处理高浓度粉尘的除尘器的选择

http://www.paper.edu.cn 处理高浓度粉尘的除尘器的选择 周景伟 汪莉 宋存义 郝继锋 北京科技大学 (100083) zhoujw1014@163.com 摘 要 密相干塔烟气脱硫工艺是一种半干法烟气脱硫工艺，布袋除尘器应用在半干法烟气 脱硫工艺中，在国内还不是很广泛。本文通过对布袋除尘器和静电除尘器的技术经济比较， 说明布袋除尘器优于静电除尘器，并通过中试验证布袋除尘器在此工艺中的适用性。 关键词 密相干塔烟气脱硫工艺 布袋除尘器 静电除尘器 选择 比较 1. 密相干塔烟气脱硫工艺概述 密相干塔烟气脱硫技术密相干塔烟气脱硫工艺是由北京科技大学环境工程中心联合德 国福汉燃烧技术股份有限公司开发的一种先进的脱硫工艺。它属于半干法烟气脱硫技术，具 有脱硫效率高、无废水产生，而且工艺流程简单、投资运行费用低、占地面积小、运行可靠 等优点。 该工艺的基本原理是利用干粉状的钙基吸收剂（常用石灰）在加湿器内进行增湿消化后， 进入密相干塔塔内与塔内下行的含二氧化硫烟气进行反应，反应产物是不断循环利用的，吸 收剂的有效利用率高达 98%以上。最终产物排出灰仓后由气力输送装置外送。 密相干塔烟气脱硫系统，由脱硫剂的消化增湿系统、密相干塔、烟气系统、脱硫剂再循 环系统、空气系统、给水系统、副产物处理系统以及控制系统等几个部分组成，其工艺流程 如图 1 所示。 清洁烟气 原烟气 静电除尘器 密相干塔 除尘器 原料水 物料循环 废料排出 图 1 密相干塔烟气脱硫工艺流程示意图 2. 密相干塔烟气脱硫工艺对除尘器的要求 在密相干塔烟气脱硫工艺中，除尘器是将从密相干塔出来的灰分截留下来进行再循环， - 1 - http://www.paper.edu.cn 保证整个系统的正常运转，同时又可以起到二次脱硫的目的。从密相干塔出来的是干燥的粉 末，除了有进入脱硫塔烟气中未处理的飞灰以外，还有从脱硫塔中过来的硫酸钙、亚硫酸钙、 以及过剩的氢氧化钙。 1 脱硫循环灰粒径分布表 编号 粒径μm 累积％ 区间％ 编号 粒径μm 累积％ 区间％ 1 ＜1.0 0.97 0.97 6 11.0 84.30 7.48 2 3.0 27.16 26.19 7 13.0 89.27 4.97 3 5.0 49.52 22.37 8 15.0 92.63 3.36 4 7.0 65.65 16.12 9 17.0 94.98 2.35 5 9.0 76.82 11.17 10 ＞19.0 100 5.02 在密相干塔烟气脱硫系统中，进入后续除尘器的粉尘量很大，可以达到 500～1000g/m3。 通过除尘器后的烟气含尘浓度要求达到国家排放标准，一般低于 50mg/m3，且灰尘粒径分布 不一，见表 1；粉尘的含水率一般在 1％～3％之间，具有很好的流动性；粉尘成分复杂，其 中钙的化合物含量高，比电阻值较高，约可达 1012-1013Ω·cm。因此，对除尘器的要求就更 加严格，既要保证脱硫系统的正常运转，又要满足除尘器处理如此高浓度粉尘时的出口浓度 达到国家排放标准，同时还要具有一定的经济性。 3. 除尘器的选择 近年来，国内外除尘技术得到了迅猛的发展，遍布各个行业。但应用在干法、半干法烟 气脱硫工艺中的除尘器主要有布袋除尘器和静电除尘器。对于密相干塔烟气脱硫工艺选择一 种比较适合的除尘器是非常重要的。 3.1 布袋除尘器和静电除尘器的比较 3.1.1布袋除尘器和静电除尘器的技术性能比较 布袋除尘器和静电除尘器的技术性能比较[1]见表 2。 通过表 2 中的简单比较可以得出，布袋除尘器适合处理各种浓度粉尘 (最高可达 1000g/Nm3 )、低排放 (50mg/Nm3 )的工况；而静电除尘器适合处理浓度不高、低比电阻粉尘、 烟气出口浓度要求不是很高的工况。使用布袋除尘器比使用静电除尘器处理高浓度粉尘在技 术上有一定的优势。根据实际情况，静电除尘器对于处理较高浓度的粉尘，在运行了几年之 后，其除尘效率一般都要低于除尘效率，使得出口粉尘浓度比设计的出口粉尘浓度大， 而使得烟气排放不一定能达标。 表 2 布袋除尘器与静电除尘器技术性能比较表 项 目 布袋除尘器 静电除尘器 - 2 - http://www.paper.edu.cn 性 能 对 比 1.除尘效率≥99.99%,可以保证粉尘排放浓度在 50mg/Nm3 以下。 2.处理粉尘不受浓度的限制，且粉尘不受比电阻值影响， 适合于任何粒径分布的粉尘。 3.性能稳定可靠，对负荷变化适应性好。 4.袋式除尘器的技术已成熟，布袋滤布的质量已过关，能 适应各种工况的使用。 5.运行全部由 PLC 控制，操作维护人员的劳动强度较低。 6.具备离线检修功能。 7.设备的阻力较大，压力损失 1000~1500 Pa。 8.用于净化含有油雾、水雾及粘结性强的粉尘时对滤料有 相应要求。 9.用于处理高温烟气需要采取降温措施 1.