环保改造后袋式除尘器差压升高原因及对策
据统计，2015 年我國(guó)烟尘排放量达 1538 万吨。工业锅炉是我國(guó)仅次于電(diàn)站锅炉以外的用(yòng)煤大户，随着我國(guó)对大气污染治理(lǐ)工作的逐步推进，
污染排放标准不断提高，10 蒸吨及以下燃煤工业锅炉逐渐被淘汰，大容量煤粉工业锅炉和袋式除尘器得到越来越多(duō)的应用(yòng)。煤科(kē)院节能(néng)分(fēn)院运营着神东煤矿几十台煤粉工业锅炉。為(wèi)适应环保局《锅炉大气污染物(wù)排放标准》要求，于 2016、2017 年进行了大规模的环保改造，增加了 SNCR脱硝和 NGD 除尘脱硫一體(tǐ)化设备。运营中发现 20 蒸吨锅炉袋式除尘器差压异常增大，影响设备正常运行，而 30 蒸吨锅炉所有(yǒu)环保设备运行良好，袋式除尘器差压正常。在对两种炉型的数据进行比对、分(fēn)析的基础上，提出并实施了多(duō)条技术改进情措施，取得了良好的效果，為(wèi)解决同类问题提供参考。
一、袋式除尘器介绍
1. 1 工作原理(lǐ)
袋式除尘器是利用(yòng)由过滤介质制成袋状或筒状过滤元件来捕集含尘气體(tǐ)中粉尘的除尘设备。含尘烟气由下部进气通道，经导流板进入滤尘室，由于导流板的碰撞和气體(tǐ)速度的降低等作用(yòng)，粗粒粉尘将落入灰斗中，其余细小(xiǎo)颗粒粉尘随烟气向上运动，由于滤料纤维及织物(wù)的筛滤、惯性碰撞、钩附、扩散、重力沉降和静電(diàn)等作用(yòng)，粉尘被阻留在滤袋外，净化后的烟气逸出至袋内，经静气室进入出口烟道排出。随着粉尘在滤袋上的积聚，含尘烟气通过滤袋的阻力也相应增加，当阻力达到额定数值时，采用(yòng)脉冲喷吹气流的方法进行清灰操作，清收下来的灰尘由排灰落入灰斗。图 1 為(wèi)袋式除尘器过滤过程示意。
1.2 常用(yòng)类型及其特点
按清灰方式不同，袋式除尘器可(kě)分(fēn)為(wèi): 机械振动、逆气流清灰、脉冲喷吹、气环反吹和复合清灰五种。
工业煤粉锅炉多(duō)采用(yòng)脉冲喷吹方式清灰，细分(fēn)為(wèi)气箱式脉冲喷吹和行脉冲喷吹两种形式。其共同点是净气室被分(fēn)隔成若干箱室，每箱布置有(yǒu)若干条滤袋，箱室侧边净烟气出口侧有(yǒu)一个提升阀。清灰时，提升阀关闭，切断该箱室烟气通道，开始喷吹，待吹落的灰尘自然下落至灰斗后清灰结束，开启提升阀，烟气恢复流通，恢复过滤状态。随后，下一箱式开始清灰，依次循环进行。其不同点在于，气箱式脉冲喷吹除尘器一个箱室的多(duō)条布袋共用(yòng)一套喷吹设备，如图 2 所示，每个清灰周期一个箱室只喷吹一次。压缩空气压力较高，约為(wèi)0.6 MPa。而行脉冲喷吹除尘器则不同，如图 3 所示，每排滤袋上部装有(yǒu)一根喷吹管，对准每条滤袋中心的位置都开有(yǒu)一个喷吹孔，每个箱室装有(yǒu)多(duō)根喷吹管。清灰时，每根喷吹一次，逐根进行。待一个箱室内的所有(yǒu)滤袋全部完成喷吹一次后，该箱室清灰工作结束，恢复过滤。下一箱室开始清灰。由于该方式喷出的压缩空气直接撞击滤袋，产生的冲击力较气箱式脉冲喷吹强，所以喷吹压力略低，宜控制在 0.3～0.4 MPa。
二、改造后袋式除尘器运行情况
2. 1 基本情况介绍
