胡佩英

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖364000)

電袋復(fù)合除塵器設(shè)計若干問題的探討

胡佩英

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖364000)

介紹了電袋復(fù)合除塵器設(shè)計過程中煙氣量的核實方法、電區(qū)與袋區(qū)分級效率的確定原則、電區(qū)與袋區(qū)主要技術(shù)參數(shù)的確定方法、濾料選取、氣流分布要求等內(nèi)容，對電袋復(fù)合除塵器的選擇與設(shè)計具有一定的參考作用。

電袋復(fù)合除塵器;氣流分布;濾袋

0 引言

電袋復(fù)合除塵器是在吸取了電除塵和袋式除塵機理的優(yōu)點和克服其缺點而開發(fā)的一種新型除塵裝置。近年來，由于其具有高效減排的突出優(yōu)點，受到廣大用戶的青睞。采用電袋復(fù)合除塵器可滿足新標準的要求，一般能達到煙塵排放濃度＜30mg/m3的性能，在需要低排放地區(qū)可做到＜20mg/m3，甚至＜10mg/m3，試驗和現(xiàn)場測定表明，其捕集PM2.5的性能優(yōu)于電除塵器和袋式除塵器［1］，捕集效率可達96%以上，在除塵裝置內(nèi)加入脫汞劑，還可以進行煙氣協(xié)同脫汞工作［2］，因此，電袋復(fù)合除塵器是一種綜合性能優(yōu)良的新型除塵裝置。

據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2014年3月，全國已制造了690多套電袋復(fù)合除塵器，其中已有400多套投入使用，火電廠有2臺1000MW、41臺600MW、120多臺300MW的機組投入使用。實踐表明，電袋復(fù)合除塵器可以長期、穩(wěn)定的達到煙塵低排放(＜30mg/m3)要求，不受溫度、煙氣量、煤質(zhì)等波動的影響。只要濾料選擇合理，袋區(qū)的濾袋壽命可保持在4年以上，完全滿足鍋爐大修周期的要求。

1 設(shè)計資料的收集

設(shè)計資料的準確性將影響到設(shè)備的投資費用和使用性能。對于改造項目應(yīng)盡可能委托有檢測資質(zhì)的單位進行現(xiàn)場測定，取得較為符合現(xiàn)場條件的一些數(shù)據(jù)作為設(shè)計依據(jù)。

1.1 設(shè)計資料

(1)設(shè)備使用地的氣象資料(風(fēng)載、大氣壓、最低溫度)、地震烈度等;

(2)鍋爐型式、容量、工藝流程(至少鍋爐出口至煙囪出口)，注意脫硫、脫硝系統(tǒng)對除塵器影響;

(3)煤質(zhì)資料，包括工業(yè)分析、元素分析和燃煤量;

(4)煤灰化學(xué)成份、比電阻、粒徑分布;

(5)用戶對除塵器的要求，包括煙氣量、煙氣溫度、入口煙氣粉塵濃度、出口煙氣粉塵濃度、負壓以及設(shè)備的一些要求。

設(shè)計時一般需對用戶提出的煙氣量進行校核，如果煙氣量不正確，應(yīng)及時與用戶聯(lián)系。

1.2 實例

下面以某電廠1臺新建350MW機組為例，說明除塵器設(shè)計所需資料與煙氣量校核［3］。

設(shè)備使用地平均氣壓89000Pa，最低氣溫為14.2℃，最大風(fēng)速20m/s，地震烈度Ⅵ。鍋爐型式:亞臨界循環(huán)流化床汽包爐;采用石灰石－石膏濕法脫硫，一爐一塔，不設(shè)GGH，增壓風(fēng)機與引風(fēng)機合并。煤質(zhì)資料:耗煤量232t/h，燃煤為原煤和煤矸石的混合燃料，煤質(zhì)分析結(jié)果見表1，灰成分分析結(jié)果見表2。

表1 煤質(zhì)分析

表2 灰成分分析結(jié)果%

該350MW機組工況煙氣量為238×104m3/h;溫度150℃;入口煙塵濃度35g/m3(標干態(tài)，6%煙氣含氧);用戶要求出口煙塵濃度20mg/m3。

理論燃燒所需空氣量:

理論煙氣量:

