袋除尘器在大唐许昌龙岗电厂2×300MW机组和大唐洛河电厂2×300MW机组上成功投入运行。2008年11月龙净成为“全国环保产品标准化技术委员会电袋复合除尘设备工作组”组长委员单位，并承担电袋复合除尘器国家标准制订任务（2007第5批国标计划：20076146-T-303）。2008年龙净电袋产品通过电能（北京）产品认证中心有限公司产品认证。2009年4月龙净FE型电袋除尘器在华电新乡电厂660MW机组上成功投运，标志了燃煤电站大型化机组电袋技术取得应用突破。2009年龙净承接河南新密电厂2×1000MW机组配套电袋除尘器合同，目前，项目正在顺利执行中，燃煤电站大型化机组电袋技术更上一层楼。2009年龙净电袋产品获国家科技部颁发的“国家自主创新产品”证书。至2010年7月，龙净600MW及以上机组电袋产品共签订20台合同，成熟可靠的燃煤电站大型化机组电袋技术得到有效推广。2004-2009年期间，龙净电袋技术共获13项国家专利技术。序号专利号专利名称1ZL200420040846.X一种电袋复合除尘器2ZL200520086371.2一种电袋复合除尘器气流分布装置3ZL200520086364.2一种脉冲喷吹管4ZL200520086369.5一种滤袋保护套5ZL200520086368.2一种袋式除尘器分段袋笼6ZL200520086367.6一种带提升阀的风道7ZL200520086366.1一种电袋复合除尘器旁路风道8ZL200520086365.7一种喷吹管与花板相对位置安装装置9ZL200520086370.8用于电袋复合除尘器前段的喷雾降温装置10ZL200620156575.3除尘器的双层旁路阀11ZL200820101017.6除尘器的行喷吹装置12ZL200820102710.5多复式电袋复合除尘器13ZL200820102709.2立式电袋复合除尘器32010年全国燃煤电厂袋式、电袋复合式除尘技术研讨会电袋复合除尘器是提高除尘效率和降低除尘器能耗的新一代产品，开发该产品将为我国燃煤电站及其它工业烟气实现新标准（≤30Nmg/m3）达标排放提供可靠的新型除尘设备。2010年4月16日，国家发改委、国家环保部联合发布2010年第6号公告：为贯彻落实《国务院印发关于节能减排综合性工作方案》通知精神，满足当前节能减排工作需要，提高我国环保设备装备水平，培育新的增长点，促进能源节约型、环境友好型经济建设，现发布《当前国家鼓励发展的环保产业设备（产品）目录2010年版》，自发布之日施行。电袋复合除尘器成为当前国家鼓励发展的环保设备之一，被列入2010年版目录名单。第三节电袋复合除尘器工作原理电袋复合除尘器是指在一个箱体内紧凑安装电场区和滤袋区，有机结合静电除尘和过滤除尘两种机理的一种新型除尘器。一、内部结构型式电袋复合除尘器内部结构见图2-1，主要由进口喇叭、壳体、灰斗、电场区、滤袋区、清灰系统等部件组成。为能实现滤袋区的离线清灰功能，把净气室分隔成若干个分室，每个分室顶部设置提升阀。二、主要工作原理电袋复合除尘器工作时，烟气从进口喇叭进入电场区，粉尘在电场区荷电并大部分被收集，粗颗粒烟尘直接沉降至灰斗，少量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。在除尘过程中，电场区具有两个重要作用，从而使滤袋区的过滤作用发生根本性变化。1.除尘作用众所周知，电除尘器多个电场中第1电场的粉尘捕集量最大，可达80%以上。因此，电袋复合除尘器工作时，大量烟尘被电场区收集后，进入滤袋区含尘浓度只有总量的20%以下，大大改善了后级滤袋工作条件，从而降低滤袋阻力、延长清灰周期、延长滤袋寿命。2.荷电作用理论和实践表明，从电场区进入滤袋区后的带电粉尘在滤袋表面堆积时，粉层结构发生了本质变化。带同性荷电粉尘之间发生相互排斥的作用力，在滤袋表明形成的粉层结构具有规则有序排列呈“蓬松”堆积的状态特点，提高粉层透气性，降低过滤阻力，粉层与滤袋剥离性好；带异性荷电粉尘之间发生相互吸引而出现凝并现象，加大粉体粒径。清华大学在研究微细粒子（小于PM10）捕集方法试验过程中也发现，电袋复合除尘器中的异性电荷凝并作用是有效提高微细粒子捕集效率的方式。42010年全国燃煤电厂袋式、电袋复合式除尘技术研讨会图2-3、2-4为通过试验拍摄有、无荷电粉尘两种状态在滤袋表面堆积情况。三、电场区对滤袋区的影响作用电袋复合除尘器通过发挥电场区的除尘与荷电作用，对滤袋区性能产生重要而积极的影响。1.对滤袋区阻力影响我们对运行中的电袋复合除尘器进行试验，在电场开启、停止时分别记录袋区的压差值。下图为经整理的电场区停、起时的差压时间曲线，表明了电场区投入能够有效降低滤袋区的运行阻力。图2-3：无荷电粉层