燃煤锅炉除尘改造方案的设计研究

王晓琴

（同煤集团云岗矿企划科，山西 大同 037017）

当前袋式除尘器具有除尘效率高的优势，从而使得燃煤锅炉项目都需要对静电除尘器进行改造升级，从而实现低排放目标。本文主要是对同煤矿云岗矿燃煤锅炉电除尘器的改造工程进行具体的案例研究。

1 燃煤锅炉除尘改造项目背景

1.1 项目背景

云岗矿单位锅炉房现在4台20t/h的燃煤锅炉，其以往采用的是三电场管极式电除尘器，设计的静电除尘设施烟尘排放浓度为100mg/m3。当前随着静电除尘设备的使用，设备发生的腐蚀和疲劳破坏慢慢降低了电除尘器的排放效果，导致了粉尘排放浓度的严重超标。当前国家环保部对于燃煤锅炉的烟尘排放浓度制定了严格的排放标准，并要求各单位严格执行。因此，对单位的燃煤锅炉除尘设备进行改造就势在必行了。

1.2 改造前除尘器的运行现状

单位锅炉燃烧的是本矿生产的煤种，因静电除尘装置故障及老化，其除尘效果不佳。经检测锅炉尾部的烟尘的浓度在180mg/m3左右，大大超过了环保排放标准。经过对静电除尘装置及情况的全面检查，还存在着以下问题：（1）极板积灰情况严重；（2）静电除尘装置整个阳极排、阴极线磨损、锈蚀、松动严重，需要进行设备的更新；（3）设备阴极毛刺线脱落，阴极大小框架变形；（4）阳极板承振砧铁、阴极撞击杆断裂脱落；（5）风机能力偏小，锅炉存在带满负荷风量不够的现象。针对以上的种种问题，更加需要对当前的静电除尘装置进行改造。

2 电袋复合除尘器的工作原理及性能分析

为解决云岗矿单位锅炉房燃煤锅炉的除尘问题，保障除尘器的稳定工作，排放量达到国家环保要求，对当前的静电除尘器改造升级为袋式除尘器。下面对云岗矿燃煤锅炉静电除尘器改造为袋式除尘器的工作原理和性能进行分析。

2.1 袋式除尘器工作原理

图1 袋式除尘器内部结构示意图

如图1所示是袋式除尘器内部结构示意图，含有粉尘的烟气从喇叭口进入除尘器，穿过气流分布板进入除尘室，经过悬挂在花板上的滤袋过滤，烟气穿过花板进入净气烟道，通过净气出口离开除尘器。决定袋式除尘器正常工作的重要条件之一，是保证滤袋区的风速均匀，其最高风速必须限制在一定范围内，否则将导致滤袋的磨损，缩短除尘器的使用寿命。目前一台大型袋式除尘器体积庞大，内部需要悬挂数千条滤袋，设计时如何掌握滤袋区的风速分布并控制在合理范围内是一件较为困难的事，而计算机数值模拟技术为大型袋式除尘器内流场的调节与优化提供了非常有效的手段和工具。

2.2 袋式除尘器工作模型

图2 模拟的袋式除尘器结构示意图

图2 是一个模拟大型袋式除尘器结构示意图，该除尘器原来为电除尘，现改为袋式除尘，需要通过数值模拟考察和调节其内部流场，以满足袋式除尘的需要。已知条件为袋式除尘器的结构尺寸、滤袋特性参数和入口烟气的物性条件，包括风速、烟气温度、含灰量等。建模时将气固两相分开，分别用欧拉方法建立气相场的数学模型并用拉格朗日方法建立离散颗粒场的数学模型，对离散颗粒场的模拟主要是为了能够将数值模拟结果制成动画，以直观、动态地了解除尘器内的烟气流动情况。描述袋式除尘器内三维气相流场的主要数学模型包括连续性方程、动量守恒方程和k-ε双方程湍流模型，并利用FLUENT软件系统进行求解。采用硬球模型描述离散颗粒场内颗粒的相互作用，运用蒙特卡洛方法扩大所模拟的颗粒量。按照除尘器实际尺寸进行数值模拟，以提高数值模拟结果的准确性，采用6核双CPU工作站进行模拟计算。

3 燃煤锅炉除尘改造方案的关键设计

针对单位燃煤锅炉的具体情况，将原来的静电除尘器改造成脉冲袋式除尘器。其基本的改造原则应该是需要对原来的静电除尘器的充分利用，包括其基础设备、壳体以及输灰装置，降低改造的资金投入。事先对静电除尘系统进行分析、计算，让改造后的袋式除尘器对烟气的排放标准浓度控制在30mg/m3以下。改造方案的关键设计问题如下叙述。