补连塔和寸二锅炉房有(yǒu) 9 台 20 蒸吨煤粉锅炉，配套使用(yòng) 96-6 型气箱式脉冲喷吹袋式除尘器，过滤面积 750 m 2 ，于 2010 年投产。石圪台锅炉房两台 30蒸吨煤粉锅炉，配套使用(yòng) 72-6 型行脉冲袋式除尘器，过滤面积 1050 m 2 ，于 2014 年与投产。本次改造，该三个锅炉房利旧使用(yòng)了原有(yǒu)袋式除尘器，并在其前面设计了旋风除尘器，对改造后的高灰浓度烟气进行预除尘。哈拉沟 30 蒸吨锅炉于 2016 年投产，针对高灰浓度的烟气专门设计了 84-6 型袋式除尘器，过滤面积1230 m 2 ，不设旋风除尘器。
2. 2 运行表现出的问题
采暖季运营发现 20 蒸吨锅炉的配套袋式除尘器进出口差压均出现异常增高，严重者_过 3000 Pa，影响正常生产运营。检查发现滤袋表面的灰板结严重。30 蒸吨锅炉的袋式除尘器差压正常，至采暖季结束未出现大于 1500 Pa 的情况。
三、原因分(fēn)析和技术改造方案
3. 1 原因分(fēn)析
环保改造之前，袋式除尘器使用(yòng)正常。而改造后20 蒸吨炉型的袋式除尘器均出现问题。分(fēn)析本次环保改造前后，在生产工艺上存在很(hěn)大变化，包括:
1)增加了 SNCＲ 脱硝工艺，炉膛喷入尿素溶液引起烟气中水蒸气含量增加，并不可(kě)避免产生的氨逃逸;
2) 增加了半干法脱硫工艺，需要将袋式除尘器滤得的一部分(fēn)灰喷水增湿后回送至脱硫反应器中，与锅炉排出的烟气相混合来脱除烟气中的 SO 2。该过程中，由于循环灰温度低吸热以及增湿水蒸发吸热，会使烟气的温度明显下降。而且，大量的循环灰导致烟气中灰尘浓度由原来的不足 20 g/m 3 增大到 1000 g/m 3 ;
3) 為(wèi)缓解烟气浓度变化带来的巨大压力，增加了旋风除尘器，对高浓度烟气进行预除尘。参见生产工艺见图 5。
考虑到 30 蒸吨锅炉改造后袋式除尘器工作正常，通过对两者进行数据对比，分(fēn)析归纳出以下原因:
1.结构形式。
原袋式除尘器的结构形式不适应高粉尘浓度工况。20 蒸吨锅炉配套的 96-6 型袋式除尘器是早期应用(yòng)在工业煤粉锅炉的产品。首先，其 27 mm 的滤袋间距，与石圪台 72-6 型袋式除尘器的 43 mm 的滤袋间距和哈拉沟 84-6 型袋式除尘器的 62 mm 布袋间距相比偏小(xiǎo)很(hěn)多(duō)，不符合“采用(yòng)脉冲清灰方式时，布袋间距一般取 0. 5 倍滤袋直径，不低于 40 mm的设计原则，滤袋间距小(xiǎo)，易搭接架桥。其次，喷吹清灰方式不同，96-6 型袋式除尘器采用(yòng)气箱式脉冲喷吹，清灰效果比不上行脉冲喷吹方式，不符合相关标准中“脱硫除尘一體(tǐ)化设计的高浓度袋式除尘器应具有(yǒu)强力清灰的功能(néng)，宜采用(yòng)管式脉冲清灰( 即行脉冲喷吹) 的方式进行清灰的要求；三点，袋式除尘器运行的过滤风速应随粉尘浓度的增加而减小(xiǎo) ，在烟浓度显著增加的情况下，原 96-6 型除尘器明显存在过滤面积偏小(xiǎo)和过滤风速偏高问题，不利于灰尘清收和下落。
2. 烟气温度。
烟气温度降低為(wèi)结露提供了外在条件。NGD 脱硫工艺使经过反应器的烟气温度下降 20～50 ℃，使烟气的饱和湿度下降，当低于烟气中的水蒸气含量时，过饱和的水蒸气会转换為(wèi)液态，附着在灰尘颗粒表面，吸湿后的灰尘颗粒凝聚力、粘性力增强。当烟气流经滤袋时，使滤袋表面捕集的粉尘润湿黏结引起糊袋，正常喷吹清灰无法吹掉，板结成灰块，烟所无法通过。
3. 烟气湿度。
烟气中的水蒸气含量大為(wèi)结露提供了物(wù)质基础，其来源有(yǒu):
1) 煤粉中氢元素燃烧生成的水;
2) 炉底捞渣机密封水蒸发;
3) 脱硝喷入的尿素溶液；
