燃煤鍋爐除塵改造方案的設計研究

王曉琴

（同煤集團云崗礦企劃科，山西 大同 037017）

當前袋式除塵器具有除塵效率高的優勢，從而使得燃煤鍋爐項目都需要對靜電除塵器進行改造升級，從而實現低排放目標。本文主要是對同煤礦云崗礦燃煤鍋爐電除塵器的改造工程進行具體的案例研究。

1 燃煤鍋爐除塵改造項目背景

1.1 項目背景

云崗礦單位鍋爐房現在4臺20t/h的燃煤鍋爐，其以往采用的是三電場管極式電除塵器，設計的靜電除塵設施煙塵排放濃度為100mg/m3。當前隨著靜電除塵設備的使用，設備發生的腐蝕和疲勞破壞慢慢降低了電除塵器的排放效果，導致了粉塵排放濃度的嚴重超標。當前國家環保部對于燃煤鍋爐的煙塵排放濃度制定了嚴格的排放標準，并要求各單位嚴格執行。因此，對單位的燃煤鍋爐除塵設備進行改造就勢在必行了。

1.2 改造前除塵器的運行現狀

單位鍋爐燃燒的是本礦生產的煤種，因靜電除塵裝置故障及老化，其除塵效果不佳。經檢測鍋爐尾部的煙塵的濃度在180mg/m3左右，大大超過了環保排放標準。經過對靜電除塵裝置及情況的全面檢查，還存在著以下問題：（1）極板積灰情況嚴重；（2）靜電除塵裝置整個陽極排、陰極線磨損、銹蝕、松動嚴重，需要進行設備的更新；（3）設備陰極毛刺線脫落，陰極大小框架變形；（4）陽極板承振砧鐵、陰極撞擊桿斷裂脫落；（5）風機能力偏小，鍋爐存在帶滿負荷風量不夠的現象。針對以上的種種問題，更加需要對當前的靜電除塵裝置進行改造。

2 電袋復合除塵器的工作原理及性能分析

為解決云崗礦單位鍋爐房燃煤鍋爐的除塵問題，保障除塵器的穩定工作，排放量達到國家環保要求，對當前的靜電除塵器改造升級為袋式除塵器。下面對云崗礦燃煤鍋爐靜電除塵器改造為袋式除塵器的工作原理和性能進行分析。

2.1 袋式除塵器工作原理

圖1 袋式除塵器內部結構示意圖

如圖1所示是袋式除塵器內部結構示意圖，含有粉塵的煙氣從喇叭口進入除塵器，穿過氣流分布板進入除塵室，經過懸掛在花板上的濾袋過濾，煙氣穿過花板進入凈氣煙道，通過凈氣出口離開除塵器。決定袋式除塵器正常工作的重要條件之一，是保證濾袋區的風速均勻，其最高風速必須限制在一定范圍內，否則將導致濾袋的磨損，縮短除塵器的使用壽命。目前一臺大型袋式除塵器體積龐大，內部需要懸掛數千條濾袋，設計時如何掌握濾袋區的風速分布并控制在合理范圍內是一件較為困難的事，而計算機數值模擬技術為大型袋式除塵器內流場的調節與優化提供了非常有效的手段和工具。

2.2 袋式除塵器工作模型

圖2 模擬的袋式除塵器結構示意圖

圖2 是一個模擬大型袋式除塵器結構示意圖，該除塵器原來為電除塵，現改為袋式除塵，需要通過數值模擬考察和調節其內部流場，以滿足袋式除塵的需要。已知條件為袋式除塵器的結構尺寸、濾袋特性參數和入口煙氣的物性條件，包括風速、煙氣溫度、含灰量等。建模時將氣固兩相分開，分別用歐拉方法建立氣相場的數學模型并用拉格朗日方法建立離散顆粒場的數學模型，對離散顆粒場的模擬主要是為了能夠將數值模擬結果制成動畫，以直觀、動態地了解除塵器內的煙氣流動情況。描述袋式除塵器內三維氣相流場的主要數學模型包括連續性方程、動量守恒方程和k-ε雙方程湍流模型，并利用FLUENT軟件系統進行求解。采用硬球模型描述離散顆粒場內顆粒的相互作用，運用蒙特卡洛方法擴大所模擬的顆粒量。按照除塵器實際尺寸進行數值模擬，以提高數值模擬結果的準確性，采用6核雙CPU工作站進行模擬計算。

3 燃煤鍋爐除塵改造方案的關鍵設計

針對單位燃煤鍋爐的具體情況，將原來的靜電除塵器改造成脈沖袋式除塵器。其基本的改造原則應該是需要對原來的靜電除塵器的充分利用，包括其基礎設備、殼體以及輸灰裝置，降低改造的資金投入。事先對靜電除塵系統進行分析、計算，讓改造后的袋式除塵器對煙氣的排放標準濃度控制在30mg/m3以下。改造方案的關鍵設計問題如下敘述。

