Transcript 烟气除尘技术
烟气除尘技术 东北电力科学研究院 王 莉 2011年5月20日 1、颗粒污染物的来源 •大气中的颗粒污染物主要来自两个方面： •一是由火山爆发、土壤灰尘、森林火灾等自然污染源所产 生； •二是人为因素造成大气污染的污染源，它主要是来自矿物 燃料的燃烧过程及部分工矿业生产过程中的排放。 颗粒污染物是大气中普遍存在且无恒定化学成分的物质， 有些本身就是有害物质，被人体吸入后危害人体健康。有些 颗粒污染物本身可能无毒，但它能吸附其他气态污染物并发 生一系列反应生成毒性较大的二次污染物，产生一系列负面 影响。 颗粒污染物很容易在大气环流的作用下在全球范围内进 行扩散迁移，使受污染的范围扩大，因此颗粒污染物的危害 是不容忽视的。 2 颗粒污染物的分类 颗粒污染物目前尚没有一个较为明确的分类方法，一般 我们可以根据它们的特性分为粉尘、烟和雾三类。 • 粉尘 粉尘是悬浮在大气中的很小的固体粒子，按照其粒径的大 小又可分为降尘和飘尘两类。降尘是指粒径大于10µm的粒 子，它很容易由于重力作用而沉降下来。粒径小于10µm的 粒子，能长期在大气中漂浮而不会沉降下来，称之为飘尘。 飘尘在整个粉尘中所占的质量百分比很小，但由于它颗粒 很小，可进入人的肺部，故对人类的危害极大。 2 颗粒污染物的分类 •烟 •烟一般是只有各种化学或物理过程——如氧化、冷凝、燃 烧等过程所形成的固体粒子的气溶胶。烟的颗粒总起来说比 粉尘小得多，一般在0.001~1µm之间。它也可能长期存在大 气中而不产生沉降，危害作用也很大。 •雾 •雾是指悬浮在气流中的微小液滴，粒径在200µm以下。它 可能是由于蒸汽的凝结、液体的雾化及化学反应等过程形成 的，如水雾、酸雾、碱雾等。 •工业区和城市上空的大气中含有各种灰尘，它们的成分复 杂，在一定的条件下可能发生光化学反应形成某些二次污染 物，并悬浮在大气中，称之为烟雾，如硫酸雾、硫酸盐雾和 光化学烟雾等。 3 除尘装置的分类及其性能比较 按烟尘分离作用原理，可分为下列四大类： 1）机械式除尘器：利用机械力(重力、惯性力或离心力)净 化含尘气体，包括重力沉降室、惯性除尘器、离心力(旋 风)除尘器等． 2）湿式除尘器：利用含尘气流与水或某种液体表面接触， 使尘粒从气流中分离出来，包括冲击式、泡沫式、文丘里 式等。 3）过滤式除尘器：使含尘气体通过过滤介质将尘粒分离出 来并捕集，包括袋式过滤器、颗粒层除尘器、空气过滤器 等。 4）静电除尘器：利用高压电磁场产生的静电力使尘粒荷电 并从气流中分离出来，包括干式和湿式静电除尘器。 4 除尘装置的性能 （1）处理气体量 • 处理气体量是除尘装置处理气体能力大小的指标，以 体积流量表示(Nm3/s)。 • 如果除尘器的进口气体量为Qi，出口气体量为Qo，则 除尘器处理的气体量， V 1 (Qi Qo ) 2 • 除尘器的漏风率， Qi Qo 100% Qi （2）除尘效率 • 1)总捕集效率:同一时间内除尘装置除去的粉尘量与装置 进口的含尘气体中粉尘量的百分比. • 除尘装置总效率 T Sc S 100% (1 o ) 100% Si Si • Si，So——除尘装置进、出口粉尘流量，(g/s)； • Sc——除尘装置捕集的粉尘量，(g/s)； T (1 co Qo ) 100% ci Qi • 总捕集效率也可表示为 • 换算成标况下含尘气体流量及浓度QiN，QoN，ciN，coN， 总捕集效率， c Q T (1 oN oN ) 100% ciN QiN • 当净化装置严密不漏风且含尘气体浓度不太高时，QiN ＝QoN， c T (1 oN ciN ) 100% • 实际上净化装置经常漏风，若以k表示漏风系数，总捕 集效率 c T (1 oN ciN k ) 100% • 当两台除尘器串联使用时，除尘系统总效率， ηT(1-2)= ηT1+(1-ηT1)ηT2=1-[(1-ηT1)(1-ηT2)] • 当n台除尘器串联使用时， ηT(1-n)=1-[(1-ηT1)(1-ηT2)…(1-ηTn)] ηT1，ηT2，ηTn分别为第一、第二、第n级除尘器的除 尘效率。 • 2）通过率 除尘装置出口粉尘量与进口粉尘量的百分比 So coN QoN P 100% 100% 1 T Si ciN QiN （3）除尘器的压力损失 • 压力损失又称压力降，阻力损失或阻力降。 • 代表装置能耗大小的技术经济指标，指装置的进口和出口 气流全压之差。 • 通常压力损失与装置进口气流的动压成正比，即 p gv2 2 ξ—— 净化装置的压力降系数，它与除尘器的型式、尺 寸和含尘气体的运动状态有关，可根据试验和经验公式来 确定. 5 机械式除尘器 5.1重力沉降室 • 含尘烟气中的尘粒借助本身的重力作用而沉降下来的一种 除尘装置． • 优点:设备简单、投资少、维护容易、阻力损失小，可处 理高温气体； • 缺点:设备庞大、占地面积多，除去40～50μm以上的大颗 粒,除尘效率低，仅为40％～60％。 • 重力沉降室可分为水平气流沉降室和垂直气流沉降室两种。 水平气流沉降室 水平气流沉降室的设计计算 • 计算原理：当含尘气流在沉降室内通过时间t大于尘粒按 其本身的沉降速度下降所需的时间t0时，尘粒即被分离出 来。 • 气流在沉降室内通过时间t(s)为，t = L/v，v为水平流速， 可取0.2-2m/s。 • 尘粒从沉降室顶部落至底部所需的时间图t0(s)为， t0＝H/up，尘粒的沉降速度up可按斯托克斯公式计算 • 满足条件：如果t＞t0，则L/v＞H/up ； • 可计算出沉降室各部分的尺寸：沉降室高度H，长度L，沉 降室宽度B取决于处理气体流量Q，B＝Q/Hv 5.2惯性除尘器 运动气流中接近靶时粒子运动的几种可能情况 惯性除尘器的工作原理：含尘气体冲击在挡板上， 利用烟气流动方向发生急剧改变时，尘粒受惯性力的作用 而从气体中分离并捕集下来的一种装置。 • 惯性除尘装置的构造 1)冲击式:以含尘气体中的粒子冲击挡板来收集较粗的粒 子. 2)反转式:通过改变含尘气体流动方向而来收集较细粒子. 冲击式惯性除尘装置(单级式) 5.3旋风除尘器 • 旋风除尘器也称为离心力除尘器，它是利用含尘气流 作旋转运动时产生的离心力，把尘粒从气体中分离出 来的装置。 • 工作原理： 含尘气体自进风口切向引入，在分离器内作由上向下， 再由下向上的螺旋运动，然后从中心管引出。在上、 下螺旋运动过程中，尘粒与气体发生相对运动被甩向 器壁后顺壁面掉落至灰斗，这样尘粒得以与气体分离。 • 普通旋风除尘器由筒体、锥体、排出管三部分组成。 普通旋风除尘器工作原理与结构图 旋风除尘器的结构 • 1)筒体和锥体，旋风除尘器的主体部分。筒体直径越小， 高度的增加，锥体的增加对尘粒的分离和除尘效率的提高 是有利的。 • 2)含尘烟气进口，有切向和轴向进入两种 • 3)净化气体出口，气体出口管段要求延伸到筒体内部 • 4)除尘器排灰口，对排灰口的要求是排灰要迅速、通畅、 连续、不漏气。 5.4 旋风除尘器的分类 • (1)按性能分 a．高效旋风除尘器，b．高流量旋风除尘器， c．介于上述两者之间的通用旋风除尘器 • (2)按进气方式分 a．切流反转式旋风除尘器 ， b．轴流 式旋风除尘器 • (3)按结构形式分 a．圆筒式， b．旁通式 c．扩散式 d．长锥体式 • (4)按组合形式分 a．串联式旋风除尘 b．并联式旋风除尘器组 旁通式旋风除尘器 扩散式旋风除尘器 旋风除尘器的组合形式 a. 串联式 b．并联式 c.立式多管并联 5.5 旋风除尘器的设计计算 • 1）旋风除尘器的压力损失，主要靠实验确定。压力降一 般为500~2000Pa。 • 2）分割粒径（cut point) d50是反映旋风除尘器除尘性能 的一项重要指标，是指除尘器分级效率为50％的粒子直 径，也叫分离粒度。是分级效率曲线上的重要一点，也 是选择旋风分离器的关键参数。 分离粒度的物理意义，直观地讲可以用来表征一个旋风 分离器所能达到的分离效果。即粒径大小为d50的颗粒经 旋风分离器分离后，有50％ 的颗粒进入气流中带出，另 50％ 进入底流中以固体分离，而大于此粒径的颗粒多半 进入底流，小于此粒径的颗粒多半进入气流。 