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燃煤电厂锅炉烟气除尘方案

1.污染源特性
  (1)燃用煤的工业分析煤的化学成分决定了煤的常规特性,可以作为分析煤的着火、燃烧性质和对锅炉工作影响的依据。在分析煤的常规特性对锅炉工作的影响时,通常依据工业分析结果,主要包括煤的挥发分、水分、硫分以及灰渣熔融性等几个方面。
煤的挥发分由各种硫氢化合物和一氧化碳等可燃气体、二氧化碳和氮等不可燃气体以及少量的氧气所组成。挥发分是煤的重要成分特性,它可作为煤分类的主要依据,对煤的着火、燃烧有很大的影响。不同挥发分煤种的发热量差别很大,从17000kJ/kg到71000kJ/kg。
燃煤中水分含量对锅炉运行的影响也很大。煤中水分吸热变成水蒸气并随烟气排出炉外,增加烟气量而使排烟热损失增大,降低锅炉热效率,同时使引风机电耗增大,也为低温受热面的积灰、腐蚀创造了条件。


  灰分是燃煤中的有害成分。灰分含量增加,煤中的可燃成分便相对减少,降低了发热量,而且还由排渣带走大量的物理显热。灰分多,锅炉燃烧也不稳定,灰粒随烟气 流过受热面,流速高时会磨损受热面;流速低时将导致受热面积灰,降低传热效果,并使排烟温度升高。灰分是飞灰的主要来源。大中型燃煤锅炉都采用煤粉悬浮燃 烧方式,煤中灰分的85%~90%成为飞灰。小型的热电厂通常采用层燃方式的链条炉,煤中的灰分有20%成为飞灰。
燃煤中的可燃硫在燃煤过程中会被氧化成SO2和少量的SO3。硫酸盐也会受热分解出数量更少的自由SO3。烟气中的SO2对金属的腐蚀和粘污一般没有明显的影响。SO3含量虽然很少,但易与烟气中的水蒸气化合生成硫酸蒸汽,将显著提高烟气的酸露点温度,从而在低温的金属表面凝结,造成酸腐蚀和粘污。
发电厂用煤的质量等级是根据对锅炉设计、运行等方面影响较大的煤质常规特性制定的。这些特性包括干燥无灰基挥发分Vdaf、干燥基灰分Ad、收到基水分Mar、干燥基硫分Sd和灰的软化温度ST等五项。全硫分Sar分为两个等级。


表1是根据煤中硫分而划分的等级。当Sar<1%(第一级)时,酸露点温度较低;而当Sar>3%(超过第二级)时,酸露点温度急剧上升,容易使硫酸蒸汽凝结在低金属面上造成腐蚀。我国煤种多属于中硫煤,含硫量为0.5%~1.5%。
表1煤按硫分的质量等级

符号 Sar(%) 符号 Sar(%)
S1 ≤1.0 S2 >1.0~3.0

 

  (2)烟气成分和烟气量
1)烟气成分:燃煤电厂烟气的主要成分是N2、O2、CO2、SO2、NOx、水蒸气等。另外还含有较少量的CO、SO3、H2、CH4和其他碳氢化合物(CmHm),可表示为:
φ(N2)+φ(O2)+ φ(CO2)+ φ(SO2)+ φ(H2O)+ φ(CO)+ φ(SO3)+ φ(NOx)+φ(H2)+φ(CH4)+ φ(∑CmHm)=100%
对于袋式除尘器来说,值得注意的是烟气中的含氧量、SO3、水蒸气(H2O)和NOx。过剩的含氧量在高温F会导致某些滤袋材质(例如PPS)的氧化。NO2是很强的氧化剂,并且能氧化大多数用于过滤的纤维,过高的NOx有时还会造成酸腐蚀。SO3易与水结合形成硫酸,一般情况下,燃煤中1%的含硫量相当于烟气中产生600×10-6SO2,而烟气中一部分SO2与过剩的氧气反应生成SO3。当锅炉烟气中SO3含量为0.001%时,烟气的酸露点即可达到120—140℃。烟气中SO3含量与酸露点温度的关系见表2。
表2烟气中SO3含量与酸露点温度的关系

烟气中SO3体积分数(×10-6) 烟气酸露点温度/℃
0.1 101.4
0.2 105.9
0.5 111.7
1 116.6
2 122.6
5 128.4
10 133.5
20 138.7
50 146.7
100 153.3