3.1 過濾速度與氣流上升速度的確定

過濾速度決定著袋式除塵器設備的規格和濾料，是非常關鍵的技術參數。一般考慮的因素為含塵煙氣的濃度、特點、化學性質和濾料特點。從以往的設計經驗來看，過濾速度的范圍一般控制在0.5 ～2m/min，對于含塵濃度高、粉塵粒徑小、溫度高、濕度大的煙氣采用較低的過濾速度。結合設計經驗以及燃煤鍋爐排放的粉塵情況，過濾速度選擇在≤1m/min比較合適。對于除塵器內煙氣氣流的上升速度也需要進行合理的控制，否則會對濾袋的磨損影響非常大，同時也會加大設備的運行阻力。當前對于本次改造方案中的氣流上升速度≤100m/min。

3.2 噴吹壓力的確定

本次改造方案采用的是脈沖袋式除塵模式，其清灰工作主要是由脈沖閥來完成的。噴吹壓力的大小直接影響到除塵器的除塵效果，所以必須做好噴吹壓力的確定，一般其需要考慮到煙氣的溫度、濕度、粒徑等物理和化學性能，另外也需要考慮到濾料的材質、耐磨性、抗折性等來合理選擇。當前若選擇用直角脈沖閥則噴吹壓力應＞0.5MPa；選用淹沒式脈沖閥噴吹壓力可以＜0.3MPa。這個要具體的供給壓力時，選擇合理的電磁脈沖閥就能進行實現。

3.3 離線清灰裝置的確定

清灰方式的確定需要根據煙氣的特點和整個除塵系統的工藝條件來確定。對于難以捕集的微細粉塵一般采用離線清灰方式，在線清灰每次只能噴吹某一排的濾袋，因此對處理風量較小的除塵器不宜采用離線清灰。靜電除塵器改造成袋式除塵器一般都采用低壓長袋，而且采用管式噴吹方式。

3.4 煙氣進氣方式的確定

煙氣進氣方式分上進氣、下進氣和側進氣三種。上進氣的優點為濾袋壓力損失小，缺點為氣流有滯留現象，容易產生結露。下進風的優點為粉塵直接沉降到灰斗內減小了濾袋的負荷，且利于濾袋的張緊，缺點在于容易讓粉塵產生二次飛揚。側進風的優點在于氣流通過均布板直接進入濾袋室，縮短了氣流的行程，氣流分布也很均勻，系統的阻力大大降低。

綜合比較分析，本次改造方案中采用側進氣方式較為合理。

另外，原來除塵裝置中的引風機富余量不足，無法達到工作需要，需要加以更換或改造。根據具體的情況，可以對原來的的y4-73引風機進行改造升級提高其工作能力。改造方式為改造葉輪提高壓頭到4860Pa，相對其實際的工作壓力只高1192Pa，另外還需要對其壓頭、功率進行相應的換型升級。

4 改造項目安裝施工過程與監理

整個項目的改造安裝施工內容為：拆除原電場內外頂蓋與全部內件，將其空間改為布置濾袋。保留利用原電除塵的梁、混凝土和灰斗部分，拆除原殼體側墻并保留4根寬立柱，在其上架設凈氣室與雨棚。拆除進出口封頭上部封板，下部中間底梁圈筋與封頭處開檢修通道兼通風口。拆除全部保溫并更換。更換灰斗全部蒸汽加熱，根據圖紙要求增加灰斗角襯板。更換進出口軟性膨脹節。需重新布置袋區電控系統。該改造工程共有2臺除塵器，每2臺布袋除塵共用1套配電柜，安裝在除塵配電間。

改造安裝施工工程質量監控的關鍵點包括以下內容：（1）除塵器零部件及構件及設備的質量問題檢查，設備安裝的位置與尺寸檢查；（2）引風機、煙道、除塵器本體的檢查；（3）平臺梯子欄桿、配套電儀、配套管線的質量檢查；（4）防腐油漆工程和保溫絕熱工程的質量檢查；（5）單體調試及單機試車的方案和過程質量檢查。

5 總結

袋式除塵器是使含塵氣體通過濾布，將粉塵從氣流中分離出來的一種除塵器，當前袋式除塵器多用于燃煤鍋爐煙氣的除塵當中。以往燃煤鍋爐的靜電除塵裝置效果不佳，需進行改造升級。本文主要是對云崗礦燃煤鍋爐電除塵器的改造工程進行具體的案例研究，針對具體的工程背景，對改造前除塵器運行狀態及相關工藝參數進行分析，希望可以對其他燃煤鍋爐的袋式除塵器的改造提供參考。