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戈尔空气过滤技术在热电厂除尘改造工程中的应用

火力发电网2018-05-03 06:35:32


  [摘要] 北方联合电力某热电厂在改造燃煤锅炉的烟气处理系统中,采用了低压脉冲旋转反吹袋式除尘器配用戈尔高精度过滤玻纤覆膜滤料,业已运行超过6年,粉尘排放有效的控制在10mg/Nm3,极大地改善了当地的环境。

  [关键词] 低压脉冲旋转反吹 袋除尘器 深层过滤 表面过滤

  前言:

  某热电厂的二期工程2×200MW机组于2005年投入运行,脱硫除尘设施采用的是美国EEC技术,即每台锅炉配有一台双室一电场预处理静电除尘器串联一台双室四电场静电除尘器,设计除尘效率为99.8%。在电厂投入运行初期,由于除尘器的设计、安装、调试先天不足导致电除尘设备运行不稳定,主要技术参数未达到要求,以致排烟温度高、烟气流量大等问题逐步显现;加上配套的两矿业公司生产的煤按国家计划外运,某热电厂不在计划之内,而当地煤种煤质差,热值低,飞灰比电阻升高,极大影响电除尘效率。根据飞灰成分分析其中SiO2和Al2O3含量总和已经达到89.86%,而Na2O与K2O的含量仅为1.03%,电除尘器除尘效率下降到94.21%,远没有达到设计值,粉尘排放没有达到《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2003中的第3时段烟尘浓度50mg/m3的限值要求。该热电厂担负着海勃湾城区的供热任务,由于新机组运行不够稳定,除尘效果时好时坏,除尘效率一直达不到设计值,,对当地的周围环境造成了较大影响。

  为了彻底解决电除尘效率低下,烟尘排放浓度高污染周围环境问题,该热电厂积极采取措施,与设计、供货、安装、调试单位专题研究,于2006年对除尘系统进行了改造,通过调整电除尘器极间距、加装档流板、改造除灰管道等,使排烟温度降低了20多度,烟尘排放浓度也有所下降。在吸取国外及自治区部分电厂的成功经验基础上,结合布袋除尘器除尘效率高,不受煤种变化影响的特点,决定保留原来预除尘器,将双室四电场电除尘器改造为低压脉冲旋转反吹袋式除尘器。预除尘可以降低后续袋除尘器入口80%的粉尘浓度,有利于去除琢磨性强的大颗粒粉尘防止粉尘冲刷磨损滤袋。但是后续电除尘器改造成布袋除尘器后,运行阻力部分上升,将大大超过锅炉引风机最初的设计水平。为保留原来的锅炉引风机节省改造费用,改造后的布袋除尘器阻力比电除尘器最多只能增加900Pa。与此同时该热电厂锅炉排烟温度较高,预除尘器前烟温已经达到实测172℃,极限温度甚至会达到200℃,唯一解决方法就是采用一种能稳定维持低阻力,耐高温,抗腐蚀的过滤材料。

  除尘系统技术参数

  此项目每台除尘器分为4个独立的除尘室,每室2个单元(四室八单元结构),每个单元安装滤袋1144条,每台除尘器安装滤袋9152条,可实现在线满负荷检修,除尘系统具体技术参数见下表。

  


  除尘器耐高温滤料选择:

  由于存在上述两大问题,选择滤料就成了项目成功的核心。“核心”主要体现在以下方面:一是费用比例高:对高温袋式除尘器而言,滤料的费用约占全部改造的二分之一左右;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袋的性能来实现;三是故障率高,大多数除尘器的故障最终都表现在滤料上。电厂传统使用的PPS滤料最高温度只能达到190℃,很难在这个工况条件长期使用。PPS 滤料还有一个致命的缺点就是“易氧化”, 烟气中的O2,NOx等氧化剂会加速PPS滤料的氧化,其断裂强力和断裂伸长率均会出现明显下降,且随着浓度的增大,温度的增高,时间增长而加速老化。一般来说PPS滤料在燃煤电厂使用的寿命也就2-3年,不能满足4-5年的使用要求。

  