除尘效率可达 99 %以上，但不能保证粉 尘排放浓度在 50 mg/Nm3以下。 2.粉尘浓度高时容易产生电晕封闭 3.粉尘比电阻值对捕集效率影响较大，一般 适合低比电阻值的粉尘。 4.对负荷变化适应性差。 5.对阳极板与芒刺线之间的间距要求很严， 由于温度、风速等原因影响变形、芒刺线脱 落，除尘效率易降低。 6.不具备离线检修功能。 7.低阻，压力损失仅 200~300 Pa。 8.可用于高温 (可高达 500℃ )、高压和高 湿 (相对湿度可达 100%)的场合，能连续运 转。 运 行 可 靠 性 1 .能长期保证 < 50 mg/m3 (标准状态下)的粉尘排放浓度。 不受入口粉尘浓度、比电阻的影响。 2 .滤料的使用寿命达 3年以上。 3 .所有运转设备均设检测报警装置，能在第一时间发现 故障并报警。 投运初期可保持正常运行，并达到预期的除 尘效率。但受入口烟气状况的影响。运行一 段时间后，电极可能发生变形，引起电场变 化，除尘效率因而降低 维 护 1 .故障仓室能单独离线进行维护检修。 2 .故障检修均在机外执行，无须进入除尘器内部 1 .检修时需进入除尘器内部。 2 .除尘器内部完全依靠人力完成检查工 作，检修劳动强度大 3.1.2布袋除尘器和静电除尘器的经济性能比较 对于处理相同条件的烟气，静电除尘器的固定投资大于布袋除尘器，布袋除尘器的运行 费用要比静电除尘器要高，但如果静电除尘器处理高比电阻值的粉尘时，其运行费用和布袋 除尘器的费用差不多[2]。 另外，现在调整新的环境政策，实行对总量排污进行收费。对于静电除尘器，其每年的 排污费用也是一项很大的经济支出。因此说，布袋除尘器和静电除尘器的综合费用相当。 3.1.3布袋除尘器和静电除尘器的性能比较分析 综上所述，从技术和经济方面综合分析，如果采用静电除尘器来处理高浓度的粉尘时， 虽然在今后的运行费用上可能有比较明显的优势，但却在技术上冒着达不到设计除尘效率的 风险，同时达不到国家要求的烟尘排放标准将面临巨额罚款甚至停产的危险。另外在处理高 浓度粉尘上，应用布袋除尘器，其环保效益、社会效益优于静电除尘器，在经济效益上对于 处理高电阻率灰尘，与静电除尘器相当。因此，对于应用在处理高浓度粉尘中，选用布袋除 - 3 - http://www.paper.edu.cn 尘器优于静电除尘器。 3.2 除尘器应用在脱硫系统中的现状分析 随着国家新的环保排放标准的颁布，除尘器能否达到出口排放量≤50 mg/Nm3成为决定 干法、半干法烟气脱硫工艺是否可行的关键。密相干塔烟气脱硫工艺是一种先进的半干法烟 气脱硫工艺。在密相干塔烟气脱硫工艺系统中，除尘器与脱硫工艺密切相关。脱硫系统的温 度、压力、喷水量、脱硫灰的循环控制及脱硫效率等如何达到与除尘系统的最佳结合、系统 运行参数的稳定性及操作维护的及时性等均对除尘效率产生影响。 目前，应用在国内干法、半干法烟气脱硫工艺系统的静电除尘器，还没有出口浓度在 50mg/Nm3以下的投运业绩。国外干法、半干法烟气脱硫工艺系统普遍采用布袋除尘器。布袋 除尘器在我国已有几十年的发展应用史，遍布各个行业。近年来，随着耐高温、耐磨、耐化 学腐蚀、防水、防静电、抗氧化等高性能滤料的出现，拓宽了布袋除尘器的应用场合和空间。 使布袋除尘技术成为一种成熟、稳定、高效的除尘技术。 另外，在干法、半干法烟气脱硫工艺中，应用布袋除尘器还可以起到二次脱硫的目的。 据研究资料表明，一半认为，布袋除尘器对脱硫系统脱硫效率的贡献率为 10％～20％。 Blythe[3]等人中试试验表明：布袋除尘器有显著的脱硫效果。虽然静电除尘器也可以起到一 定的脱硫效果，但相比布袋除尘器，其对整个系统脱硫效率的贡献率要小的多。 3.3 结论 布袋除尘器应用在干法、半干法烟气脱硫系统上，技术上没有问题。同时根据布袋除尘 器和静电除尘器的技术经济性能比较，结合国内干法、半干法脱硫系统的使用情况，可以分 析得出，无论从长远的投资角度看，还是从满足国家越来越严格的环保要求看，采用布袋除 尘器比较合理。 4. 中试验证布袋除尘器的适用性 4.1 试验装置 中试试验在某钢铁公司烧结厂进行。烟气引自烧结厂烧结烟气，除尘系统包括布袋除 尘器、W-0.3/8 型空气压缩机（2.5kW）1 台、0.2m3的储气罐 1 台、SAYF-0.5 型油水分离器 1 台。 布袋除尘器外形为 2500×1800×4800（mm），进出口尺寸为φ350，包括 88 个φ 130×2000（mm）规格滤袋、4 个 3〞淹没式脉冲阀、脉冲仪集成控制箱 1 套。 4.2 试验参数 布袋除尘器处理烟气量为 2000～2500m3/h（80℃），入口烟尘浓度＞300g/Nm3，出口烟 尘浓度≤50mg/Nm3，除尘器设计阻力损失≤1500Pa。 - 4 - http://www.paper.edu.cn 4.3 试验结果 在整个试验过程中，对布袋除尘器的出口粉尘浓度进行了测量，结果如表 3。 