6 湿式除尘器 • 湿式除尘器是利用水滴或其他液体洗涤含尘气体，使尘粒 被粘附、凝聚进而从气流中分离的除尘装置。 • 湿式除尘器分为低能耗和高能耗两类。 • 低耗能湿式除尘器的压力损失为200～1500Pa； • 高能耗湿式除尘器如文丘里除尘器压力损失范围为2500～ 9000Pa。 6.1 湿式除尘器的原理 • • • • • 1.尘粒与液滴间的惯性碰撞 2.扩散效应 3.粘附作用 4.凝聚作用 惯性碰撞和扩散效应是湿式除尘的主要机理。 液滴的惯性捕尘 6.2 水膜除尘器 • 捕尘原理：利用水膜捕集尘粒 • 常用的水膜除尘器有管式水膜除尘器和旋风水膜除尘器。 1.立式旋风水膜除尘器 (CLS型，麻石旋风水膜除尘器) 2.卧式旋风水膜除尘器 3.管式水膜除尘器 立式旋风水膜除尘器 1-含尘气体入口，2-除尘后气体出口，3-水管 卧式旋风水膜除尘器 1-螺旋导流叶片，2-外筒，3-内筒，4-水槽，5-通道高度 6.3 文丘里除尘器 文丘里洗涤器由文丘里管和脱水装置两部分组成。文丘里 管包括进气管、收缩管、喉管和渐扩管这几部分。 文丘里洗涤器的主要工作原理是惯性碰撞 • 主要湿式除尘装置的性能和操作范围 装置名称 气体流速 （m/s） 液气比 （l/m3） 压力损失 （Pa） 分割直径 （μm） 喷淋塔 0.1－2 2－3 100－500 3.0 填料塔 0.5－1 2－3 1000－2500 1.0 旋风洗涤器 15－45 （300－ 750r/min） 0.5－1.5 1200－1500 1.0 0.7－2 500－1500 0.2 10－20 10－50 0－150 0.2 60－90 0.3－1.5 3000－8000 0.1 转筒洗涤器 冲击式洗涤 器 文丘里洗涤 器 7 过滤式除尘器 • 过滤式除尘器是使含尘气流通过多孔过滤介质将粉尘 分离捕集的装置。 • 1)按滤料种类、结构和用途可分为袋式除尘器、颗粒 层除尘器和空气过滤器。 • 2)根据粉尘粒子在除尘器重被捕获的位置不同可分为 内部过滤和外部过滤两种形式。 • 过滤式除尘器的滤尘机制包括筛滤、惯性碰撞、拦截 作用、扩散作用、静电及重力沉降作用等。 7.1 布袋的除尘机理 1-布袋纤维,2-粉尘,3-惯性碰撞,4-扩散效应,5-截留效应, 6-重力沉降,7-流线 过滤式除尘器的性能 • 1）过滤速度，是影响除尘器性能的主要因素之一。过滤 速度指气体通过滤料的平均速度（也称比负荷）. • 气体过滤速度v=Q/A， Q表示通过滤除尘器的处理气量，(m3/s)； A表示滤料的过滤面积，m2。 • 气体通过过滤层的真实速度vp=v/εp。 εp为粉尘层的平均空隙率，一般为0.8～0.95。 • 2）除尘效率 7.2袋式除尘器 • 含尘气体通过滤袋(也称布袋)滤去其中尘粒的除尘装 置。 优点： • (1)除尘效率高。 • (2)处理气体量范围大。 • (3)适应性强。 • (4)结构简单，使用灵活。 • (5)运行稳定可靠，操作维护简单。 袋式除尘器的应用主要受滤布的耐高温、耐腐蚀的影响。 目前一般滤布的使用温度小于300℃。不适于净化粘结和 吸湿性强的含尘气体。 袋式除尘器的滤布 • 滤布的性能，主要指过滤效率、透气性和强度等，这些 都与滤布材质和结构有关。 对滤布的要求： • ①容尘量大； • ②透气性好，压力损失小； • ③抗皱折、耐磨、耐温和耐腐蚀性好，机械强度高； • ④吸湿性小，易清灰； • ⑤使用寿命长，成本低。 • 按滤布的材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等。 • 按滤布的结构分，分织物滤布和毛毡两类。 • 按滤布的织法分，有平纹布、斜纹布和缎纹布三种。 