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德国Lurgi公司低压脉冲袋除尘器技术 |
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作者：武汉大学动力机械学院 何新平 |
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摘要：介绍德国Lurgi公司低压回转脉冲袋除尘器在我国200MW发电机组燃煤锅炉的应用及选用建议。
关键词：德国Lurgi公司；低压回转脉冲袋除尘器；扁圆型滤袋、滤袋束
德国Lurgi公司低压回转脉冲袋除尘器技术首次在我国应用，对我国除尘技术的发展和应用有借鉴作用。
由于电除尘器的收尘效率受粉尘性质的影响较大，而我国的燃煤成份又千变万化，粉尘性质也各不相同，因此，电厂燃煤锅炉使用电除尘器要达到长期、高效、稳定的除尘要求对有些工厂难以实现。为解决这一难题，国内曾做过使用袋除尘器的尝试，但均因各种原因而未能成功。因而限制了袋除尘器在燃煤电厂的应用和发展。随着国家对粉尘排放指标的提高和袋除尘技术的发展，袋除尘器适应性强、除尘效率高、运行可靠的优点逐渐显现出来，这给电厂燃煤锅炉应用袋除尘器建立了技术基础。
一、燃煤电厂用袋除尘器系统简介
设备用于200MW发电机组燃煤锅炉的排烟除尘，工艺参数如下：
处理风量 1738000m3/h
正常烟气工作温度 140～170 ℃
人口浓度 25～30 g/m3
要求排放浓度 ≤50 mg/N m3
漏风率≤1.5 %
运行阻力 ≤2100 Pa
壳体设计压力 +5000，-6000Pa
从锅炉空气预热器排出的烟气通过风管先进入扩散器，扩散器内安装有气流均布装置，使烟气流速降低并均匀进入袋室。烟气从外到内通过滤袋过滤后从袋口进入袋室上箱（净气室），再经排风机排出。随着过滤的进行，滤袋内外的压差逐渐增加，当压差达到设定值时，清灰系统工作，直至压差低于设定值。清下的粉尘通过灰斗排出，达到除尘目的（见图1）。
图1 袋除尘器结构示意图
二、技术特点
德国Lurgi公司的低压回转脉冲袋除尘器与同类袋除尘器相比，其技术上有不少特点：
1、采用扁圆型滤袋并按同心圆方式布置成滤袋束（见图2）。
图2 扁圆形滤袋及滤袋束
每个滤袋束最多可布置1156个滤袋，滤袋长度为8米，每个滤袋束的最大过滤面积为3700平方米，采用弹性卷和密封垫与花板固定。滤袋内部有扁圆型笼，为便于安装，袋笼分成三节，良好的设计和加工质量使对接和拆卸非常方便。根据现场情况每台设备可设计成单室、双室和多室，每室可有一个和多个滤袋束组成，属典型的模块化设计。采用扁圆型的好处是在同样过滤面积下使滤袋布置更紧凑，占用空间更小。在本设备中采用扁圆型滤袋主要是为回转清灰考虑，并是喷吹口能有更大的几率对准袋口上方。其缺点是在一个方的壳体中，四个角的空间不能得到充分利用。
2、采用扩散器加侧向进气方式
目前袋除尘器主要为上进气式或下进气式，侧向进气方式比较少。本设备采用了扩散器加侧向进气方式，其特点是：（1）使进入袋室的气流更均匀，本体机械运行阻力低；（2）避免了下进气方式清灰时粉尘下落与气流方向相反的不足，增加了清灰效果；（3）侧向进气方式同样可以一次通过多个滤袋束，对处理大烟气量的设备，其结构紧凑，能有效减少占地面积和降低一次性投资；（4）侧向进气方式使进入袋室的流速较低（本设备低于1.4m/s）,既加快了粗颗粒的预分离，又保证了在烟气进入滤袋束之前的整体流量均匀分配在滤袋束中心和周围，使每个滤袋的过滤负荷均匀；（5）较低的流速减少了粉尘对滤袋的冲刷磨损，延长了滤袋的使用寿命。
3、采用在线式回转低压脉冲清灰（见图3）
图3 低压脉冲清灰示意图
脉冲式袋除尘器的清灰分为在线式和离线式两种，实际应用中各有利弊。在线式清灰结构简单，控制方便，机械阻力小，系统阻力变化小，但由于清灰过滤同时进行，影响清灰效果，也不利于不停机检修。而离线式清灰的优缺点正好与此相反。本设备之所以采用在线式清灰，主要考虑到锅炉烟尘浓度低和易清灰的特点，达到了扬长避短的目的。同时本设备在设计中采用了四个室并联运行的结构，每室的进出气口均设置一个百叶窗式挡板门，仍然可以实现不停机检修。