表 3 布袋除尘器试验数据表 时间 风量 (Nm3/h) 入口浓度 （g/Nm3） 出口浓度 （mg/Nm3） 除尘效率 （％） 6.13 1669 >300 22.1 >99.99 6.15 1721 >300 13.5 >99.99 6.28 1794 >300 34.1 >99.99 6.29 1734 >300 16.8 >99.99 6.30 1909 >300 8.2 >99.99 试验从 2004 年 11 月到 2005 年 7 月，历时半年多，在脱硫系统中，由于入口浓度达到 300 g/Nm3以上，由于粉尘浓度太高，调节布袋除尘器过滤风速为 0.52m/min。在整个试验过 程中，布袋除尘器运行正常，滤料完好，除尘效率达 99.99％以上，出口浓度控制在 50mg/Nm3 以内，完全满足排放要求，系统压力损失在 900～1200Pa。布袋除尘器的正常运转，保证了 整个脱硫中试的顺利进行。 5. 结论 本文介绍了密相干塔烟气脱硫工艺，及该工艺对除尘器的要求。通过对常用的布袋除尘 器和静电除尘器的技术经济比较，认为布袋除尘器应用在处理高浓度粉尘，且要求低排放的 工况时优于静电除尘器。通过在烧结厂进行的脱硫中试进一步验证了布袋除尘器对于整个工 艺是完全适用的，且能达到很好的除尘效果，各方面参数满足要求。因此，对于密相干塔烟 气脱硫工艺，选择布袋除尘器作为该脱硫系统的除尘设备是合适的。 参考文献 [1] 陈 彬.200MW 机组烟气脱硫系统技术经济比较. 东北电力技术. 2004 年第 12 期 [2] 娄金旗，王晓峰. 布袋除尘器在火力发电厂的应用分析. 电力建设.2002.7:47～49 [3] Blythe et al.EPRI Pilot Testing of SO2 Removal by Calcium Injection Upstream of a Particulate Control Device.Prov Joint Symp.On Dry SO2 and Simultaneous SO2/NOx Control Technol.,Washington D.C.EPA.1986:2,3-1 - 5 - http://www.paper.edu.cn Selection of Precipitator Used in Treating High Concentration of Powder and Dust Zhou Jingwei Wang Li Song Cunyi Hao Jifeng Beijing university of science and technology (100083) Abstract Airtight dry tower flue gas desulphurization technology belongs to half-dry flue gas deculphurization technology.It is not widely used in china that bag precipitator used in half-dry tower flue gas desulphurization technology.The technical and economical comparison of the bag precipitator with the electrostatic precipitator has proved that the bag precipitator is prior to the electrostatic precipitator.Additionally the pilot has proved the applicability of using bag precipitator in this technology. Keywords: Airtight dry tower flue gas desulphurization technology , bag precipitator , electrostatic precipitator , selection , comparison 作者简介：周景伟(1979- )，男，北京科技大学土木与环境工程学院安全技术及工程专业在 读硕士研究生，读研期间主要从事烟气脱硫研究工作。 - 6 - 密相干塔烟气脱硫工艺概述 密相干塔烟气脱硫工艺对除尘器的要求 除尘器的选择 3.1布袋除尘器和静电除尘器的比较 3.1.1布袋除尘器和静电除尘器的技术性能比较 3.1.2布袋除尘器和静电除尘器的经济性能比较 3.1.3布袋除尘器和静电除尘器的性能比较分析 3.2除尘器应用在脱硫系统中的现状分析 3.3结论 中试验证布袋除尘器的适用性 4.1试验装置 4.2试验参数 4.3试验结果 结论 参考文献