转炉烟气纯干法除尘工艺的技术措施及安全运用

简要分析、论述了大型布袋除尘器在火电厂锅炉尾部除尘中的应用前景，同时分析了布袋除尘器与电除尘器的优缺点，简明介绍了国内外布袋除尘器的应用情况，还特别介绍了布袋除尘器的结构原理和核心部件—滤袋的有关情况。
一.火力发电厂发展前景   
      电力工业是国民经济的重要基础工业，也是国民经济发展战略中的重点产业、先行产业、支柱产业。从各个时期电力生产与经济增长的比较来看，在经济持续增长的年份,电力生产的增长超过了GDP的增长。从1999年开始,电力生产的增长速度开始大幅回升，2000年达到11%，2001年为7.7%，2002年为8.7%，2003年为15.3％。同期GDP的增长率分别为8%、7.3%、8%、8.5％。目前电力工业成为国民经济重要的基础产业的作用,呈现逐年逐渐增强的趋势。
    我国的资源国情决定了我国能源结构以火电为主、 水电为辅、核电风电作补，电力结构发展很不平衡。 到2000年底，我国火电、水电、核电、风电装机容量分别达到23753万千瓦、7934万千瓦、210万千瓦、34.5万千瓦，占总装机容量的比重分别为74.4%、24.8%、0.7%、0.1%。  电力行业十五规划目标是：发电装机容量2005年达到4.2亿千瓦左右，电源结构（到2005年）火电占72.4％、水电占24.5％、核电占2.4％、新能源占0.7％。
    我国为产煤大国，原煤储量和开采量均居世界第一。我国的资源国情决定了我国能源结构以火电为主，预计在近十年内火力发电所占比重仍在70%以上。
    目前我国用电水平仍然低下，人均装机0.25千瓦，人均用电1064千瓦时，还不到世界人均水平的一半，尚有2300万人没有用上电。未来20年，中国经济要保持7％以上的经济增长，每年将要新增电力装机容量2500万千瓦，按每千瓦7000元造价计算，每年电力新增装机将新增投资达1750亿元。根据目前的现状，火电所占比重约为72.5%，也就是说在未来20年，每年火电厂要新增装机约为1800万千瓦，每年新增火力发电总投资将达1260亿元，这是一个非常巨大的电力市场。
    新增燃煤锅炉每年耗标煤约5000万吨，将产生大量含尘烟气，这些含尘烟气都需要采用高效除尘器，静电除尘器和布袋除尘器将分享这块市场。初步测算，仅新建除尘项目这一块每年蕴藏着约6亿元的市场份额。从目前国内除尘行情来看，如按布袋除尘占1/3的干除尘市场份额测算，在近十年内，大型布袋除尘仅在火力发电锅炉除尘新建项目这块市场每年将可拥有约2亿元的市场份额，加上老除尘改造的市场份额，每年仅火力发电厂布袋除尘就蕴藏着近3亿元的市场份额，近十年内将拥有近30亿元的市场份额。
2.火力发电厂锅炉除尘器应用简介
    火力发电厂锅炉除尘器经历过从干式旋风除尘---多管旋风除尘---麻石水膜除尘---静电除尘的过程。目前，随着国家对环境保护的重视程度和环境保护要求的日益提高，以及滤袋的国产化和使用寿命的延长，火力发电厂锅炉尾部除尘又有回到布袋除尘的趋势。
    在锅炉布袋除尘器的早期运用中，很多项目有失败的教训。其主要原因在于当时的技术及配套件，特别是滤袋这一除尘器关键配套件的质量不过关，国内外都缺少价格合理、耐高温、耐腐蚀、能适用于燃煤锅炉烟气除尘的材料。
      早期在布袋除尘器失败后，燃煤锅炉烟气除尘基本应用电除尘器。但随着国家环保要求的日益提高、电除尘器的广泛运用，其弱点也逐渐暴露出来。
      首先，电除尘器的除尘效率不稳定。电除尘器运行初期，除尘效果基本能达到要求，但由于其结构及工作原理的局限，随着运行时间的延续，电除尘器内部组件变形、积灰、电场变化，除尘效果不断下降，烟尘排放超标。
