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布袋除塵器及管中管技術(shù)在京豐三熱的應(yīng)用——吳志強(qiáng)觀點(diǎn)
2016.11.29
    摘要：布袋除塵器＋管中管氣力輸送技術(shù)用來收集和處理火力發(fā)電廠鍋爐飛灰在國內(nèi)尚處于探索階段，本文詳細(xì)介紹了大唐環(huán)境科技工程有限公司在京豐熱電＃7爐（100MW）改造中使用的美國Ets布袋收塵技術(shù)和自主研發(fā)的管中管氣力輸送技術(shù)，并希望能對國內(nèi)小型機(jī)組的除塵器改造起到借鑒作用。

    關(guān)鍵詞：布袋除塵器；管中管；氣力輸送


    1、概述

    北京京豐熱電有限公司位于北京市豐臺區(qū)長辛店云崗地區(qū)，屬于區(qū)域供熱電廠，總裝機(jī)容量為150MW。#6機(jī)組為50MW機(jī)組于1991年12月投產(chǎn)，配有高壓、自燃循環(huán)、平衡通風(fēng)、燃煤固態(tài)排渣汽包鍋爐，#7機(jī)組為100MW機(jī)組于1994年12月投產(chǎn)配有高壓、自燃循環(huán)、平衡通風(fēng)、燃煤固態(tài)排渣汽包鍋爐，＃7爐配蘭州電力修造廠雙室三電場靜電除塵器（每電場4個(gè)灰斗），控制設(shè)備由福建龍凈生產(chǎn)。電除塵器灰斗出口分為干灰側(cè)和水灰側(cè)，干灰側(cè)經(jīng)電動給料機(jī)、空氣斜槽、QPB2.5型倉泵、DN125/DN150管道進(jìn)入灰?guī)?，每電?個(gè)灰斗經(jīng)斜槽集中后分別使用1臺QPB2.5倉泵，一電場使用1根輸灰管道，二、三電場并聯(lián)合用1根輸灰管道，灰管沿程每隔20米設(shè)一吹堵點(diǎn)；水灰側(cè)經(jīng)電動給料機(jī)、箱式?jīng)_灰器進(jìn)入灰漿池。本次工程范圍為＃7爐電除塵器及干灰輸送系統(tǒng)改造。

    2、原有系統(tǒng)存在的問題

    2.1由于煤種變化較大，鍋爐煙氣經(jīng)靜電除塵器后排放不能達(dá)標(biāo)。

    2.2干灰輸送出力不夠、管道磨損嚴(yán)重、堵管發(fā)生頻繁。


    3、改造系統(tǒng)主要特點(diǎn)及設(shè)計(jì)參數(shù)

    3.1布袋除塵器

    布袋除塵器設(shè)計(jì)引進(jìn)美國ETS公司技術(shù)，充分利用原來的靜電除塵器本體結(jié)構(gòu)，灰斗、框架基本不變，煙氣過濾采用外濾式長袋中壓脈沖噴吹技術(shù)、可實(shí)現(xiàn)在線清灰、離線檢修。整套布袋除塵器系統(tǒng)由3個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：布袋除塵器本體、清灰系統(tǒng)、除塵器保護(hù)系統(tǒng)（包括：噴水降溫系統(tǒng)、預(yù)噴涂系統(tǒng)）。


    3.1.1布袋除塵器本體

    除塵器改造完全利用原有雙室三電場電除塵器鋼框架、箱體、灰斗及進(jìn)出口煙道。煙氣由空預(yù)器出口出來后，分為二路煙道，進(jìn)入除塵器的兩個(gè)除塵室。除塵器進(jìn)風(fēng)方式為平進(jìn)平出，保留原電除塵器進(jìn)口煙箱內(nèi)孔板，內(nèi)部增設(shè)倒傾角導(dǎo)流均布板，使進(jìn)入除塵單元的煙氣二次分布和大顆粒預(yù)脫除，導(dǎo)流均布板的形式、尺寸，經(jīng)CFD（計(jì)算機(jī)流場設(shè)計(jì)）模擬實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化驗(yàn)證及美國Ets/boldeco公司三十多年的設(shè)計(jì)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，保證除塵器氣流組織均布。除塵器凈煙氣室采用步入式凈氣室結(jié)構(gòu)型式，凈氣室高4.3米，便于濾袋、袋籠的更換、維修。

    3.1.2清灰系統(tǒng)