3.1 过滤速度与气流上升速度的确定

过滤速度决定着袋式除尘器设备的规格和滤料，是非常关键的技术参数。一般考虑的因素为含尘烟气的浓度、特点、化学性质和滤料特点。从以往的设计经验来看，过滤速度的范围一般控制在0.5 ～2m/min，对于含尘浓度高、粉尘粒径小、温度高、湿度大的烟气采用较低的过滤速度。结合设计经验以及燃煤锅炉排放的粉尘情况，过滤速度选择在≤1m/min比较合适。对于除尘器内烟气气流的上升速度也需要进行合理的控制，否则会对滤袋的磨损影响非常大，同时也会加大设备的运行阻力。当前对于本次改造方案中的气流上升速度≤100m/min。

3.2 喷吹压力的确定

本次改造方案采用的是脉冲袋式除尘模式，其清灰工作主要是由脉冲阀来完成的。喷吹压力的大小直接影响到除尘器的除尘效果，所以必须做好喷吹压力的确定，一般其需要考虑到烟气的温度、湿度、粒径等物理和化学性能，另外也需要考虑到滤料的材质、耐磨性、抗折性等来合理选择。当前若选择用直角脉冲阀则喷吹压力应＞0.5MPa；选用淹没式脉冲阀喷吹压力可以＜0.3MPa。这个要具体的供给压力时，选择合理的电磁脉冲阀就能进行实现。

3.3 离线清灰装置的确定

清灰方式的确定需要根据烟气的特点和整个除尘系统的工艺条件来确定。对于难以捕集的微细粉尘一般采用离线清灰方式，在线清灰每次只能喷吹某一排的滤袋，因此对处理风量较小的除尘器不宜采用离线清灰。静电除尘器改造成袋式除尘器一般都采用低压长袋，而且采用管式喷吹方式。

3.4 烟气进气方式的确定

烟气进气方式分上进气、下进气和侧进气三种。上进气的优点为滤袋压力损失小，缺点为气流有滞留现象，容易产生结露。下进风的优点为粉尘直接沉降到灰斗内减小了滤袋的负荷，且利于滤袋的张紧，缺点在于容易让粉尘产生二次飞扬。侧进风的优点在于气流通过均布板直接进入滤袋室，缩短了气流的行程，气流分布也很均匀，系统的阻力大大降低。

综合比较分析，本次改造方案中采用侧进气方式较为合理。

另外，原来除尘装置中的引风机富余量不足，无法达到工作需要，需要加以更换或改造。根据具体的情况，可以对原来的的y4-73引风机进行改造升级提高其工作能力。改造方式为改造叶轮提高压头到4860Pa，相对其实际的工作压力只高1192Pa，另外还需要对其压头、功率进行相应的换型升级。

4 改造项目安装施工过程与监理

整个项目的改造安装施工内容为：拆除原电场内外顶盖与全部内件，将其空间改为布置滤袋。保留利用原电除尘的梁、混凝土和灰斗部分，拆除原壳体侧墙并保留4根宽立柱，在其上架设净气室与雨棚。拆除进出口封头上部封板，下部中间底梁圈筋与封头处开检修通道兼通风口。拆除全部保温并更换。更换灰斗全部蒸汽加热，根据图纸要求增加灰斗角衬板。更换进出口软性膨胀节。需重新布置袋区电控系统。该改造工程共有2台除尘器，每2台布袋除尘共用1套配电柜，安装在除尘配电间。

改造安装施工工程质量监控的关键点包括以下内容：（1）除尘器零部件及构件及设备的质量问题检查，设备安装的位置与尺寸检查；（2）引风机、烟道、除尘器本体的检查；（3）平台梯子栏杆、配套电仪、配套管线的质量检查；（4）防腐油漆工程和保温绝热工程的质量检查；（5）单体调试及单机试车的方案和过程质量检查。

5 总结

袋式除尘器是使含尘气体通过滤布，将粉尘从气流中分离出来的一种除尘器，当前袋式除尘器多用于燃煤锅炉烟气的除尘当中。以往燃煤锅炉的静电除尘装置效果不佳，需进行改造升级。本文主要是对云岗矿燃煤锅炉电除尘器的改造工程进行具体的案例研究，针对具体的工程背景，对改造前除尘器运行状态及相关工艺参数进行分析，希望可以对其他燃煤锅炉的袋式除尘器的改造提供参考。