2)烟气量:烟气量主要包括原煤燃烧后的气态产物,还包括过剩的空气量和锅炉及其附属设备的漏风。所以,实际产生的烟气量要大于理论计算的烟气量。烟气量还会随燃料的变化而改变。在除尘器设计选型时,其处理烟气量应略大于实际产生的烟气量,一般可附加5%~10%的裕度。
(3)飞灰成分和特性我国原煤资源丰富,煤种众多,加上锅炉的燃烧情况、技术条件的不同,导致飞灰的理化性质差异较大。
飞灰的化学成分主要为SiO2、Al2O3,二者总量一般在60%,以上。另外还含有少量的Fe2O3、CaO、K2O、Na2O、MgO、TiO2、P2O5、SO3等。
我国煤灰的化学成分见表3。
表3我国煤灰化学成分分析

成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O P2O5 SO3 TiO2 MgO
体积分数(%) 45~60 14~40 4~10 2~5 O.5~2 O.2~1 <1 0.1~3 ~1 ~1

飞灰具有相当宽的粒径分布域。根据13个燃煤电厂的统计,飞灰平均粒径为20~60ηm。表4为某电厂电除尘器人口烟道飞灰的粒径分布。
表4某电厂电除尘器入口烟道飞灰粒径分布

粒径/ηm 0~5 5~10 10~20 20~30 30~40 40~50 50~60 >60
组频数/g 11.9 16.6 22.8 13.1 8.2 5.1 3.9 13.4
组频率(%) 12.5 17.5 24.0 13.8 8.6 5.4 4.1 14.1
筛上累计分布率(%) >O >5 >10 >20 >30 >40 >50 >60
100 87.5 70.7 46.0 32.2 23.6 18.2 14.1
筛下累计分布率(%) <O <5 <10 <20 <30 <40 <50 <60
0 12.5 29.3 54.0 67.8 76.2 81.8 85.9
中位径d50/ηm 18.0

 

2.燃煤电厂袋式除尘器的特殊性
(1)燃煤电厂烟气除尘装置是电厂的主要生产设备之一发电机、汽轮机、锅炉和除尘设备(包括引风机)是燃煤电厂的4大主要设备。袋式除尘器既是环保设备,又是生产设备。
(2) 袋式除尘器的工况易受锅炉及其辅机工况的影响燃料的改变、锅炉负荷的变化、运行方式的改变、送风机和引风机开度的变化、省煤器的渗漏和爆管、空气预热器的 漏风和堵塞等因素,都在不同程度上改变烟气量、烟气温度、含氧量、氮氧化物含量、含湿量、含尘量和烟尘粒度,从而影响袋式除尘器的工况。
(3)袋 式除尘器系统应确保长期、安全、可靠地运行袋式除尘器能否正常运行,直接关系到燃煤电厂能否正常生产。袋式除尘器的滤袋破损,将加速引风机的磨损。清灰系 统不良或失效,会增加袋式除尘系统的阻力,减少锅炉的出力,甚至造成炉膛的正乐:所以,袋式除尘系统一定要有可靠的安全保障措施,自控系统应有完备的自动 监测、控制、故障诊断和紧急应对功能,应制订严格的操作规程,落实操作、管理、维修的岗位责任制。