    清灰氣源由新增空壓機(jī)提供，氣源品質(zhì)要求達(dá)到儀控用氣標(biāo)準(zhǔn)。

    布袋除塵器清灰控制模式主要有三種方式：自動控制、控制室手動控制、就地手動控制。

    自動控制：自動控制采用壓差(定阻)、定時(shí)和綜合控制方式，壓差檢測點(diǎn)分別設(shè)置在每路除塵器的進(jìn)出口處。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的壓差值時(shí)或時(shí)間周期時(shí)，除塵器各室依次進(jìn)行清灰，清灰程序的執(zhí)行由主控柜（PLC）自動控制。定時(shí)控制按照設(shè)定好的時(shí)間和周期進(jìn)行清灰工序；采用定阻控制，當(dāng)除塵器差壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，開始清灰工序，依次完成所有倉室的清灰工作，如果一次清灰后除塵器阻力仍然高于設(shè)定值，清灰繼續(xù)進(jìn)行，并延時(shí)發(fā)出報(bào)警，如果在清灰過程中，除塵器阻力降低到設(shè)定值以下，清灰工序在完成一個(gè)周期后停止，直到除塵器阻力超過設(shè)定值，開始又一次清灰工序；綜合模式采用時(shí)間和定阻相結(jié)合的形式，在一個(gè)設(shè)定的壓差范圍內(nèi)，清灰頻率與壓差成等比的關(guān)系，越接近壓差的下線，清灰次數(shù)越慢，越接近壓差的上限，清灰次數(shù)越快。自動控制模式下，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行控制采用邏輯閉鎖控制，在此模式下操作人員不需參與操作。

    控制室手動控制：此操作模式下，系統(tǒng)具備自動控制模式的特點(diǎn)，但是在此模式下，操作人員需要參與控制，在操作程序上依然受到邏輯閉鎖的控制。也就是說在這種控制模式下，人、機(jī)共同參與控制，每一步操作PLC會自動檢查邏輯關(guān)系，發(fā)現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤后系統(tǒng)發(fā)出警告性提示，這種控制模式避免了因操作人員誤操作引起的故障或事故，并設(shè)置操作權(quán)限。此模式不作為正常工作時(shí)使用，只是在調(diào)試時(shí)和設(shè)備維修或排除故障時(shí)使用。

    就地手動控制：此工作模式下，系統(tǒng)之間沒有連鎖，不進(jìn)行邏輯檢查，只能在就地對單個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作，因此不受邏輯閉鎖的控制。這種模式主要用于設(shè)備檢修和調(diào)試時(shí)使用。

    3.1.3除塵器保護(hù)系統(tǒng)

    除塵器保護(hù)系統(tǒng)分為兩種：預(yù)噴涂系統(tǒng)和噴水降溫系統(tǒng)。

    預(yù)噴涂系統(tǒng)主要用于鍋爐點(diǎn)火燃油時(shí)，為了避免油煙粘袋損壞濾袋，通過事先預(yù)涂灰的措施來對濾袋進(jìn)行安全防護(hù)，通常情況下，鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)，煙氣中已含粉塵，采用緩慢清灰，對濾袋不會造成傷害，不需要特殊的防護(hù)措施；為了防止鍋爐煙氣溫度過高損壞慮袋，在鍋爐煙氣出口及除塵器進(jìn)口前各安裝3套溫度傳感器，檢測并顯示兩處煙氣溫度，溫度信號傳送至PLC，并由PLC對溫度值進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)溫度過高時(shí)自動開啟噴水降溫系統(tǒng)，高壓水和高壓空氣在噴嘴內(nèi)腔混合，以霧裝形態(tài)噴出，在煙道內(nèi)迅速蒸發(fā)，從而達(dá)到降低溫度的目的，噴水量和空氣量隨溫度變化的頻率而自動變化。


    3.1.4除塵器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

項(xiàng)                 目

單位

數(shù)     據(jù)

處理煙氣量

m3/h

730000～760000

—入口溫度

℃

正常運(yùn)行125-165，短期190

—入口粉塵濃度

g/dNm3

40

出口粉塵濃度

mg/Nm3

≤30

設(shè)備運(yùn)行阻力

Pa

≤1500

—設(shè)計(jì)效率

％

99.925

—保證效率

％

≥99.925

—每臺除塵器室數(shù)

個(gè)

2

—過濾面積

m2/臺

12660

—過濾速度

m/min

0.96～1.0

 

—濾袋材質(zhì)


PPS+P84

—濾布紡織工藝


針刺氈

—濾袋規(guī)格

mm

φ150x8000

—濾袋允許連續(xù)使用溫度

℃

≤180

—濾袋允許最高使用溫度及年允許時(shí)間

℃/h

190/30

—濾袋允許破損率（30000小時(shí)）

％

5

--噴吹氣源壓力

MPa

0.25-0.5

--氣源品質(zhì)


