1.污染源特性
(1)燃用煤的工業(yè)分析煤的化學(xué)成分決定了煤的常規(guī)特性,可以作為分析煤的著火、燃燒性質(zhì)和對鍋爐工作影響的依據(jù)。在分析煤的常規(guī)特性對鍋爐工作的影響時,通常依據(jù)工業(yè)分析結(jié)果,主要包括煤的揮發(fā)分、水分、硫分以及灰渣熔融性等幾個方面。
煤的揮發(fā)分由各種硫氫化合物和一氧化碳等可燃?xì)怏w、二氧化碳和氮等不可燃?xì)怏w以及少量的氧氣所組成。揮發(fā)分是煤的重要成分特性,它可作為煤分類的主要依據(jù),對煤的著火、燃燒有很大的影響。不同揮發(fā)分煤種的發(fā)熱量差別很大,從17000kJ/kg到71000kJ/kg。
燃煤中水分含量對鍋爐運(yùn)行的影響也很大。煤中水分吸熱變成水蒸氣并隨煙氣排出爐外,增加煙氣量而使排煙熱損失增大,降低鍋爐熱效率,同時使引風(fēng)機(jī)電耗增大,也為低溫受熱面的積灰、腐蝕創(chuàng)造了條件。
灰分是燃煤中的有害成分?;曳趾吭黾樱褐械目扇汲煞直阆鄬p少,降低了發(fā)熱量,而且還由排渣帶走大量的物理顯熱?;曳侄?,鍋爐燃燒也不穩(wěn)定,灰粒隨煙氣流過受熱面,流速高時會磨損受熱面;流速低時將導(dǎo)致受熱面積灰,降低傳熱效果,并使排煙溫度升高?;曳质秋w灰的主要來源。大中型燃煤鍋爐都采用煤粉懸浮燃燒方式,煤中灰分的85%~90%成為飛灰。小型的熱電廠通常采用層燃方式的鏈條爐,煤中的灰分有20%成為飛灰。
燃煤中的可燃硫在燃煤過程中會被氧化成SO2和少量的SO3。硫酸鹽也會受熱分解出數(shù)量更少的自由SO3。煙氣中的SO2對金屬的腐蝕和粘污一般沒有明顯的影響。SO3含量雖然很少,但易與煙氣中的水蒸氣化合生成硫酸蒸汽,將顯著提高煙氣的酸露點(diǎn)溫度,從而在低溫的金屬表面凝結(jié),造成酸腐蝕和粘污。
發(fā)電廠用煤的質(zhì)量等級是根據(jù)對鍋爐設(shè)計、運(yùn)行等方面影響較大的煤質(zhì)常規(guī)特性制定的。這些特性包括干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf、干燥基灰分Ad、收到基水分Mar、干燥基硫分Sd和灰的軟化溫度ST等五項。全硫分Sar分為兩個等級。
表1是根據(jù)煤中硫分而劃分的等級。當(dāng)Sar<1%(**級)時,酸露點(diǎn)溫度較低;而當(dāng)Sar>3%(超過第二級)時,酸露點(diǎn)溫度急劇上升,容易使硫酸蒸汽凝結(jié)在低金屬面上造成腐蝕。我國煤種多屬于中硫煤,含硫量為0.5%~1.5%。
表1煤按硫分的質(zhì)量等級
符號 Sar(%) 符號 Sar(%)
S1 ≤1.0 S2 >1.0~3.0
       
(2)煙氣成分和煙氣量
1)煙氣成分:燃煤電廠煙氣的主要成分是N2、O2、CO2、SO2、NOx、水蒸氣等。另外還含有較少量的CO、SO3、H2、CH4和其他碳?xì)浠衔?CmHm),可表示為:
φ(N2)+φ(O2)+ φ(CO2)+ φ(SO2)+ φ(H2O)+ φ(CO)+ φ(SO3)+ φ(NOx)+φ(H2)+φ(CH4)+ φ(∑CmHm)=100%
對于袋式除塵器來說,值得注意的是煙氣中的含氧量、SO3、水蒸氣(H2O)和NOx。過剩的含氧量在高溫F會導(dǎo)致某些濾袋材質(zhì)(例如PPS)的氧化。NO2是很強(qiáng)的氧化劑,并且能氧化大多數(shù)用于過濾的纖維,過高的NOx有時還會造成酸腐蝕。SO3易與水結(jié)合形成硫酸,一般情況下,燃煤中1%的含硫量相當(dāng)于煙氣中產(chǎn)生600×10-6SO2,而煙氣中一部分SO2與過剩的氧氣反應(yīng)生成SO3。當(dāng)鍋爐煙氣中SO3含量為0.001%時,煙氣的酸露點(diǎn)即可達(dá)到120—140℃。煙氣中SO3含量與酸露點(diǎn)溫度的關(guān)系見表2。