      其次，电除尘器的运行综合费用高。电除尘器在运行一个周期后，内部结构变形、损坏比较严重，为保证其正常运行，电厂不得不经常对电除尘器进行维修。维修投入的人力、物力及检修停产带来的损失都很大。
      目前，随着布袋除尘器核心部件――滤袋等配套件生产技术的日益提高，原来布袋除尘器在燃煤锅炉烟气除尘运用中失败的因素，都得到了比较妥善的解决，布袋除尘器推广应用的时机日渐成熟。
2.3袋式除尘器结构原理
    袋式除尘器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，它是利用纤维编制物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物的除尘装置。其作用原理是尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。细微的尘粒(粒径为1微米或更小)则受气体分子冲击(布朗运动)不断改变着运动方向，由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径，尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来。其工作过程与滤料的编织方法、纤维的密度及粉尘的扩散、惯性、遮挡、重力和静电作用等因素及其清灰方法有关。滤布材料是布袋除尘器的关键，性能良好的滤布，除特定的致密度和透气性外，还应有良好的耐腐蚀性、耐热性及较高的机械强度。耐热性能良好的纤维，其耐热度目前已可达到250—350℃。
    袋式除尘器按其清灰方式的不同可分为：振动式、气环反吹式、脉冲式、声波式及复合式等五种类型。其中脉冲反吹式根据反吹空气压力的不同又可分为：高压脉冲反吹和低压脉冲反吹两种。脉冲清灰袋式除尘器由于其脉冲喷吹强度和频率可进行调节，清灰效果好，是目前世界上应用最为广泛的除尘装置。
如图一所示为脉冲反吹布袋除尘器原理图，含尘气体从袋式除尘器入口进入后，通过烟气分配装置均匀分配进入滤袋，当含尘气体穿过滤袋时，粉尘即被吸附在滤料上，而被净化的气体则从滤袋内排除。当吸附在滤料上的粉尘达到一定厚度时，电磁阀开启，喷吹空气从滤袋出口处自上而下与气体排除的相反方向进入滤袋，将吸附在滤袋外表面的粉尘清落至下面的灰斗中。
2.4脉冲反吹布袋除尘器基本结构
     脉冲反吹布袋除尘器由滤袋组件、导流装置、脉冲喷吹系统、出灰系统、控制系统、离线保护系统、箱体等组成。含尘气体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(差压或定时、手动控制)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。
3.布袋除尘器在火电厂锅炉除尘中的应用前景
    国外较早在火电厂采用布袋除尘器，80年代初期就有不少厂商到国内来介绍布袋除尘器在火电厂的应用，美国、加拿大、澳大利亚及德国、英国等欧洲一些国家的火电厂都采用了布袋除尘器，其除尘效率高达99.9%以上，除尘效果十分理想。
    国内布袋除尘器主要在矿山、水泥、冶金钢铁、粮食、机械等行业得到广泛的应用，在电力行业火电厂中仅限于单机布袋除尘器在输煤系统除尘、气力除灰除尘中应用。布袋除尘器在电站锅炉的尾部除尘中没有得到实质性的、广泛的应用，仅在近期在呼和浩特发电厂670t/h锅炉、天津开发区5号热源厂75t/h锅炉、张家港保税区热电厂130 t/h锅炉、内蒙古赤峰富龙电厂75t/h 锅炉等电厂锅炉尾部除尘中得到应用，都取得了很好的除尘效果。
    其中，呼和浩特电厂由于燃用准格尔煤，SiO2与Al2O3太高，K2O与Na2O太少，采用电除尘器收尘困难，使用的电除尘器运行效率大大低于设计效率，严重超标排放，2001年扩建2台200MW机组，经多次专家论证，决定采用国产大型脉冲布袋除尘器，2002年初第1台200MW机组已投入运行，布袋除尘器运行情况良好。
