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提高燃煤电厂袋式除尘器可靠性的技术措施

来源:新豪娱乐99159手机版发布时间:2011/8/17 15:19:57
0.概述
随着排放标准和环保法规的日益严格,作为粉尘污染大户的燃煤电厂在控制颗粒物排放上受到了巨大的压力。袋式除尘器是依靠滤料自身固有的以及附着在滤料表面的粉尘层的过滤特性,截留烟气中一定颗粒度的粉尘。这种机理决定了它具有对烟气和粉尘特性不敏感、除尘效率高等突出特点,因此能够解决电除尘器无法实现的50mg/Nm3(甚至30mg/Nm3)以下的排放浓度和PM2.5微细粒子的捕集等问题,因此袋式除尘器在燃煤电厂锅炉烟气除尘领域的大规模应用获得了空前的机遇。
虽然袋式除尘是一项历史比较悠久的技术,但在我国燃煤电厂的成功应用却只有十年左右的时间。由于对燃煤电厂锅炉烟气除尘技术特殊性认识不足、相关技术的发展没有适应燃煤电厂的特殊情况等原因,使得该项除尘在燃煤电厂锅炉烟气除尘应用中出现了许多问题,集中体现在滤袋失效过早、排放不达标、除尘器性能不稳定等几个方面,因此可以这样说:目前这项技术距离“高效、低阻、长寿命、稳定”运行的标准和保障发电主业顺利进行的目标还有很长的路要走。
本文通过对袋式除尘器的关键技术、运行过程故障类型及原因的分析,从工艺和设备设计的角度,对提高袋式除尘器在燃煤电厂锅炉烟气除尘的可靠性的技术(设计)措施做以归纳和总结。
1.袋式除尘器的关键技术
所谓“关键技术”是指对设备运行或性能影响大,相对比较复杂的技术,如果要使设备能够稳定、可靠、高效的运行,必须对各关键技术进行深入、细致的研究,掌握其核心和要点,还要充分利用模型试验和计算机模拟等手段获得相关数据和结论,为工程设计提供依据。
袋式除尘器有四大关键技术:
1.1滤料及滤袋
滤料(袋)是袋式除尘器的核心部件,“核心”主要体现在几个方面:一是费用比例高:对高温烟气袋式除尘器而言,滤料的费用约占全部投资的三分之一左右;二是作用重要:排放浓度的达标和除尘器阻力、寿命等重要指标的优劣都要靠滤料(袋)的性能来实现;三是故障率高,而且大多数除尘器的故障最终都表现在滤料上。因此滤料的选择和应用技术就尤为重要。
关于滤料的技术包括:滤料配方(各成分配比)、纤维制造、滤料结构、加工工艺、后处理工艺、滤袋缝制工艺、滤料选择和使用等几个方面。作为从事除尘工艺或设备设计的技术人员,虽然不需要掌握滤料全部常识,但对其做比较详细的了解是非常必要的,特别是各种滤料的使用条件和适用范围等重要性能指标及其随着使用时间的变化、滤料失效形式及原因等的熟悉程度,从某种程度上决定着除尘项目的成败。
1.2气流组织
气流组织对袋式除尘器而言是比较复杂和综合性的技术,涉及到流体力学、工程流体力学、空气动力学、气溶胶力学等相关常识,而气流组织的好坏是关系到除尘器能否达到预期性能的关键。
对气流组织进行研究的目的是:控制袋束的迎风速度,避免含尘气流冲刷滤袋导致滤袋破损;防止滤袋的摆动和碰撞,保障滤袋的长寿命;引导除尘器内烟气自上而下的流向,控制上升烟气的比例和速度,利于粉尘沉降;促使不同区域的过滤负荷均匀,组织烟气向后部过滤区域分配和输送,灰斗灰量趋于平衡;气流流动顺畅、平缓,减少流动阻力[1]。
气流组织和气流组织措施与上游烟道形式、流动状态、进风方式、出风方式、滤袋布置、滤袋形式和清灰方式等诸多因素有关[1]。因此,这么多因素的综合交错,互相作用,要想达到完全合理是非常难的。这就需要采取多种手段,进行研究和验证,最大限度的达到目的。对此类问题的研究有三种手段:物理模型试验、计算机数值模拟和理论解析,从研究的数据和结论中,得到气流组织措施设计依据。
1.3清灰技术
清灰系统可以比作人的“消化器官”,其重要性不言而喻。从技术的成熟度和应用的广泛性上看,脉冲清灰是清灰技术的主流和趋势,这类除尘器又分为两大基本类型:固定行喷吹和回转喷吹,国外燃煤电厂80%以上应用的是固定行喷吹技术。
清灰技术的研究主要是解决清灰系统的操作参数和结构参数的设计问题。对固定行喷吹袋式除尘器而言,主要是确定以下参数:
1.结构参数:脉冲阀类型和规格、气包规格、喷吹管、喷吹管上喷孔规格、喷孔到袋口的距离等。
2.操作参数:电脉冲宽度、清灰压力(气包内压力)、脉冲间隔等。
其中结构参数是在设计阶段就确定下来的;操作参数是在调试阶段进行整定的,而且随着除尘器运行时间的变化,会对操作参数进行调整,以适应不断变化的工况条件。
1.4自动控制技术
相对电除尘器而言,袋式除尘器需要控制的设备不多,对于固定行喷吹袋式除尘器,主要是控制脉冲阀、旁路阀、电动门动作,并利用仪表检(监)测运行参数,根据运行参数情况,采取相关动作(如切换至旁路、启动紧急喷水降温系统等)。
在四大关键技术基础上的工艺和设备优化设计是进行所有研究和分析的目的和归宿,因此各类技术的研究和设计、使用都不是孤立的,必须以系统的观点进行综合考虑。