表2煙氣中SO3含量與酸露點(diǎn)溫度的關(guān)系
煙氣中SO3體積分?jǐn)?shù)(×10-6) 煙氣酸露點(diǎn)溫度/℃
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)煙氣量:煙氣量主要包括原煤燃燒后的氣態(tài)產(chǎn)物,還包括過剩的空氣量和鍋爐及其附屬設(shè)備的漏風(fēng)。所以,實際產(chǎn)生的煙氣量要大于理論計算的煙氣量。煙氣量還會隨燃料的變化而改變。在除塵器設(shè)計選型時,其處理煙氣量應(yīng)略大于實際產(chǎn)生的煙氣量,一般可附加5%~10%的裕度。
(3)飛灰成分和特性我國原煤資源豐富,煤種眾多,加上鍋爐的燃燒情況、技術(shù)條件的不同,導(dǎo)致飛灰的理化性質(zhì)差異較大。
飛灰的化學(xué)成分主要為SiO2、Al2O3,二者總量一般在60%,以上。另外還含有少量的Fe2O3、CaO、K2O、Na2O、MgO、TiO2、P2O5、SO3等。
我國煤灰的化學(xué)成分見表3。
表3我國煤灰化學(xué)成分分析
成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O P2O5 SO3 TiO2 MgO
體積分?jǐn)?shù)(%) 45~60 14~40 4~10 2~5 O.5~2 O.2~1 <1 0.1~3 ~1 ~1
飛灰具有相當(dāng)寬的粒徑分布域。根據(jù)13個燃煤電廠的統(tǒng)計,飛灰平均粒徑為20~60ηm。表4為某電廠電除塵器人口煙道飛灰的粒徑分布。
表4某電廠電除塵器入口煙道飛灰粒徑分布
粒徑/ηm 0~5 5~10 10~20 20~30 30~40 40~50 50~60 >60
組頻數(shù)/g 11.9 16.6 22.8 13.1 8.2 5.1 3.9 13.4
組頻率(%) 12.5 17.5 24.0 13.8 8.6 5.4 4.1 14.1
篩上累計分布率(%) >O >5 >10 >20 >30 >40 >50 >60
100 87.5 70.7 46.0 32.2 23.6 18.2 14.1
篩下累計分布率(%) <O <5 <10 <20 <30 <40 <50 <60
0 12.5 29.3 54.0 67.8 76.2 81.8 85.9
中位徑d50/ηm 18.0
2.燃煤電廠袋式除塵器的特殊性
(1)燃煤電廠煙氣除塵裝置是電廠的主要生產(chǎn)設(shè)備之一發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、鍋爐和除塵設(shè)備(包括引風(fēng)機(jī))是燃煤電廠的4大主要設(shè)備。袋式除塵器既是環(huán)保設(shè)備,又是生產(chǎn)設(shè)備。
(2)袋式除塵器的工況易受鍋爐及其輔機(jī)工況的影響燃料的改變、鍋爐負(fù)荷的變化、運(yùn)行方式的改變、送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)開度的變化、省煤器的滲漏和爆管、空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)和堵塞等因素,都在不同程度上改變煙氣量、煙氣溫度、含氧量、氮氧化物含量、含濕量、含塵量和煙塵粒度,從而影響袋式除塵器的工況。
