超净电袋复合除尘器提效改造的要点分析

近几年来京津冀地区出现的严重霾重天气，迫使政府加大对大气污染治理力度，有些地方政府及电力企业提高了大气污染治理的主动性。浙江能源、神华国华等电力企业在贯彻执行GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》的基础上，主动加码，率先提出燃煤机组大气污染物排放水平达近零排放要求，并相继投运浙能嘉华、浙江国华舟山等超清洁排放试点项目。
国家发改委、环保部、国家能源局联合下发的《煤电节能减排升级改造行动计划(2014-2020)》的精神，珠江三角洲地区应控制烟尘的排放达到5mg/m3以下。2014年2月24日广东省广州市政府发布《广州市燃煤电厂“超洁净排放”改造工作方案》，提出燃煤电厂“50355”的改造目标(即NOx≤50mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、烟尘≤5mg/Nm3)。一系列超低排放政策迫使现役除尘器进行提效改造。
我国煤种复杂多变，长期以来，燃煤电站“市场煤”问题严重影响了进入锅炉煤的稳定性，大多数入炉煤种存在热值偏低、灰分偏高、且波动大的现实，造成烟尘浓度变化幅度大，使得干式电除尘器效率波动，出口排放浓度无法长期稳定在设计值范围内，尤其无法满足超低排放的要求。
电袋复合除尘器有机结合了电除尘和袋式除尘器的优势，能长期稳定保持低排放，并且电袋复合的独特结构对满足超低排放提供了良好的基础条件。如果能对现有电袋复合除尘器进行工艺改进，实现超低排放，就能简化工艺、减少占地、节约投资、降低运行费用，因此超净电袋复合除尘技术成为沙角C厂满足超低排放技术改造的首选方案。
1电袋复合除尘器的原理
电袋复合除尘器是继电除尘器、袋式除尘器之后创新开发的一种全新的除尘技术。是电除尘“荷电除尘”及袋除尘“过滤拦截”机理的有机结合，集合了两者的优势。首先充分利用前级电场收尘效率高和对颗粒荷电的特点，利用1——2个电场除掉烟气中80%以上的烟尘，可以大幅度的降低进入布袋除尘区烟气的含尘浓度，剩余10——20%的细粒子由后级滤袋过滤捕集，大大降低了袋区负荷并避免粗颗粒对滤袋的冲刷磨损，并改善滤袋表面粉饼层结构。它具有除尘效率高、阻力低、节能、运行成本低、占地面积小等优点。
电袋复合除尘器对颗粒物的脱除不是简单的静电除尘加上袋式除尘，前级电场的作用使颗粒荷电，荷电后的颗粒会影响袋区的粉饼层结构、过滤特性和清灰特性。通过滤料过滤实验发现，颗粒经电场作用发生荷电和极化，有助于它在滤料表面形成结构更为有序、更为疏松的颗粒层(图1)，显著降低了过滤压降;单纤维捕集颗粒的实验发现，对于难荷电的细颗粒，其经过电场时发生的极化有助于提高纤维上形成的颗粒链对细颗粒的捕集并形成更为有序的结构(图2)。
2常规电袋复合除尘技术
电袋复合除尘技术发展应用10余年来，可以长期稳定实现30mg/Nm3、20mg/Nm3标准限值的达标排放。现已广泛应用于电力、化工、建材等行业，成为主流的工业烟气除尘装备。目前已投运电袋复合除尘器超过600多台套。据某公司不完全统计，其所承接和在投运的其中230台套电袋复合除尘器中，出口排放小于10mg/Nm3有36台套，小于20mg/Nm3有120台套。众多工程实践及成功实例为实现稳定超低排放奠立了坚实的基础，与超净电袋复合除尘技术仅差一步之遥。
3超净电袋复合除尘技术要点
根据电袋复合除尘器的理论研究及大量工程实践总结得知，影响其排放性能的重要因素有：电区与袋区的耦合匹配、气流分布均匀性、滤料过滤精度、滤袋区入口烟尘浓度、过滤风速、电场区细颗粒荷电和电凝并程度、设备内部烟尘泄漏程度以及设备制造和安装质量等。因此，超净电袋复合除尘技术汇集各种成功经验，采取有效的技术措施如下：
3.1合理优化选型，实现电区与袋区最佳匹配
从结构上来看，电袋复合除尘器是电除尘与布袋除尘的有机组合，袋区的入口浓度直接关系电场的选型及出口排放，因此，电区与袋区最佳参数匹配是保证低排放下最优经济性的关键。电场区的除尘效率根据多依奇公式计算，从公式可得，第一、二电场除尘效率高，但每个电场区的除尘效率呈指数递减，从第三电场开始，电场经济性差。
大量工程应用和试验表明，粉尘浓度对滤袋区的排放存在一定的影响，排放浓度随过滤浓度的增加而缓慢增加，当过滤浓度达到一定值时，过滤浓度增加而排放则趋于平稳。而滤袋区入口粉尘浓度的降低需要增加电场数，会造成设备投资加大，经济性差。因此，考虑经济性的前提下，超净电袋复合除尘器应根据具体情况确定滤袋区最佳的入口粉尘浓度值。