袋式除尘器的滤料性能 耐温性能（K） 长期 最高 吸水率 （％） 10－20 348－358 368 8 18 353－363 373 16－22 5－15 353－363 373 10－15 稍好 很差 0.4 尼龙 348－358 368 稍好 好 2.5 奥纶 398－408 423 4.0－ 4.5 6 好 差 1.6 涤纶（聚脂） 413 433 6.5 好 差 1.6 4.0 好 差 1 4.5－ 5.0 差 好 2.5 0 很好 很好 2.5 滤料名称 棉织物（植 物短纤维） 蚕丝（动物 长纤维） 羊毛（动物 短纤维） 玻璃纤维 （用硅酮树 脂处理） 芳香族聚酰 胺（诺梅克 斯） 聚四氟乙烯 直径 （μm） 5－8 523 493 493－523 533 耐酸 性 耐碱性 强度 很差 稍好 1 袋式除尘器的结构型式 • • • • 按滤袋截面形状分，有圆筒形和扁平形。 按含尘气流通过滤袋的方向分，有内滤式和外滤式 除尘器的进气口布置有上进气和下进气两种方式 常用的清灰方式 振动滤料以使沉积的粉尘脱落，称为机械振动式；利用 气流反吹沉积粉尘，称为逆气流清灰；用压缩空气喷吹 称为脉冲喷吹清灰。 圆筒形袋式除尘器 扁平形袋式除尘器 多袋式除尘器 a.机械振动式，b. 逆气流清灰式， c. 气环反吹风式，d. 脉冲喷吹式 机械振动袋式除尘器 逆气流反吹袋式除尘器 8 除尘器的合理选择 • （1）选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放浓度 • （2）粉尘的物理性质对除尘器性能具有较大的影响 除尘器名称 不同粒径（μm）时的分级效率（％） 全效率（％） 0－5 5－10 10－20 10－44 >44 带挡板的沉降室 58.6 7.5 22 43 80 90 普通的旋风除尘器 65.3 12 33 57 82 91 长锥体旋风除尘器 84.2 40 79 92 99.5 100 喷淋塔 94.5 72 96 98 100 100 电除尘器 97.0 90 94.5 97 99.5 100 文丘里除尘器 （＝7.5kPa） 99.5 99 99.5 100 100 100 袋式除尘器 99.7 99.5 100 100 100 100 （2）粒径范围 – （3）气体的含尘浓度 气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前 应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒 –（4）气体温度和其它性质也是选择除尘设备时必须考虑的 因素 • 高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器 • 烟气中同时含有SO2、NO等气态污染物，可以考虑采用 湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题 –（5）选择除尘器时，必须同时考虑捕集粉尘的处理问题 – （6）其他因素 • 设备的位置，可利用的空间，环境条件 • 设备的一次投资 （设备、安装和工程等）以及 操作和维修费用 设备 投资费用 运行费用 高效旋风除尘器 100 100 袋式除尘器 250 250 电除尘器 450 150 塔式洗涤器 270 260 文丘里洗涤器 220 500 9 采用电袋除尘器的原因综述 • （1）电袋除尘器即使发生破袋对排放浓度的影响 也大大减小。在经过电除尘后，进入布袋除尘器 的粉尘浓度约在原烟气粉尘浓度的1／5左右。如 果发生同样大小面积的破袋，对电袋除尘器的粉 尘排放浓度来说，其影响也只有纯布袋除尘器的1 ／5左右。 采用电袋除尘器的原因综述 • （2） 造成布袋阻力增加的因素其影响程度有所缓和。 影响布袋除尘器阻力的因素较多，如烟尘浓度、点炉 时的油雾、滤料的选型、设备的清灰系统设计、过滤速度 的选取等等。在电袋除尘器中，荷电以后的粉尘会变得更 容易清灰；即使烟尘浓度有了大幅度增加，在经过电场的 预除尘后，对后续的布袋除尘器的影响也会变小；燃油点 炉产生的油雾在经过电场后其影响程度也大大减小。这些 都有助于减少系统故障的发生。 