(3)袋式除塵器系統(tǒng)應(yīng)確保長期、安全、可靠地運(yùn)行袋式除塵器能否正常運(yùn)行,直接關(guān)系到燃煤電廠能否正常生產(chǎn)。袋式除塵器的濾袋破損,將加速引風(fēng)機(jī)的磨損。清灰系統(tǒng)不良或失效,會增加袋式除塵系統(tǒng)的阻力,減少鍋爐的出力,甚至造成爐膛的正樂:所以,袋式除塵系統(tǒng)一定要有可靠的安全保障措施,自控系統(tǒng)應(yīng)有完備的自動監(jiān)測、控制、故障診斷和緊急應(yīng)對功能,應(yīng)制訂嚴(yán)格的操作規(guī)程,落實操作、管理、維修的崗位責(zé)任制。
3.燃煤電廠袋式除塵系統(tǒng)設(shè)計要求
1)袋式除塵系統(tǒng)配置及功能設(shè)計應(yīng)根據(jù)爐型、容量、爐況、煤種、氣象條件、操作維護(hù)管理等具體情況確定。通常包括:袋式除塵器、清灰氣源及供氣系統(tǒng)、預(yù)涂灰裝置、卸灰和輸灰系統(tǒng)、電氣和自動控制系統(tǒng)及監(jiān)測系統(tǒng)、煙道及附件等。
2)對于容量較大、鍋爐不穩(wěn)定、煙氣溫度波動較大、故障頻繁的鍋爐機(jī)組,或鍋爐空氣預(yù)熱器采用老式的回轉(zhuǎn)型式,可根據(jù)需要設(shè)置緊急噴霧降溫系統(tǒng)和(或)旁路系統(tǒng)。旁路閥應(yīng)采用密封效果好的雙層密閉擋板門。緊急噴霧降溫裝置應(yīng)安裝在鍋爐出口煙道總管的直管段上,噴霧量和霧滴直徑應(yīng)能保證霧滴在進(jìn)入除塵器之前完全蒸發(fā),并且應(yīng)有噴嘴的防堵措施。
3)在新項目設(shè)計中,除塵專業(yè)應(yīng)向鍋爐專業(yè)提供袋式除塵系統(tǒng)(由空氣預(yù)熱器出口到引風(fēng)機(jī)人口)的阻力。若屬除塵系統(tǒng)改造項目,應(yīng)對原有的風(fēng)機(jī)、電機(jī)進(jìn)行能力的計算,并需要提出改造方案,或選配新的風(fēng)機(jī)和電機(jī)。
4)袋式除塵系統(tǒng)的風(fēng)量、阻力等參數(shù)應(yīng)按設(shè)計煤種下的鍋爐最大工況煙氣量來確定。袋式除塵器及其濾袋的選用和設(shè)計應(yīng)同時考慮最高溫度和**溫度的煙氣狀況,要特別注意脫硫后的低溫高濃度的煙氣條件。
5)袋式除塵器宜采用在線清灰,設(shè)備阻力宜控制在1000~1300Pa。脫硫系統(tǒng)袋式除塵器人口煙氣含塵濃度高,設(shè)備阻力可控制在1400~1800Pa。
6)袋式除塵器應(yīng)采用若干獨(dú)立的倉室并聯(lián)結(jié)構(gòu)。過濾倉室的進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)可自動和手動操作的煙道擋板閥,漏風(fēng)率應(yīng)小于2%,進(jìn)口煙道擋板閥應(yīng)有防磨措施。煙道擋板閥應(yīng)設(shè)檢修門,檢修門應(yīng)具有保溫功能。
7)當(dāng)除塵系統(tǒng)設(shè)旁路煙道時,只能在鍋爐用燃油點(diǎn)火、煙溫異常、“四管”爆裂等特殊狀況下使用。旁路閥泄漏率應(yīng)為零,開啟時間應(yīng)小于30s。旁路煙道煙氣流速可按40~50m/s選取。應(yīng)防止旁路閥積灰堵塞。
8)對于改造項目的風(fēng)機(jī)選擇:一般情況下,袋式除塵器設(shè)備阻力可按1800Pa選??;有脫硫時,袋式除塵器設(shè)備阻力可按2100Pa選取。
9)電除塵器(或其他除塵器)改為袋式除塵器時,應(yīng)對原引風(fēng)機(jī)和電機(jī)的出力按新的風(fēng)量、全壓和功率進(jìn)行校核。必要時,應(yīng)對引風(fēng)機(jī)和電機(jī)進(jìn)行更換或改造。
4.工程實例
【常源機(jī)械實例】某電廠新建2×200Mw機(jī)組。
1)鍋爐參數(shù)
①鍋爐型式:超高壓、一次再熱自然循環(huán)煤粉鍋爐;