  玻纤纤维是一种结构合理、性能较好的耐高温过滤材料,因为玻璃纤维连续运行温度为260℃,瞬间耐高温为 288℃,玻璃纤维的滤料本身不会被直接损坏,有良好的 尺寸稳定性,对电厂锅炉的生产作业,尤其在调试期间烟气温度波动剧烈,提供了更大的温度宽容度。玻璃纤维滤料是阻燃的,几乎不吸湿,不会发生水解,始终保持合理的强度特性;玻璃纤维尽管抗折性相对较弱,在滤袋与袋笼设计过程中如果配合良好,使用时应避免折弯和摩擦,强度基本没有损失。参照燃煤电厂除尘滤料耐高温、抗氧化,尺寸稳定性好,透气性高的要求,结合热电厂自身烟气特点,无疑覆膜玻璃纤维成为满足上述要求的你合适滤料。

  除尘器低阻力滤料选择

  更重要的一个选择依据是,目前燃煤电厂的袋式除尘器上常用的没有覆膜的普通滤料,其过滤机理是指通过最初滞留在滤料表面的粉尘,形成一层“初次滤饼”使滤料孔隙减少而提高过滤效率。随着过滤时压差不断上升,粉尘会顺气流不断渗入滤料,堵塞过滤通道,滤袋工作寿命大大缩短。 美国戈尔公司生产的PTFE薄膜/PTFE处理玻纤织物滤料,是在玻璃纤维基布上复合了一层用“膨体”专利技术制成的多微孔、极光滑膨体聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜,几乎能截留含尘气流中的全部粉尘,是属于最先进的“表面过滤”技术。薄膜的纤维组织极为细密,能在不增加运行阻力的情况下保证气流的最大通量。下图一是厂家所提供的覆膜滤料的电子显微结构,从图中可见薄膜的结构远比基材的结构要细密均匀。

  


  布袋除尘器运行过程中,需清灰来恢复原始透气性。清灰就是将压缩空气在极短暂的时间内高速喷入滤袋,使滤袋由袋口到袋底产生剧烈的膨胀和冲击振动,去除表面逐渐聚集变厚的粉饼层。清灰的过程也是迫使滤料纤维间相互错动过程,由于玻璃纤维很坚硬,纱线间错动导致接触面出现相互摩擦,纤维出现断裂,造成滤料强度下降更明显,甚至破损。美国戈尔公司采用特制聚四氟乙烯乳液处理玻纤纤维,形成外层,ePTFE材料在纱线间起润滑作用降低相互摩擦力,这极大提高玻纤袋的抗折、耐磨性能,同时玻纤滤料表面薄膜光滑,飞灰很难在滤袋表面停留、清灰次数更少, 清灰强度降低,在滤袋长期反复变形时减少了滤料的磨损。

  运行情况跟踪:

  此外通过行业内的了解,我们也知道戈尔玻纤覆膜滤料在国内的大型燃煤锅炉收尘器上已经有了成功的应用用,比如在马钢热电厂上,同样是采用低压脉冲旋转反吹袋式除尘器+戈尔玻纤覆膜滤袋,阻力和排放的情况都非常令人满意。考虑到粉尘排放,烟气特点和投资效益关系,对比市场上不同滤料特点,决定选择戈尔公司高精度,低阻力的玻纤覆膜高温滤料。

  该项目从2007年开始投入试运行到现在,已经超过5年,总体上烟气处理系统运行结果良好。实测的粉尘排放浓度小于20 mg/m3,除尘效率由之前的94%提高到现在的99.9%以上,每年可减少近2.2万吨的烟气排放量。在08年3月,该热电厂2×200MW供热机组环保工程通过国家环保局整体验收,这不仅使该热电厂达到了国家对电力企业的环保要求,也使企业的节能减排工作迈上了新台阶,特别是对改善乌海市大气环境方面起到了积极作用。

  收尘器的运行阻力目前一直稳定在1100pa左右,这通常要比选用普通“深层过滤”滤袋低400Pa以上,从而确保了系统在利用原有锅炉引风机的条件下也能正常运行。阻力稳定地保持在较低的水平,同时收尘器的低阻力运行保证了高通风量,风机通常只需达到额定功率的70%即可满足要求,预计仅风机电耗每年就至少可以节约90万元以上。由于清灰性能好,节约了压缩空气的消耗量,用于生产清灰压缩空气的两台罗茨风机只需要投入一台运行就可满足清灰需要,使整个机组项目产生了非常显著的环保效益和经济效益。