2.造成袋式除尘器故障的因素分析
2.1故障形式及后果
按照可靠性科学定义,可靠和故障是相对的概念,所谓故障是指产品丧失规定的功能(对不可修复的产品称失效,对可修复的产品称故障)。根据这个定义,燃煤电厂袋式除尘器常见故障有:除尘器阻力大或波动大、排放浓度超标、钢结构故障(包括坍塌、漏风、振动等)等等。
袋式除尘器故障分为几个等级:轻度故障(除尘效率降低、不影响使用)、一般故障(明显影响除尘器的正常使用)、严重故障(除尘器不能正常工作,需停机修理)、致命故障(除尘器功能完全丧失)。低等级的故障如果不及时处理或处理不正确,可能发展为高等级的故障,最终引起致命故障。
2.2故障原因分析
从构成上看,除尘器包括除尘器本体钢结构、过滤系统、清灰系统、清灰气源供应系统、电气控制系统、保护系统以及其他辅助系统等,每个部分都发挥着各自的功能,任何一部分出现故障都会引起整台设备运行不良、甚至整体失效。
总结起来,袋式除尘系统产生故障的原因有:部件和零件结构设计不合理、加工制作和材质不良,安装调试和维护管理不当,以及应用条件不完全适合等几方面。
燃煤电厂锅炉烟气袋式除尘项目的实施阶段包括设计、加工制造、安装调试、运行维护等几个环节,哪个环节出现了问题,都会引起设备的故障,从而造成项目的失败。从设计的角度出发,对各部件和参数进行缜密的设计,是可以实现“本质上”的可靠的。
3.提高袋式除尘器可靠性的技术措施
按照可靠性和故障的定义,提高除尘器的可靠性,实质上就是减少除尘器运行的故障,特别是要抓住几个关键的环节和关键技术,从“本质上”减少故障发生的概率。
3.1设计阶段工作流程
一个燃煤电厂锅炉烟气袋式除尘项目,完整的设计工作流程应该如图1。需要特别指出的是,该流程图中的“试验或模拟”是不可缺少的一个环节,特别是关系到除尘器性能的气流组织和清灰系统时,做试验或计算机模拟是必要的步骤。试验的方法是利用相似理论,按一定比例(保证几何相似、运动相似和动力相似)建立物理模型,进行气流组织和气流分布装置的试验;而计算机数值模拟是以计算流体力学为基础,以商用流体App为平台,根据实际工程建立模型,进行数值计算,并以图形化界面的直观方式表达。
从理论上讲,物理模型和实型一一对应的,即要想最大限度的保证模型试验结果与实型接近,就必须每次设计都要新建模型,最起码要对原有模型进行改造,而这样做显然从时间和经济上都是不划算,随着计算机技术的进步,使得利用计算机模拟来替代或部分替代成为可能。
3.2重要设计参数确定
1.过滤风速
过滤风速的取值对保证除尘效果、确定除尘器的型号和占地面积,乃至除尘系统的总投资,具有关键性的作用。正确地选定过滤风速是一项较复杂的工作,它与粉尘性质、烟气的初始含尘浓度、滤料的种类、清灰方式等都有密切的关系[2]。过滤风速过高,会增加除尘器阻力、引起清灰频率增大、过滤室内的风速过高、产生携带大颗粒粉尘的涡流等,这些都不利于除尘器稳定、可靠的运行。
过滤风速的选取无脱硫时不宜大于1.2m/min,脱硫时不宜大于0.85m/min。[4]。根据这个数值计算过滤面积,布置滤袋,并最终核算实际过滤风速。
2.滤料选择
燃煤电厂锅炉烟气除尘滤料的具体要求是[3]:(1)耐高温、耐折、耐酸碱及氧化腐蚀;(2)具有较好的力学性能,耐折、耐磨性能好;(3)具有很好的尺寸稳定性;(4)具有很好的透气性、粉尘剥离性能和优良的过滤性能。
当然,随着滤料材料技术和加工技术的不断进步,已经使复合滤料的应用成为一种趋势,可以根据各材料的特性进行配比,取长补短。
在滤料后处理上也不能满足于轧光、烧毛及热定型等必备工艺,可以采用纤维或滤料乳液浸渍等手段提高或改善滤料的性能,具体滤料选择方案可以与滤料专业人士商定。
2.滤袋规格及滤袋布置
滤袋的规格有口径和长度两个参数,常用的口径一般为120~160mm之间,它们没有太大区别,要根据实际情况选用。这里要提出一个滤袋长径比(滤袋长度和口径的比值)的概念,按照有关试验和研究,对于固定行喷吹脉冲袋式除尘器, 长径比一般为10~60[5],这是一个综合考虑滤料性能、气流组织和清灰性能而给出的一个数值。因此口径130mm的滤袋以不长于8米为宜,而对于160mm的滤袋则可到10米左右。
对于滤袋布置,要考虑的问题是在满足工艺条件和过滤风速的前提下,尽量能够使烟气流动更顺畅合理,可以用几个风速(注意:风速值是通过计算得到的,为了更加可靠,应该通过物模试验测试或者计算机模拟的定量功能获得)来衡量其效果。一般情况下,袋束迎风断面气流平均速度应控制在0.85m/s以下,最大速度应控制在1.0m/s以下;袋束下方烟气平均上升速度应小于1.0m/s[1];袋口平均风速应控制在3m/s以下。

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