②最大連續(xù)蒸發(fā)量:6。70t/h;
③鍋爐燃煤量(BMCR工況):設(shè)計煤種:100.512t/h;校核煤種:111.157t/h;
④空氣預(yù)熱器型式:三分倉容克式;設(shè)計空氣過剩系數(shù)(空預(yù)器出口):1.45。
⑤專除灰型式:氣力干輸灰(正壓);
⑥引風(fēng)機(jī)型式:雙吸離心式風(fēng)機(jī);
⑦磨煤機(jī)型式:MPS170(39t/h)中速磨。
2)燃料
①原煤參數(shù)
設(shè)計煤種:煙煤(渤海灣老石旦煤礦、準(zhǔn)格爾煤田)。
校核煤種:煙煤(準(zhǔn)格爾小窯混煤)。
燃煤的工業(yè)分析、元素分析及灰分成份分析結(jié)果分別見表5、表6和表7。
表5燃煤工業(yè)分析
名稱 符號 設(shè)計煤種 校核煤種
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
干燥無灰基揮發(fā)分(%) Vdaf 33.4~36 33.4~39.5
低位發(fā)熱量/(kJ/kg) Qnet.ar 21020 19007
表6燃煤元素分析
名稱 符號 設(shè)計煤種 校核煤種
接收基碳(%) Car 55.42 50.33
接收基氫(%) 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
哈氏可磨系數(shù)(%) HGI 60 60
 灰熔點(diǎn)/℃ DT >1500 1300
ST >1500 1400
Pr >1500 1500
表7灰分成分分析
項目 符號 設(shè)計煤種 校核煤種
二氧化硅(%) SiO2 42.83 47
三氧化二鋁(%) A12O3 47.7l 41.14
三氧化二鐵(%) Fe2O3 4.12 4.02
氧化鈣(%) CaO 1.6 2.15
氧化鎂(%) MgO 1.24 0.75
氧化鈉(%) Na2O 0.01 0.91
氧化鉀(%) K2O 0.1 0.44
三氧化硫(%) SO3 1.27 1.16
二氧化鈦(%) TiO2 0.6 1.49
五氧化二磷(%) P2O5 0.44 1.36
       
②燃油參數(shù):
a.油種:輕柴油;
b.恩氏黏度(20℃):1.15~1.670E:
c.灰分:Ay≤0.025%:
d.凝固點(diǎn):0~20℃:
e.低位發(fā)熱值:QrDw=41840kJ/kg;
f.含硫量:≤0.8%。
3)袋式除塵器:每機(jī)組配一套袋式除塵器,型式為回轉(zhuǎn)管低壓脈沖袋式除塵器。
每套除塵器分為4個倉室,共計8個單元。每單元設(shè)濾袋1000條,按同心圓布置。濾袋斷面為扁圓形,當(dāng)量直徑咖127mm,長度8m。每條袋的過濾面積為3.2m2,每臺除塵器共有濾袋8000條,過濾面積為25600m。
每臺除塵器在花板上留有448個袋孑L,以蓋板封閉,作為備用。
除塵器每一倉室的入口和出口各設(shè)一個百葉窗式擋板門。在除塵器前后分別設(shè)置聯(lián)箱。設(shè)50%煙氣量的旁路系統(tǒng)和零泄漏的關(guān)斷門。
在袋式除塵器入口處裝有氣流分配隔板和撞擊緩沖板,以保護(hù)濾袋免受飛灰的沖擊磨損。較低的人口流速可促進(jìn)粗顆粒的預(yù)分離(沉淀),也有利于含塵煙氣在各濾袋束之問的均勻分配。
花板上方的潔凈室有照明裝置。換袋和檢修時,先關(guān)閉倉室的進(jìn)、出口的擋板門,開啟專門的通風(fēng)孔,自然通風(fēng)換氣降溫后人再進(jìn)入工作。