脉冲式袋除尘器的清灰可分为喷吹清灰和箱式清灰两种。喷吹清灰需要在每排滤袋上布置一根喷吹管和一个脉冲阀，其清灰强度大且效果好，但所需脉冲阀数量多且更换滤袋不方便，而箱式清灰正好与此相反。本设备采用的回转式脉冲清灰从原理上属喷吹清灰，却结合了两者的优点。一个滤袋束仅需要一个脉冲阀，利用回转喷吹管进行喷吹清灰，因而脉冲阀数量少而清灰强度大。在停机维修期间，回转喷吹管可用手自由地转动，更换滤袋很方便。同时，本设备的袋口不设文氏管，既不使袋口风速过高又保证清灰效果，这是采用长滤袋所必须解决的问题。
脉冲式袋除尘器清灰所需的压缩空气分高压清灰和低压清灰两种，高压清灰所需的压缩空气压力应在0.5Mpa以上，而低压清灰一般在0.2～0.4Mpa（国内也有将0.3Mpa作为高、低压清灰的分界线），但本设备仅需0.08Mpa，可谓超低压清灰。由于很多用户很难保证0.5Mpa以上的压缩气源，因而低压脉冲更受欢迎。本设备利用了罗茨风机低压大流量的特点，因而能得到与高压脉冲同样的清灰效果。
4、采用宽大的袋室上箱
袋室上箱指滤袋口上部的结构总称，一般只有采用上进气方式时这一结构才设计得较大。本设备的袋室上箱与整个袋室一样大，且高度在3m左右。这一结构虽然增加了重量但有以下好处：（1）检查和更换滤袋时均可以在袋室上箱内部完成，整个袋室上箱仅需一个检修门便可，这对减少除尘器总漏风率有很大的好处；（2）由于袋室上箱体积较大使得净气侧的风速同样较低，有利于滤袋束的气流分布和降低机械运行阻力。
此外，在袋室上箱上还设计有一个配有照明的密封的观察窗，设备在运行时，不必进入除尘器内部便可观察到整个袋室上箱内部的情况，包括滤袋是否破损、清灰装置是否正常工作等，使日常维护保养方便及时。
5、采用独特的清灰控制模式
采用PLC控制不一定先进，因为这仅仅指硬件设备，重要的是程序设计是否符合现场条件，是否满足清灰要求，是否最节省能源。本设备的清灰控制有以下特点：
（1）采用压差清灰，即根据滤袋内外的压差情况决定是否清灰和停止清灰，这种清灰方式尤其适用于含尘浓度低，粉尘粘性低的场合。
（2）采用慢、中、快三种清灰模式，由PLC自动调节。当粉尘负荷大时自动启动快模式，粉尘负荷低时自动启动慢模式；当滤袋运行初期阻力较低时自动启动慢模式；当滤袋运行后期阻力升高则启动快模式。
上述清灰控制模式能使滤袋的有效寿命延长，保证在滤袋整个寿命周期中维持最低的除尘器阻力、最低的能量消耗和系统阻力的波动最小。并有根据实际情况调试好的预编程序自动运行。
6、完善的防护系统
首先在进气风管中设计有喷水装置及温度测试装置，当发生烟气温度超过规定值时先进行报警，如温度继续升高则自动启动不同数量的喷水装置进行降温，喷水装置可使烟气温度降低40度左右，以保护滤袋 不受损伤，当喷水装置不使用时，喷嘴依靠吸进新鲜空气进行自动化以保持喷嘴清洁。
除尘器前后设有50%烟气量的旁路烟道，当烟气温度上升较快较高或有大量水蒸汽渗入时，可开启旁路烟道对烟气进行分流来保护滤袋。旁路烟道在除尘器发生故障时还作为烟气的临时通路。
由于本设备使用的是莱登（Ryton）滤料，这种滤料抗氧化能力较差，所以在整个系统中设置有氧分析仪，以保证进入除尘器的烟气中氧的含量在10%以内。
在发电机组启动和低负荷稳燃时需要燃油，而油烟易使滤袋造成堵塞，为此本设备在进气口设置有预喷涂粉尘的吸口，在袋除尘器使用前对新滤袋或长期停用的滤袋进行预喷涂，以有效的防止滤袋堵塞。
三、实际运行情况