3.2改善气流分布均匀性
气流分布均匀性是影响超净电袋复合除尘器除尘效率的重要因素之一，不良的气流分布可造成除尘效率的显著降低。研究电复合袋除尘器气流分布均匀性主要有物理模型试验和数值模拟计算两种，其中数值模拟计算方法(CFD)可获得全流场的数值解，为优化电袋复合除尘器内部结构提供依据。
电袋复合除尘器中电区的烟气流向为水平进、水平出，而袋区烟气流向为水平进、垂直出，两个区域的流速、流向及流动截面尺寸均差异很大，两者直接衔接会引起流场的急剧变化，在大型化电袋中此问题更为突出。沙角C电厂为660MW机组，烟气量大，袋室内滤袋数量大、排列紧密，数值模拟计算难度大。
针对沙角C厂大型电袋结构，建立烟气湍流流动模型、颗粒过滤模型，提出计算域内区域分解与非结构化网格相结合的网格划分方法，开发出耦合流动与过滤过程的电袋流场计算方法。划分袋室网格时，首先划分袋室顶部面网格，然后采用Cooper方法划分袋室的网格，这种方面大大减少了网格数量，又满足计算要求。
整体的网格如图3所示。计算网格总数约350万，灰斗和出口烟道采用四面体网格，整体网格为四面体/六面体混合网格，最后在Fluent软件中将其转换而成的多面体网格。图3网格划分图图4Z方向速度云图
由FLUENT分析计算可得，前袋室、中袋室、后袋室的流量偏差分别为-2.3%、-1.6%、3.9%，三个袋室的气流均布性较好，满足超净电袋袋区各室流量均匀性相对偏差小于5%的要求。整个模型中的速度云如图4。
3.3采用高精过滤材料，提高过滤精度
滤袋是电袋复合除尘器的终端控制环节，是决定其出口排放浓度的关键的部件，滤袋的过滤精度直接关系到烟尘排放值。超净电袋复合除尘器是指除尘器出口烟尘排放必须小于5g/m3，为了达到此要求，在提高电区的除尘效率的同时，必须提高滤袋的过滤精度。
在工业生产中，常用的滤料材质为PPS、PI、PTFE及不同材质的混纺滤料、覆膜滤料等。在相同条件下，滤料的过滤精度高低依次为PTFE覆膜滤料、超细纤维梯度滤料、普通滤料。不同材质的滤袋，对烟气工况及出口排放的适应性不同。综合考虑沙角C厂的烟气含氧量、烟气温度、出口排放要求等参数，本项目滤料选用PPS+PTFE/PTFE(基布)材质，并在滤袋表面进行PTFE热熔覆膜处理，提高了滤料的过滤精度。
同时，滤袋在缝制过程中留下的针孔，也是粉尘逃逸的一个关键点，在超低排放要求下，必须杜绝一切泄露。因此，每条滤袋在完成缝制后，在针孔处增加封堵工艺，杜绝烟尘的渗透、逃逸，确保排放确保除尘器长期稳定超低排放。
3.4严把生产加工、安装质量监控
要实现超低排放，仅有超净电袋的关键技术是不够的，其生产加工及安装质量不容忽视。首先，严格把关原材料质量，制订对原材料供应商的质量监督制度，对供应商进行定期质量审核;其次，严格控制生产加工质量，落实好“三检”制度：自检、互检、专职检。根据各自工序质量控制标准，严格自检，保证不合格的零部件不进入下道工序。
工序之间进行互检，侧重对电场区阴、阳极系统、振打系统、花板、清灰系统、袋笼等核心部件，加工全程质检监控。再者，要严格保证安装质量，杜绝一切泄露。除尘器是现场拼接组装的大型钢构设备，要保证实现超低排放，必须保证焊接组装的气密性。在超净电袋复合除尘器的安装中，对于有气密性要求的组件要确保焊全、焊牢、焊透，并对每条焊缝采用煤油渗透检验。滤袋安装气密性检查采用荧光粉检漏法。
4超净电袋复合除尘器改造效果
沙角C厂660MW机组原配套静电除尘器配置四个电场，随着除尘设备年限的增加，除尘效率逐步下降，在煤种灰分波动的情况下，除尘器出口烟尘浓度在60——80mg/m3，烟囱出口烟尘排放浓度也大幅超过新标准的排放限值。本次采用超净电袋复合除尘技术方案改造，且后端脱硫系统未改造，于2015年2月成功投运。
2015年4月，经第三方检测，除尘器出口烟尘质量浓度为3.70mg/m3(标态、干基、6%O2)，烟囱入口烟尘质量浓度为2.66mg/m3(标态、干基、6%O2)，提效显著，实现了小于5mg/m3的超低排放。
5结论 本项目是采用超净电袋复合除尘器提效改造实现超低排放的典范，证明了采用超净电袋复合除尘器工艺路线，可以简化设备，大大节省设备投资、减少占地、降低运行维护费等。因此，采用超净电袋复合除尘技术是满足当前超低排放政策的优选技术之一。更多环保新闻，请关注
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