    在引进消化国外布袋除尘器技术的过程中，江苏吴江科林集团通过全球环境基金“GEF”项目引进了在北美地区大气污染控制系统中独占鳌头五十多年的美国EEC环境技术公司燃煤锅炉布袋除尘器设计制造技术，填补了目前国内锅炉行业成功应用袋滤器的空白，并可替代进口。采用结构独特的锅炉长袋脉冲除尘器，先进的除尘器进风导流专利技术，具备先进三状态清灰装置，滤袋正常使用寿命为三年，烟尘排放浓度一般小于50mg/Nm3甚至更低。在天津开发区5号热源厂、张家港保税区热电厂、内蒙古赤峰富龙电厂中采用的是改进型离线清灰脉冲袋式除尘器都取得了很好的除尘效果。
　　随着我国对环境保护越来越重视，目前《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2003版已经由国家环境保护总局发布，第3时段烟尘允许排放浓度由原标准的200mg/Nm3降为50 mg/Nm3，有些煤种采用电除尘器将达不到排放标准要求，需采用布袋除尘器，预计今后火电厂采用布袋除尘器会越来越多，应用前景广阔。
北京最近公布了《北京锅炉污染物综合排放标准》DB11/119-2002，自2002年3月1日起实行，该标准烟尘和SO2排放允许浓度严于很多先进国家标准，当然这与北京市2008年主办奥运会、北京要成为世界大都市有关。自2005年11月1日起已运行的火电厂锅炉到时烟尘排放浓度仅允许30mg/Nm3，目前四电场电除尘器要改为五电场、六电场或改为布袋除尘器。其他大城市如上海、天津、重庆、广州、武汉、成都、沈阳等城市也在相继制定地方环保标准，其标准会严于国家标准，这样以来火电厂采用布袋除尘器的市场空间越来越大。
    另外，由于新型洁净煤燃烧技术---循环流化床锅炉在火力发电厂中的大力推广应用，循环流化床锅炉的飞灰循环燃烧和为了炉内脱硫添加了大量石灰石，锅炉飞灰很细而且灰份比电阻增大，直接导致了电除尘器的除尘效率的下降，采用布袋除尘是理想选择。从这个角度上讲，布袋除尘加循环流化床锅炉是对于燃煤脱硫和除尘的比较理想的组合，具有十分广阔的应用前景。目前，江苏徐州垞城电厂2x135MW循环流化床技改工程的正是采用这种布袋除尘器加循环流化床锅炉进行除尘和脱硫的模式，目前尚在实施的进程之中，单台440t/h循环流化床锅炉所配的布袋除尘器的过滤面积为16500m2。
4．布袋除尘器核心部件—滤袋
    对于锅炉布袋除尘器而言，滤袋是其核心部件，其费用占布袋除尘器总费用的1/3左右。根据前面的分析，在近二十年内，每年仅火电厂布袋除尘蕴藏着近3亿元的市场份额，除尘滤袋每年蕴藏着近1亿元的市场份额，近十年内将拥有近10亿元的市场份额。
    滤袋质量直接影响着除尘器的除尘效率，滤袋的寿命又直接影响到除尘器的运行费用。根据锅炉尾部除尘器运行环境（烟气温度较高）和介质情况（有腐蚀）宜采用BWF优质赖登针刺毡：PPS/PPS504CS17、聚苯硫醚、防水防油处理，耐温可达190℃，此滤料为表面过滤型滤料，清灰彻底，减少了粉尘在滤袋表面形成布粉层后板结的可能；滤料寿命长，加上在除尘器结构方面的改进，保证了滤料30000小时的正常使用寿命。

1、据有关专家和资料介绍及澳大利亚电厂运行经验，当烟气含氧量大于15%时的Ryton的耐氧性较差，当烟气含氧量小于10%时能长期使用。
2、据澳大利亚电厂应用的滤料早期使用的普遍是Acrylic（耐温130℃），电厂严格控制排烟温度，投运电厂（排烟温度最高165℃）开始使用Ryton滤料。
3、关于滤袋的寿命，根据专家的分析和国外的使用经验，Ryton滤料在电厂烟气条件下的使用寿命可达30000小时，但要烟气含氧量小于10%，烟气温度最高不得超过190℃。当烟气温度在170℃～190℃时不能超过100小时。平时应作好锅炉烟气温度变化的详细记录。