3.燃煤电厂袋式除尘系统设计要求
1)袋式除尘系统配置及功能设计应根据炉型、容量、炉况、煤种、气象条件、操作维护管理等具体情况确定。通常包括:袋式除尘器、清灰气源及供气系统、预涂灰装置、卸灰和输灰系统、电气和自动控制系统及监测系统、烟道及附件等。
2) 对于容量较大、锅炉不稳定、烟气温度波动较大、故障频繁的锅炉机组,或锅炉空气预热器采用老式的回转型式,可根据需要设置紧急喷雾降温系统和(或)旁路系 统。旁路阀应采用密封效果好的双层密闭挡板门。紧急喷雾降温装置应安装在锅炉出口烟道总管的直管段上,喷雾量和雾滴直径应能保证雾滴在进入除尘器之前完全 蒸发,并且应有喷嘴的防堵措施。
3)在新项目设计中,除尘专业应向锅炉专业提供袋式除尘系统(由空气预热器出口到引风机人口)的阻力。若属除尘系统改造项目,应对原有的风机、电机进行能力的计算,并需要提出改造方案,或选配新的风机和电机。
4)袋式除尘系统的风量、阻力等参数应按设计煤种下的锅炉最大工况烟气量来确定。袋式除尘器及其滤袋的选用和设计应同时考虑最高温度和最低温度的烟气状况,要特别注意脱硫后的低温高浓度的烟气条件。
5)袋式除尘器宜采用在线清灰,设备阻力宜控制在1000~1300Pa。脱硫系统袋式除尘器人口烟气含尘浓度高,设备阻力可控制在1400~1800Pa。
6)袋式除尘器应采用若干独立的仓室并联结构。过滤仓室的进、出口应设可自动和手动操作的烟道挡板阀,漏风率应小于2%,进口烟道挡板阀应有防磨措施。烟道挡板阀应设检修门,检修门应具有保温功能。
7)当除尘系统设旁路烟道时,只能在锅炉用燃油点火、烟温异常、“四管”爆裂等特殊状况下使用。旁路阀泄漏率应为零,开启时间应小于30s。旁路烟道烟气流速可按40~50m/s选取。应防止旁路阀积灰堵塞。
8)对于改造项目的风机选择:一般情况下,袋式除尘器设备阻力可按1800Pa选取;有脱硫时,袋式除尘器设备阻力可按2100Pa选取。
9)电除尘器(或其他除尘器)改为袋式除尘器时,应对原引风机和电机的出力按新的风量、全压和功率进行校核。必要时,应对引风机和电机进行更换或改造。

4.工程实例
某电厂新建2×200Mw机组。
1)锅炉参数
①锅炉型式:超高压、一次再热自然循环煤粉锅炉;
②最大连续蒸发量:6。70t/h;
③锅炉燃煤量(BMCR工况):设计煤种:100.512t/h;校核煤种:111.157t/h;
④空气预热器型式:三分仓容克式;设计空气过剩系数(空预器出口):1.45。
⑤专除灰型式:气力干输灰(正压);
⑥引风机型式:双吸离心式风机;
⑦磨煤机型式:MPS170(39t/h)中速磨。
2)燃料
①原煤参数
设计煤种:烟煤(渤海湾老石旦煤矿、准格尔煤田)。
校核煤种:烟煤(准格尔小窑混煤)。
燃煤的工业分析、元素分析及灰分成份分析结果分别见表5、表6和表7。
表5燃煤工业分析

名称 符号 设计煤种 校核煤种
分析基水分(%) Mad 2.21 4.02
收到基水分(%) Mar 9.68 8.87
收到基灰分(%) Aar 23.31 27.00
干燥无灰基挥发分(%) Vdaf 33.4~36 33.4~39.5
低位发热量/(kJ/kg) Qnet.ar 21020 19007

表6燃煤元素分析

名称 符号 设计煤种 校核煤种
接收基碳(%) Car 55.42 50.33
接收基氢(%) Har 3.23 3.03
接收基氧(%) Oar 6.94 9.32
接收基氮(%) Nar 0.8 0.83
接收基硫(%) Sar 0.62 0.63
哈氏可磨系数(%) HGI 60 60
 灰熔点/℃ DT >1500 1300
ST >1500 1400
Pr >1500 1500

表7灰分成分分析

项目 符号 设计煤种 校核煤种
二氧化硅(%) SiO2 42.83 47
三氧化二铝(%) A12O3 47.7l 41.14
三氧化二铁(%) Fe2O3 4.12 4.02
氧化钙(%) CaO 1.6 2.15
氧化镁(%) MgO 1.24 0.75
氧化钠(%) Na2O 0.01 0.91
氧化钾(%) K2O 0.1 0.44
三氧化硫(%) SO3 1.27 1.16
二氧化钛(%) TiO2 0.6 1.49
五氧化二磷(%) P2O5 0.44 1.36
       