實際煙氣量:V=V0+(α－1)V02

式中:α為過剩空氣系數(shù)，根據(jù)用戶提供煙氣量及資料，大部分都按1.3考慮。

經(jīng)校核，煙氣量為231×104m3/h，正確。

2 氣路形式的確定

電袋復(fù)合除塵器可采用立式或臥式兩種形式。圖1是立式的結(jié)構(gòu)形式，煙氣從除塵器下部的灰斗引入，先進入電場區(qū)由下而上流動，電場區(qū)兩極設(shè)有振打清灰裝置，在極板上的積灰經(jīng)振打落入下部灰斗。經(jīng)初步凈化的煙氣向上進入濾袋區(qū)，煙氣的過濾采用外濾式，煙氣從濾袋的外表面進入濾袋內(nèi)腔，且將粉塵阻留在外表面，凈煙氣從濾袋內(nèi)腔排出，進入上部的凈氣室，然后從出氣口排出。這種型式的電袋復(fù)合除塵器能充分利用除塵器內(nèi)部空間，結(jié)構(gòu)緊湊、鋼材消耗小。

圖1立式電袋復(fù)合除塵器

圖2 是臥式電袋復(fù)合除塵器的結(jié)構(gòu)形式。煙氣從左端引入，經(jīng)喇叭口和氣流分布板進入電場區(qū)，在電場區(qū)初步除塵凈化，除塵效率約80%～90%，未被去除的粉塵流入后端的濾袋區(qū)，粉塵被阻留在濾袋外表面，凈煙氣從濾袋內(nèi)腔進入上部的凈氣室，然后經(jīng)提升閥進入排氣管排出。

圖2 臥式電袋復(fù)合除塵器

由于臥式較易保證電區(qū)和袋區(qū)的氣流分布均勻，所以臥式是目前廣泛使用的一種形式。

在臥式電袋復(fù)合除塵器中，按其結(jié)構(gòu)形式中又可分為中間進氣、出氣(分室結(jié)構(gòu))(圖3a)，中間進氣、出氣(直通式結(jié)構(gòu))(圖3b)，中間進氣、側(cè)出氣(圖3c)等三種。

究竟選取那一種，要根據(jù)用戶要求、投資高低和占地面積進行比較后確定，本設(shè)計考慮投資少，占地面積小，響應(yīng)國家印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014年－2020年)》的規(guī)定:新建燃煤發(fā)電機組不得設(shè)置煙氣旁路通道，通常采用中間進氣、出氣(直通式結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)形式。

圖3 臥式電袋復(fù)合除塵器三種結(jié)構(gòu)形式示意

3 電區(qū)和袋區(qū)分級效率的確定［4］

除塵器的設(shè)計目標是在一定工作條件下(包括煙氣量、煙氣溫度、煙氣成分、粉塵的化學(xué)組成、電氣性能、含塵濃度、工作負壓等)，能長期、穩(wěn)定地滿足規(guī)定的煙塵排放濃度和較小阻力要求。此外，還應(yīng)有較低的一次設(shè)備投資、占地面積小和維護工作少、維修費用低等性能。

電區(qū)、袋區(qū)的分級效率確定主要考慮設(shè)備的一次投資，設(shè)備的總效率:

式中:η電、η袋分別為電區(qū)和袋區(qū)的除塵效率。

通過試驗研究，對大多數(shù)粉塵，當袋區(qū)的粉塵濃度＜5g/m3時，其過濾風(fēng)速與阻力的關(guān)系成直線且斜率很低，如圖4。

圖4 過濾風(fēng)速與壓差的關(guān)系

因此，電區(qū)所需的極板比表面積:

該電場區(qū)可采用雙列、雙室，每室27個通道，同極距400mm，極板有效高15m，電場長選用12塊BE板(即電場長度5.448m)。則極板收塵面積為17652m2，則:f電=26.7m2/m3/s＞26.08m2/m3/s。

袋區(qū)所需的過濾面積:

式中:Q煙氣量，m3/h;V過濾風(fēng)速，取1.2m/min; A袋=33055m2。

袋區(qū)可采用4個通道，兩側(cè)噴吹，每側(cè)57個3″閥，每上閥噴吹18條濾袋，濾袋規(guī)格為Φ160× 8000。計算得A袋=33006m2≈33055m2。

4 電區(qū)和袋區(qū)的主要技術(shù)參數(shù)

4.1 電區(qū)的主要技術(shù)參數(shù)

電區(qū)的技術(shù)參數(shù)包括:電場風(fēng)速、電場比表面積的確定、高壓電源型式和容量的計算。在電除塵器設(shè)計時，為了降低末電場粉塵的二次飛揚，除塵器設(shè)計時正常都選取0.7～1.0m/s的電場風(fēng)速，但電袋除塵器后端是袋區(qū)，所以可選取1.0～1.3m/s的電場風(fēng)速。電場的同極間距宜選取400mm，極板宜用C型極板，為使電區(qū)的粉塵有較好的荷電功能，電暈極宜用放電性能較強的長芒刺電暈電極。

4.2 袋區(qū)的主要技術(shù)參數(shù)