4) 脱硫工艺喷入的增湿水；
5) 锅炉二次风、三次风所含的水蒸气；
6) 锅炉设备爆管泻漏的水蒸发;；
7) 袋式除尘器喷吹过程压缩空气带入的水。
将 20 蒸吨锅炉与 30 蒸吨锅炉进行对比分(fēn)析发现，差别是第 2 项捞渣机密封水的蒸发量不同，表现在水面与炉底之间的距离和受热面积存在较大的差距
4.旋风除尘器。
旋风除尘器落灰管路串烟气加重了袋式除尘器的负担。旋风除尘器是由内筒、外筒和锥筒组成，含尘气體(tǐ)是从内筒与外筒之间，沿着切線(xiàn)方向进入除尘器下降到底部，通过落灰管进入下面循环灰仓，净化后的烟气从内筒向上排出。由于旋风下部落灰管与循环灰仓之间应设置却未设置_隔离装置，现场实测发现约 25%的烟气以 10 m/s 左右的风速沿落灰管进入循环灰仓 经插板阀 9后自下而上进入布袋除尘器 3。这部分(fēn)烟气既携带着旋风除尘器脱除的部分(fēn)灰尘，又(yòu)夹带着因高风速吹扬起循环灰仓内的部分(fēn)积灰。并且，进入袋式除尘器后的流动方向阻碍了灰尘的下落，影响袋式除尘器的清灰效果。
5) 其它因素。
除上述几条主要影响因素外，还包括: 提升盖板或喷吹设备故障、烟气流场分(fēn)布不均、箱室与盖板连接部位漏风、脱硝系统氨逃逸等。
3. 2 技术改进方案
针对上述 3.1 中所列举的诸多(duō)影响因素，综合考虑投资成本与收益，进行如下技术改进。
1) 提高烟气温度。
通过给除尘器灰斗加装蒸汽伴热路来提高温度，增大烟气中水蒸气饱和湿度，减少结露。在袋式除尘器灰斗四周保温层内，紧贴斗壁安装蒸汽伴热管路，通过传导、对流和辐射等换热形式，提高除尘器整體(tǐ)温度。同时，灰温提高后，在 NGD 脱硫反应器中吸收的热量减少，反应器出口烟温提高，水蒸气饱和湿度增大，减少了结露机会。
2) 降低烟气湿度。
在锅炉底部落灰口附近膜式壁管上焊接抓钉、灌耐火浇注料，将炉膛落灰口尺寸缩小(xiǎo)為(wèi)原来的 1/3，通过缩小(xiǎo)换热面积的方法来减少炉低捞渣机密封水蒸发量，降低烟气中的水蒸汽含量。
3) 解决串风问题。
在旋风除尘器落灰管上加装的双层重锤翻板阀，既可(kě)以_顺畅落灰，又(yòu)解决了落灰管路串烟气问题。
4) 优化锅炉燃烧。
通过调整锅炉燃烧器的旋流角度和配风，增强煤粉与二次风、三次风的混合效果，延長(cháng)炉膛内停留时间。
5) 完善保温设施。
完善净气室四周保温，将顶部箱室盖板_换為(wèi)双层保温盖板。
6) 其它措施。
针对其它影响因素分(fēn)别采取有(yǒu)效措施。包括: 提高员工技能(néng)水平，降低设备故障率; _换箱室盖板密封条，降低漏风率; 优化尿素溶液的喷入位置和角度，减少脱硝系统氨逃逸等。
3. 3 效 果
在采取上述改进措施后，补连塔和寸二锅炉房20 蒸吨袋除尘器差压得到了较好的控制，同时，引风机電(diàn)流、炉膛负压、锅炉负荷等也得到了明显优化。
结论
1) 环保改造前后，烟尘浓度、烟气温度、湿度等主要影响参数已经发生了显著变化，应重新(xīn)设计袋式除尘器。若利旧使用(yòng)原有(yǒu)设备，应进行全面评估并采取提高烟温、降低湿度、完善保温等措施，将参数变化影响降低。
2) 煤粉燃烧不充分(fēn)，导致飞灰残炭过高，烟尘物(wù)理(lǐ)特性变化，对袋式除尘器差压有(yǒu)重要影响。
3) 除尘器结构形式、烟气温度、烟气湿度、旋风除尘器、飞灰残炭率、保温效果、烟气流速、烟尘浓度和漏风情况等，都是影响袋式除尘器运行差压的重要因素，本次除尘器除差压高是多(duō)重因素的叠加作用(yòng)。