几种改造方案的分析 • 现有的电除尘器效率偏低而导致烟尘排放超标。提高电除 尘器的除尘效率一般有三种方法：电改电、电改袋以及电 改电袋除尘器。 ■电改电是一种最简单的办法 它是将原有电除尘器进行适当的维修改造以满足新的排 放要求。这种方法的一大优点是不影响原有的系统阻力， 改造简单。但改造结果能否达到设计目标要受到很多条件 制约，特别是现在的环保要求日益严格，煤种更换频繁， 要实现达标排放往往存在比较大的风险性。 几种改造方案的分析 ■电改袋： 布袋除尘器采用过滤方式除尘，除尘效率高且稳定， 可以保证出口排放达到50m g／N m 3以下。若将原有的 电除尘器改为布袋除尘器，可以确保排放达标，但由于一 般燃煤企业的引风机无论是离心式或轴流式， 出力都在 4000Pa左右，而袋式除尘器的负压基本在1200一1500Pa 之间，正因如此，在进行电除尘器改造时就必须对引风机 进行增容改造，会大大增加除尘器整体改造的费用；而且 由于布袋除尘器在运行中的阻力会随着布袋的堵塞和损坏 阻力在300Pa左右发生变化，要想完全保证除尘器改造后 的正常运行，就要在设计风机出力时增加10一20％的裕 量。 几种改造方案的分析 所以根据不同类型机组、不同类型的风机，就会对引 风机的设计出力产生不同的要求，曾经有某企业在进行电 除尘器改造为袋式除尘器时提供的机组阻力过大，而设计 部门在设计时的裕量也过大，引风机风压达到7000Pa以 上，而在实际运行中整台机组的阻力只有3400Pa左右。 机组启运后引风机出力只能勉强在40％左右运行，处于喘 振区域附近，运行很不稳定，随时都有可能造成非计划停 运。因此，只能想尽方法增加锅炉尾部烟道及除尘器的阻 力同时进行变频改造，使得风机出力降低以达到稳定运行， 造成了资金和能源的浪费。所以在电改袋式除尘器时，必 须计算准确，根据机组的实际运行情况进行合理设计。 几种改造方案的分析 • 电一袋复合式除尘器 • 特点：运行比较安全稳定的除尘器可以在满足较高排放标 准的同时，达到节能的效果。 • 具体做法是保留原有电除尘器前面的1--2个电场，将后面 的电场改造为布袋除尘器。 • 这样通过静电除尘除去大部分粉尘后，不仅可以大大降低 布袋除尘器的负荷，且荷电后的粉饼层更为疏松，有利于 降低系统阻力。因此在电袋除尘器中，可以在较低的系统 阻力前提下，适当提高过滤风速，以降低设备的造价。此 时电袋除尘器比电除尘器和布袋除尘器体现出更多的性能 优势与成本优势。 电除尘器、布袋除尘器、点袋除尘器造价对比 除尘器方式 300MW机组 600MW机组 1000MW机组 电除尘（四电场） 1650万元/台 2889万元/台 3550万元/台 电除尘（五电场） 1900万元/台 3300万元/台 4200万元/台 1650万元/台 3000万元/台 有厂家能做， 但没有运 行的 2000万元/台 有厂家能做， 但没有运 行的 不知道能不能 做 布袋除尘器 电袋除尘器 实际情况 • 赤峰（京能）发展有限公司的2*135mw循环流化 床锅炉,二台电袋除尘器新建工程合同为1398万。 • 中电投赤峰热电2*135mw循环流化床锅炉，二台 电袋除尘器改造工程（原有四电场，改为二电一 袋）合同1870万 本体及工艺部分 袋式除尘器实例 电袋复合式除尘器工作原理 电袋复合式除尘器的主要技术参数 电场区： 电场数：1～2个 电场风速：0.8～1.1m/s 入口烟气含尘浓度：<1000g/Nm3 滤袋区： 气布比1.0 ～1.4m/min 箱体气流上升速度：＜2m/s 滤袋规格：ф160×6500~8000mm 喷吹压力：0.2 ～0.3MPa。 袋笼： 电袋除尘器结构 旁路 电控设备、仪表及调试部分（袋区部分） 主要电控设备 提升阀: 脉冲喷吹阀: 旁路阀（旁路烟道保护方式）: 喷水降温保护装置：水泵、保护气路电磁阀、出水电磁阀、 回水电磁阀、电动调节阀等 主要现场仪表 温度计：空气预热器出口测温、除尘器出口测温 差压计：各室、除尘器进出口 压力计：清灰气包、提升阀气路、旁路阀气路、进口烟道、 出口烟道等 信号变送器：