  使用过程中也曾出现除尘器顶部漏水酸性烟气腐蚀花板,袋笼,铁锈和着雨水及其他物质有部分渗入滤袋袋头内部,部分滤袋影响透气性;运行过程中也委托布袋厂家检查滤袋薄膜情况,除袋笼竖筋位置因反复变形略有损伤外,其余部分依旧良好,滤袋保持始终如一的高精度过滤效率。运行5年后对不同位置滤袋顶破强度进行检测,结果表明即使在工况恶劣位置,滤袋强度依然在460-520Psi,其它因为袋笼原因造成滤袋破损,其强度也远高于150Psi的失效极限。综合某热电厂使用经验可以判断覆膜玻璃纤维滤料符合电厂燃煤锅炉对袋式除尘滤料长寿命,低排放,更节能的要求。

  GOREâ空气过滤技术的最新研究成果:

  1. 超低排放LET技术

  作为表面过滤的发明者,美国戈尔公司至今还持续不断挑战薄膜过滤精度,稳定控制粉尘排放长期低至10mg/Nm3;再辅以最新专利技术LET,排放稳定低至5mg/Nm3。如果目前的湿法脱硫工程运行良好,不增加额外粉尘负担。针对目前的超低排放要求,只需更换滤袋,不需要额外增加新设备,改造工程投资少。2016年年初,国家发改委主任带队,就创新引领产业转型升级、推动京津冀协同发展,到河北某企业进行调研。调研期间了解到目前在用的美国戈尔薄膜滤袋,主排放口粉尘排放浓度最低达到5mg/Nm3,实现了粉尘的近零排放。

  2. DeNOx技术:

  欧盟正在审查关于垃圾焚烧的BREF文件,将其中NOX和NH3的排放限制确定为关键的环境考量因子。目前普遍在用的SNCR技术,由于脱硝反应效率偏低,经常出现NOX超标,排放不稳定。针对上述现状,如果仅仅对现有设备进行SCR改造,新增反应塔所需的占地面积、净空高度、引风机容量以及其它意外限制因素大幅提高相应投资,据测算要比在工厂初建时投资SCR要高出30 – 50 %。

  面对上述问题,根据公司在催化过滤领域15年以上的经验,戈尔推出出一款全新降低NOx和NH3排放的新产品――滤袋催化脱硝系统,成功实现与现有SCR类似的排放水平。但投资成本要低得多。

  戈尔专利滤袋脱硝催化系统DeNOx技术,将用于脱除颗粒物的表面过滤技术与用于去除NOx和NH3减排的低温SCR催化技术结合在一起,除实现粉尘近“零”排放外,所含催化剂与烟气中NOx发生还原反应,生成无污染的N2,H2O,NOx去除效率可以达到50-70%。也就是当NOx入口含量低于100mg/Nm3,SOx入口含量低于10mg/Nm3,温度在180-190℃时,确保NOx出口排放低于50mg/Nm3。

  3. GORE SPC技术:

  戈尔专利SPC技术可以同时去除燃煤锅炉焚烧产生的SOx和Hg,SOx去除效率可以达到50-70%,Hg去除效率可以达到80-95%之间。产品既可以安装在现有湿法脱硫塔内,还可以安装在附近的管道内。在温度在<90℃时,RH>50%,可以将从湿法塔出来的含量在70mg/Nm3的SOx,继续降低到35mg/Nm3.

  4. GORE 低阻力滤袋技术

  最新戈尔专利低阻力滤袋技术可以确保滤袋本身的超低压降,确保工业生产压降低于现有工况30%-50%.,满足在不改造现有设备基础上实现增加产量的需求。

  5. GORE REMEDIA技术 :

  戈尔专利REMEDIA技术可以有效去除二恶英/呋喃,当二恶英标准入口含量低于10ng(TEO)/Nm3,温度在180-250℃时,确保排放低于0.1ng(TEO)/Nm3


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