本除尘器为四室八单元，每单元布置一个滤袋束，每个滤袋束为1000个滤袋和一套回转清灰装置，总过滤面积25600平方米，过滤速度为1.13m/min，第一台设备于2001年底投运，目前以运行半年。虽尚未进行正式测试，但从环保部门设置的在线粉尘浓度测试仪的读数可知不会超标，从烟囱口看不到一点粉尘。运行阻力一直在80Pa左右，远低于设计要求值，说明清灰效果非常好。之所以运行阻力低，Lurgi公司的解释是新设备的运行阻力通常较低，但他们的保证是在滤袋寿命期间均不大于设计值。在调试中Lurgi公司还测试滤袋口的风速，从测试情况看，虽为侧向进气，但袋口风速最多偏差为一倍，且与气流方向无关，说明滤袋的布置和结构设计是合理的。通过半年的运行曾因锅炉问题进行过两次停机检查，未发现任何问题，说明设计、制造和安装质量是好的，该技术设备是成熟可靠的。证明了袋除尘器可以用于电厂燃煤锅炉排烟除尘。
四、与电除尘器相比较
1、 投资分析
按国际常规对除尘器的投资将按一次性投资、运行费用和维修费用三项进行比较（见表1）表1 袋除尘器与电除尘器常规投资比较
 但从国内目前的市场看，事实并非如此，尤其是对处理烟气量大于200000m3/h的除尘设备，袋除尘器的一次投资要高于电除尘器，主要原因为：（1）由于行业的竞争，电除尘器的价格已降到论重量卖钢材的地步，高的技术含量不能在价格上得到体现；（2）由于我国的环保要求相对较低，而电除尘器的一次性投资又与除尘效率有关。
本项目中，由于用户要求的排放浓度不能高于50mg/Nm3,加上当地的煤质很不适合电除尘器，虽然本设备采用了Lurgi技术，且大部分关键部件（如滤袋、袋笼、脉冲阀等）由国外进口，但如采用电除尘器，即使按国内目前的电除尘器市场行情价格，通过用户的多次询价比较，情况还是有很大的变化（见表2）。表2 本项目中两种除尘器费用比较
 事实说明，本项目正是客观地分析了工艺情况和两种除尘器的特点，才选择了一次性投资低、运行费用低而除尘效率高的方案。
2、与同类产品的结构比较（见表3）表3 Lurgi和其他产品的结构比较表
注：1）灌速度和嵌速度均以表中的过滤速度计算
2）Lurgi产品的嵌速度以同心圆面积计算 从表中可以看出，Lurgi产品与富乐和国内同类产品相比，有以下特点：
（1）每个脉冲阀最大负担的过滤面积，比富乐公司的气箱脉冲还大24倍；
（2）灌速度最大，说明滤袋的长径比很大，达63。嵌速度在正常的范围内，说明滤袋的布置是合理的；
（3）滤袋寿命保证时间长，达30000小时（3.4年），而国际上一般保证寿命为2年，节省了用户的维修费用；
（4）漏风率低，仅1.5%，属国际先进指标，而漏风率的降低可有效减少主风机能源损耗，但由于结构设计、制作和安装等原因，国内产品很难达到。
（5）钢耗低，虽然钢耗比与除尘器的规格有关，但根据Lurgi公司在产品设计中一贯求实稳重的风格来说，这样的钢耗无疑是很先进的。
五、对电厂燃煤锅炉选用袋除尘器的建议
袋除尘器按结构、清灰方式等分成很多品种，每一品种因各自的特点而适合一定的工艺条件。因此，提出以下选用建议：
（1）应优先脉冲式，因过滤速度较高，非常适合烟气量大的工艺条件，同时选用三维滤料，不但可提高除尘效率、降低滤料运行阻力，且使用寿命也比二维滤料长。
（2）电厂燃煤锅炉烟尘的含尘浓度低且粉尘粘性低，选用的脉冲式袋除尘器可以设计长径比较大的滤袋，滤袋的布置也可相对较密，以减少设备重量和占地面积。
（3）选型中过滤速度不易过高，一般不应大于1.2m/min。过高的过滤速度可能会使一次性投资降低，但使运行阻力加大，设备故障增多，滤料寿命缩短。
（4）对关键部件，如滤袋、脉冲阀等，应选择质量上等的，尤其是滤袋，不但要求滤料适合工况需要、质量好，同时也要注意滤袋的加工质量，这些是影响除尘器性能和运转率的重要要素，必须引起足够的重视。
（5）袋除尘器受烟气性质影响较大，在工艺设计中应考虑周到的保护措施，在工艺布置上应使进气烟道尽可能长，以防万一锅炉出现问题时保护装置能更好地起作用。
（6）必须注意产品的设计、制作和安装质量。
（7）必须严格按照规程操作设备，袋除尘器受烟气性质的影响较大，相对电除尘器来说比较“娇气”。应加强日常的维护，尤其是投运初期，及时发现问题及时处理。(end)
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(5/9/2005) |
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