目前，国内生产滤袋的厂家有几十家，生产滤袋质量好、寿命长、用途广、具有代表性的企业--必达福（BWF）公司。
5．布袋除尘与电除尘比较
    由于环保要求以及综合利用的不断提高，干式除尘已成为锅炉尾部除尘的主流配置，干式除尘主要有静电除尘和布袋除尘两种，两者优缺点比较如下：
5.1 布袋除尘器的优缺点
5.1.1布袋除尘器优点
●除尘效率高，可达99.9%以上；
●附属设备少，投资省，技术要求没有电除尘器那样高；
●能捕集比电阻高，电除尘难以回收的粉尘；
●袋式除尘器性能稳定可靠，对负荷变化适应性好，运行管理简便，特别适宜捕集细微而干燥的粉尘，所收的干尘便于处理和回收利用；
●能适合生产全过程除尘新理论，降低总量排放；
●袋式除尘器适于净化含有爆炸危险或带有火花的含尘气体。
5.1.2布袋除尘器缺点
●用于处理相对湿度高的含尘气体时，应采取保温措施（特别的冬天），以免因结露而造成“糊袋”。
●用于净化有腐蚀性气体时，应选用适宜的耐腐蚀滤料，用于处理高温烟气应采取降温措施。将烟温降到滤袋长期运转所能承受的温度以下，并尽可能采用耐高温的滤料。
●阻力较大，一般压力损失为1000～1500Pa。
5.2 电除尘器的优缺点
5.2.1电除尘器的优点
●除尘效率能捕集1um以下的细微粉尘，可控制一个合理的除尘效率。
●处理烟气量大，可用于高温（可高达500℃）、高压和高湿的场合，能连续运转。
●具有高效低阻的特点，电除尘器压力损失仅100～200Pa。
5.2.2电除尘器缺点
●设备庞大，耗钢多，需高压变电和整流设备，通常高压供电设备的输出峰值电压为70～100KV，故投资高。
●制造、安装和管理的技术水平要求较高。
●除尘效率受粉尘比电阻影响大，一般对比电阻小于10⁴～10⁵Ω·cm或大于10¹²～10¹⁵Ω·cm的粉尘,若不采取一定措施,除尘效率将受到影响.
●此外,对初始浓度大于30g/cm3的含尘气体需设置预处理装置.
6.1 大型布袋除尘器在火力发电厂锅炉尾部除尘中大力推广应用的时机成熟，具有十分广阔的市场应用前景，布袋除尘器在近十年内，平均每年的市场份额在3亿元左右，近十年内将拥有近30亿元的市场份额。滤袋在近十年内，平均每年的市场份额在1亿元左右，近十年内将拥有近10亿元的市场份额。
6.2 火力发电厂锅炉尾部除尘采用大型布袋除尘器可大大提高除尘效率，减少环境污染，烟尘排放浓度一般可小于50mg/Nm3，甚至更低至30mg/Nm3--15mg/Nm3。建议有条件的电厂采用。
6.3根据冶金、建材系统采用国产布袋除尘器的经验，以及呼和浩特等电厂采用国产布袋除尘器的经验，大中型锅炉除尘改用布袋除尘器，可将除尘器出口含尘浓度由100 mg/Nm3降至30-50mg/Nm3以下，可大大减少粉尘对大气污染。
6.4对电除尘器难收尘的煤种（如SiO2+Al2O3＞85%的煤、煤中含硫特低的煤、比电阻太高的煤），采用电除尘器达不到设计效率，烟尘排放浓度超标，电除尘经改进效果不理想，采用布袋除尘器将是理想的选择。
6.5 对于已建成的机组，如果原锅炉采用麻石水膜除尘器、多管陶瓷、多管复合除尘器等阻力较大的除尘设备，改造为布袋除尘器，可不需更换或改造引风机；但如果是电除尘器，则需要更换或改造引风机。
6.6由于循环流化床锅炉在火力发电厂中的大力推广应用，循环流化床锅炉的飞灰循环燃烧和为了炉内脱硫添加了大量石灰石，锅炉飞灰很细而且灰份比电阻增大，直接导致了电除尘器的除尘效率下降，采用布袋除尘是理想选择。从这个角度上讲，循环流化床锅炉加布袋除尘器是当今火力发电厂燃煤锅炉脱硫和除尘的理想组合，具有十分广阔的应用前景。循环流化床锅炉由于加了石灰，使其灰的比电阻增大，使用电除尘器收尘性能降低，建议采用布袋除尘器，但要求增大布袋除尘器的收尘面积。