袋區(qū)的主要技術(shù)參數(shù)包括濾袋的直徑和長度，脈沖閥的規(guī)格和噴吹能力、噴吹壓力和周期的選擇等。濾袋多采用行列矩形布置，濾袋常用圓形濾袋，考慮到清灰效果，長度一般?。?m，個別需要時可取至9.5m。清灰方式宜選用行定位噴吹，清灰采用淹沒式脈沖閥。噴吹需采用純凈壓縮空氣，噴吹壓力為0.25～0.4MPa，噴吹周期可在15～30min范圍選取。

袋區(qū)應(yīng)能實現(xiàn)在線和離線清灰，有定壓清灰、定時清灰兩種方式，通常采用定時清灰。

5 濾料選取

濾料的品質(zhì)應(yīng)根據(jù)煙氣性質(zhì)進行選取。當煙氣溫度低于160℃時應(yīng)選用PPS，煙氣溫度高于160℃時應(yīng)選用含P84或PTFE纖維的濾料，當煙氣中SOx和NOx較高時應(yīng)選用含PPS和PTFE的混紡纖維，在一般情況下，推薦選用PTFE基布。

6 合理的氣流分布［5－6］

電區(qū)的氣流分布(包括進口氣流分布板)可以采用電除塵器的設(shè)計方法進行，技術(shù)上已經(jīng)很成熟了，袋區(qū)的氣流分布技術(shù)難度大，一般均應(yīng)進行CFD計算，為確保CFD計算時選取的邊界條件正確，有時還應(yīng)進行1∶14的物模對比試驗。

從電區(qū)進入袋區(qū)的氣流一般分三路，即水平進入袋區(qū)下部，然后向上進入袋區(qū);第二路是從袋區(qū)的每一個小分區(qū)間的間隙(有時2～2.5m)側(cè)向進入袋區(qū);第三部分是從正面進入袋區(qū)。必須使各個室的氣流均勻，即室與室的流量偏差＜5%，任一個室內(nèi)濾袋的流量均方根差＜0.25。

以某電廠為例，進行CFD數(shù)值模擬計算:CFD數(shù)值模擬計算的湍流模型采用標準k－ε模型，湍流流場的計算采用有限容積法離散控制方程，算法采用SIMPLE算法，對流項采用二階迎風(fēng)格式，內(nèi)部采用網(wǎng)格劃分技術(shù)，近壁面采用壁面函數(shù)法處理。假定流體是不可壓縮的，作定常流動，整個模擬過程為等溫過程。

按煙氣溫度150℃，煙氣密度0.80kg/m3，煙氣動力粘度系數(shù)2.29×10－5Pa·s，運動粘性系數(shù)為2.66×10－5m2/s。除塵器煙氣流量2386384m3/h，電場風(fēng)速為1.00m/s。

入口邊界條件設(shè)置為速度入口，濾袋表面設(shè)置為多孔跳躍邊界條件，濾袋底面設(shè)置為壁面邊界條件，濾袋出口設(shè)置成內(nèi)部面，出口邊界條件設(shè)為自由出流，壁面采用無滑移邊界條件。

在FLUENT中，分別取各個袋室濾袋出口的流量總和，計算濾袋平均相對流量偏差，結(jié)果見表3。

表3 各袋式流量偏差

從表3可以看出，該項目的相對流量偏差最大值的絕對值在5%的范圍內(nèi)，氣流分布較均勻，滿足要求。

7 結(jié)語

電袋復(fù)合除塵器已在工程上被廣泛應(yīng)用，正確的設(shè)計既能使除塵器滿足對煙塵凈化的要求，又能使阻力低于1000Pa，而且濾袋壽命長，維護工作量少，維護費用低，一次性投資低，占地面積小。隨著電袋復(fù)合除塵技術(shù)的不斷發(fā)展，其優(yōu)越性會越來越明顯，可以認為，電袋復(fù)合除塵技術(shù)是對電除塵技術(shù)的優(yōu)化且是袋除塵技術(shù)的技術(shù)進步。

［1］修海明.電袋復(fù)合除塵器脫除PM2.5效率的探討［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013，(10):46－49.

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［3］王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計手冊(第三版)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010.

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A discussion on some problems of electrostatic－fabric integrated precipitator design

It introduces some issues in the design process of electrostatic－fabric integrated precipitator，including verification methods of flue gas volume，determination principles of electric filed area and fabric area classification efficiency，the method for determining main technical parameters of electric field area and fabric area，filter selection，air distribution requirements and other contents，which will have a great reference role for the selection and design of electrostatic－fabric integrated precipitator.

electrostatic－fabric integrated precipitator;air distribution;filter bags

X701.2

B

1674－8069(2015)01－028－04

2014-11-29;

:2014-12-21

胡佩英(1974-)，女，助理工程師，主要從事電袋、布袋除塵技術(shù)設(shè)計與研究。E－mail:13950812589@139.com