②燃油参数:
a.油种:轻柴油;
b.恩氏黏度(20℃):1.15~1.670E:
c.灰分:Ay≤0.025%:
d.凝固点:0~20℃:
e.低位发热值:QrDw=41840kJ/kg;
f.含硫量:≤0.8%。
3)袋式除尘器:每机组配一套袋式除尘器,型式为回转管低压脉冲袋式除尘器。
每套除尘器分为4个仓室,共计8个单元。每单元设滤袋1000条,按同心圆布置。滤袋断面为扁圆形,当量直径咖127mm,长度8m。每条袋的过滤面积为3.2m2,每台除尘器共有滤袋8000条,过滤面积为25600m。
每台除尘器在花板上留有448个袋孑L,以盖板封闭,作为备用。
除尘器每一仓室的入口和出口各设一个百叶窗式挡板门。在除尘器前后分别设置联箱。设50%烟气量的旁路系统和零泄漏的关断门。
在袋式除尘器入口处装有气流分配隔板和撞击缓冲板,以保护滤袋免受飞灰的冲击磨损。较低的人口流速可促进粗颗粒的预分离(沉淀),也有利于含尘烟气在各滤袋束之问的均匀分配。
花板上方的洁净室有照明装置。换袋和检修时,先关闭仓室的进、出口的挡板门,开启专门的通风孔,自然通风换气降温后人再进入工作。
滤袋材质采用PPS+P84针刺毡,单重580g,/m。。为了延长滤袋使用寿命,运行制度规定:烟气含氧量不超过10%、且无过量的二氧化氮或溴,在设计烟气流量下,最高运行温度为170℃;当烟气流量超过设计值,但最大不超过1840000m3/h和(或)运行温度最高为180℃:的情况下,运行时间每年累计不超过100h。
除尘器的清灰控制由PLC执行。PLC监测花板上、下(即滤袋内外)的压差,并发出清灰指令。设有慢速、正常和快速三种清灰制度(见表8),以保证滤袋具有最低的阻力。在锅炉燃油期间,袋式除尘器不进行清灰。

表8三种清灰制度

设定压差/kPa 清灰制度 脉冲时间/ms 脉冲间隔/s
0.70~1.00 缓慢清灰  200 60~300
1.01~1.50 中速清灰 10~60
>1.51 快速清灰 5

除尘器的总体布置如图1所示。袋式除尘器主要规格和参数见表9。


图1袋式除尘器总体布置
1-旁路烟道阀 2-烟气进口联箱 3-紧急喷雾装置A 4-紧急喷雾装置B
5-预涂灰管 6-进口烟气挡板阀 7-袋式除尘器仓室 8-过滤单元
9-出口烟气挡板阀 10-炯气出口联箱 11-引风机 12-烟囱

表9袋式除尘器主要规格和参数(按1台炉计)

名称 参数
锅炉容量/(t/h) 670
处理烟气量/(m3/h) 1738000
烟气温度/℃ 140
设备型号 回转管低压脉冲袋式除尘器
仓室数/间 4
过滤单元数/个 8
滤袋材质 PPS+P84
滤袋尺寸(直径×长度)/mm φ127(当量直径)×8000
滤袋数量/条 8000
过滤面积/m2 25600
过滤速度/(m/min) 正常(按140℃):1.13
最大(按165℃):1.19
进口含尘浓度/(g/m3)(标准状态) 25~30
出口排放浓度/(mg/m3)(标准状态) <50
设备总阻力/Pa <2100
本体漏风率 <1.5%
壳体设计压力/Pa 静态+5000,-6000
   

4) 运行效果:两个机组中的1#炉于2001年12月正式投运,2#炉于2002年8月正式投运。在1#炉袋式除尘器调试期间,两次出现烟气温度异常。一次是 锅炉A侧空预器卡塞,造成A侧烟气温度迅速上升,达到200℃。另一次是锅炉A侧省煤器泄漏,造成A侧烟气温度迅速下降。由于处理及时,对滤袋没有造成明 显的损坏。
在正常情况下,烟尘排放浓度为14~25mg/m3(标准状态)。有时因为旁路挡板门不严,导致少量漏尘。
第一批PPS+P84针刺毡滤袋由国外企业提供,运行至25000h开始出现破损。整体更换滤袋后,滤袋寿命缩短。据一些专家分析,这与煤质变化导致的露点温度提高,有时存在结露而产生的酸腐蚀有关。
花板上、下的阻力(即滤袋阻力)在运行初期设定为900Pa,后调整为1200Pa,满负荷时为1300Pa。
两台除尘器耗气量为5500m3/h。

 

 

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