無油、無水、無塵壓縮空氣

--機(jī)械開閥時(shí)間

sec

0.1

--耗氣量

m3/min

21


    3.1.5布袋除塵器的主要特點(diǎn)

    1)  氣流分布均勻，設(shè)備阻力低

    入口采用原電除塵器的進(jìn)氣煙箱，并保留原有的氣流均布多孔板，在三層均流板作用下均勻進(jìn)風(fēng)，使進(jìn)風(fēng)口流速緩慢的柔和的降低，為粉塵進(jìn)入過濾式室做準(zhǔn)備，較灰斗進(jìn)氣的傳統(tǒng)除塵器有更通暢的煙程，結(jié)構(gòu)阻力低；在除塵器前部設(shè)置多葉形導(dǎo)流裝置，多葉形導(dǎo)流裝置通過計(jì)算機(jī)軟件模擬調(diào)整進(jìn)行設(shè)計(jì)，使除塵器內(nèi)部煙氣流場分布合理，使進(jìn)入除塵器的煙氣煙氣低速向?yàn)V袋束周邊四周擴(kuò)散，最大限度降低了煙氣的紊流,及對濾袋的沖刷、磨損，同時(shí)有效避免粉塵二次揚(yáng)塵，實(shí)現(xiàn)煙氣的二次分配和大顆粒粉塵的預(yù)脫除，減少濾袋負(fù)荷，延長濾袋使用壽命；除塵室內(nèi)部空間大，煙氣流速較低，利于大顆粒粉塵的預(yù)沉降，降低濾袋的粉塵負(fù)荷。

    2)   運(yùn)行靈活，檢修方便

    大凈煙氣室，檢修、換袋方便。當(dāng)對某一除塵室需要檢修維護(hù)時(shí)，只需關(guān)閉該室的進(jìn)口煙道擋板門、提升閥，切斷煙氣通道，含塵煙氣被隔絕。檢修人員打開該除塵室的檢修門，凈煙氣室通風(fēng)冷卻后，人員即可進(jìn)入室內(nèi)對設(shè)備檢修維護(hù)。

    3)  漏風(fēng)率低

    4)  抗磨抗高溫濾料

    濾料采用PPS+P84，具有耐酸、耐磨和抗高溫的特點(diǎn)。

    5)  新型的袋籠

    袋籠采用承插式可拆裝袋籠，袋籠堅(jiān)實(shí)，并可延伸，換袋、維修方便，袋籠長8米，分為上、下兩節(jié)，相互間有簡單的鎖扣裝置，拆卸、組裝和運(yùn)輸都十分方便。

    6)  先進(jìn)的控制模式

   采用自動控制、控制室控制和就地控制三種方式，結(jié)合PID的調(diào)節(jié)模式，可以適應(yīng)各種工況下在線清灰。

   3.2干灰輸送

    電廠原有灰斗下灰閥、三通、給料機(jī)、進(jìn)料閥和部分斜槽、倉泵磨損嚴(yán)重，干灰改造將下灰閥、三通、進(jìn)料閥和給料機(jī)予以全部更換，倉泵、斜槽更換1套，并對其余2套予以更改，倉泵、斜槽透氣管道仍利用原有管道。進(jìn)料閥采用國產(chǎn)圓頂閥，透氣閥采用陶瓷雙閘板閘閥。輸送管系統(tǒng)采用管中管密相氣力輸送系統(tǒng)。

    3.2.1干灰輸送系統(tǒng)的布置與設(shè)備結(jié)構(gòu)

    鍋爐尾部飛灰經(jīng)布袋除塵器收集后均勻的分布在除塵器灰斗內(nèi)，按其結(jié)構(gòu)將其分為3組，每組4個(gè)灰斗，共12個(gè)灰斗，每組的4個(gè)灰斗通過空氣斜槽集中并配1臺2.5m3倉泵，共3臺倉泵，3臺倉泵通過1根管道串連輸送至遠(yuǎn)方灰?guī)欤洳贾萌鐖D一。