濾袋材質(zhì)采用PPS+P84針刺氈,單重580g,/m。。為了延長濾袋使用壽命,運(yùn)行制度規(guī)定:煙氣含氧量不超過10%、且無過量的二氧化氮或溴,在設(shè)計煙氣流量下,最高運(yùn)行溫度為170℃;當(dāng)煙氣流量超過設(shè)計值,但最大不超過1840000m3/h和(或)運(yùn)行溫度最高為180℃:的情況下,運(yùn)行時間每年累計不超過100h。
除塵器的清灰控制由PLC執(zhí)行。PLC監(jiān)測花板上、下(即濾袋內(nèi)外)的壓差,并發(fā)出清灰指令。設(shè)有慢速、正常和快速三種清灰制度(見表8),以保證濾袋具有**的阻力。在鍋爐燃油期間,袋式除塵器不進(jìn)行清灰。
表8三種清灰制度
設(shè)定壓差/kPa 清灰制度 脈沖時間/ms 脈沖間隔/s
0.70~1.00 緩慢清灰  200 60~300
1.01~1.50 中速清灰 10~60
>1.51 快速清灰 5
除塵器的總體布置如圖1所示。袋式除塵器主要規(guī)格和參數(shù)見表9。
袋式除塵器總體布置
圖1袋式除塵器總體布置
1-旁路煙道閥2-煙氣進(jìn)口聯(lián)箱3-緊急噴霧裝置A4-緊急噴霧裝置B
5-預(yù)涂灰管6-進(jìn)口煙氣擋板閥7-袋式除塵器倉室8-過濾單元
9-出口煙氣擋板閥10-炯?xì)獬隹诼?lián)箱11-引風(fēng)機(jī)12-煙囪
表9袋式除塵器主要規(guī)格和參數(shù)(按1臺爐計)
名稱 參數(shù)
鍋爐容量/(t/h) 670
處理煙氣量/(m3/h) 1738000
煙氣溫度/℃ 140
設(shè)備型號 回轉(zhuǎn)管低壓脈沖袋式除塵器
倉室數(shù)/間 4
過濾單元數(shù)/個 8
濾袋材質(zhì) PPS+P84
濾袋尺寸(直徑×長度)/mm φ127(當(dāng)量直徑)×8000
濾袋數(shù)量/條 8000
過濾面積/m2 25600
過濾速度/(m/min) 正常(按140℃):1.13
最大(按165℃):1.19
進(jìn)口含塵濃度/(g/m3)(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)) 25~30
出口排放濃度/(mg/m3)(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)) <50
設(shè)備總阻力/Pa <2100
本體漏風(fēng)率 <1.5%
殼體設(shè)計壓力/Pa 靜態(tài)+5000,-6000
   
4)運(yùn)行效果:兩個機(jī)組中的1#爐于2001年12月正式投運(yùn),2#爐于2002年8月正式投運(yùn)。在1#爐袋式除塵器調(diào)試期間,兩次出現(xiàn)煙氣溫度異常。一次是鍋爐A側(cè)空預(yù)器卡塞,造成A側(cè)煙氣溫度迅速上升,達(dá)到200℃。另一次是鍋爐A側(cè)省煤器泄漏,造成A側(cè)煙氣溫度迅速下降。由于處理及時,對濾袋沒有造成明顯的損壞。
在正常情況下,煙塵排放濃度為14~25mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。有時因為旁路擋板門不嚴(yán),導(dǎo)致少量漏塵。
**批PPS+P84針刺氈濾袋由國外企業(yè)提供,運(yùn)行至25000h開始出現(xiàn)破損。整體更換濾袋后,濾袋壽命縮短。據(jù)一些專家分析,這與煤質(zhì)變化導(dǎo)致的露點(diǎn)溫度提高,有時存在結(jié)露而產(chǎn)生的酸腐蝕有關(guān)。
花板上、下的阻力(即濾袋阻力)在運(yùn)行初期設(shè)定為900Pa,后調(diào)整為1200Pa,滿負(fù)荷時為1300Pa。
兩臺除塵器耗氣量為5500m3/h。

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