圖一 除塵器下灰管布置簡圖

    輸送管道采用管中管，其結(jié)構(gòu)如圖二所示，由大小2根管道組成，小管套在大管的內(nèi)部并固定在大管頂部，在小管下方每隔一定距離開有旁路缺口，缺口內(nèi)鑲嵌阻尼孔板。正常輸送時(shí)管道內(nèi)部呈層流輸送的狀態(tài)，上層極少顆粒懸浮在空氣中，呈稀相輸送，大量顆粒沉積在管道的下部，呈密相輸送。由于低速輸送引起大管中灰的堆積，造成大管截面減小，阻力增大，迫使大量空氣進(jìn)入小管，并從下游開口噴出，形成強(qiáng)烈的湍動氣流，從而撓動飛灰，并將其切割吹散，這種方式不斷的反復(fù)循環(huán)，推動飛灰向前移動，從而達(dá)到低速輸送而不堵管的目的。如果管道的某處發(fā)生堵管，則在該段灰柱上游的空氣被迫流經(jīng)小管而向下游運(yùn)動，當(dāng)在某一開口處出現(xiàn)了空氣壓力大于移動灰柱所需要的壓力狀態(tài)，于是空氣就從該開口處噴出將灰柱分割，形成長度較短的灰柱加以輸送并逐漸將其吹散而恢復(fù)正常輸送狀態(tài)。




    3.2.2干灰輸送設(shè)計(jì)主要參數(shù)

輸送當(dāng)量距離

450米

提升高度

25

設(shè)計(jì)出力

32.4

倉泵數(shù)量

3

倉泵容積

2.5

輸送管道口徑

φ168x6/φ194x6.5

輸送氣量

13.9


    3.2.3干灰輸送系統(tǒng)的運(yùn)行


    干灰輸送系統(tǒng)通過PLC設(shè)定的程序自動控制，通過CRT監(jiān)視操作，整個(gè)系統(tǒng)在程序控制下自動啟動、運(yùn)行和停止，無需人員干預(yù)。系統(tǒng)主要分進(jìn)料和輸送兩個(gè)部分，進(jìn)料時(shí)進(jìn)料閥和透氣閥門開，通過時(shí)間或料位計(jì)來控制裝料的多少，輸送時(shí)進(jìn)氣閥門和混灰氣閥門開，并可根據(jù)空氣管道上壓力變送器的設(shè)定值來調(diào)節(jié)灰管的輸送壓力。

運(yùn)行中，曾出現(xiàn)過在輸送過程中強(qiáng)制關(guān)閉輸送氣源的情況，30分鐘后重新給氣，系統(tǒng)仍能自動運(yùn)行的。還出現(xiàn)過由于操作失誤系統(tǒng)剛開始輸送不久，強(qiáng)制停運(yùn)系統(tǒng)，再將發(fā)送罐裝滿灰進(jìn)行輸送的情況，不需人為干預(yù)，系統(tǒng)仍能夠正常運(yùn)行。


    3.2.4管中管的主要特點(diǎn)

l 

應(yīng)用范圍


è   

受距離限制較其他系統(tǒng)小，特別適合于長距離輸送


è   

受出力限制較其他系統(tǒng)小，特別適合于大出力


è   

可流化的物料，特別適合于磨損性的物料

l 

系統(tǒng)特點(diǎn)


è   

不需要再使用額外氣源


è   

紊流輸送


è   

形成料段最大


è   

輸送速度低


è   

自行穩(wěn)定/調(diào)節(jié)系統(tǒng)

l 

優(yōu)點(diǎn)


è   

由于輸送速度低，因而磨損小


è   

能耗低


è   

低過濾面積


è   

耐磨件使用壽命長


è   

出現(xiàn)斷電事故后，可以在輸送管中具有物料情況下重新啟動


è   

維護(hù)工作量小


    4、系統(tǒng)運(yùn)行中所出現(xiàn)的問題


    4.1調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)除塵器甲、乙兩側(cè)壓差值偏差較大，甲側(cè)為1000Pa時(shí)，乙側(cè)僅為400Pa，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)為爐后風(fēng)機(jī)門開度大小不一樣造成的。

    

     4.2運(yùn)行7天后，因省煤器水管爆裂停爐后，打開人孔門在除塵器氣室觀察發(fā)現(xiàn)除塵器頂部、兩壁及噴吹空氣母管接口處銹蝕嚴(yán)重，分析原因主要是為了趕工期，頂部保溫尚未做完就投運(yùn)系統(tǒng)，造成大量水蒸氣冷凝，其次壓縮空氣的后處理選擇不當(dāng)是造成母管接口銹蝕的主要原因。

   

     4.3第三組倉泵透氣管堵管嚴(yán)重，通常運(yùn)行24小時(shí)后透氣管就完全堵死。分析原因主要因?yàn)橥笟夤芘c斜槽透氣管相連，斜槽透氣管與煙道相連，而此管道斜度不夠（30度），后把斜槽與倉泵透氣管 引至電除塵灰斗，角度為90度，堵管問題得到解決。