鍋爐煙塵高效處理管理論文

1、鍋爐煙塵高效處理管理論文 摘要：本文在10t半沸騰鍋爐原兩級(jí)消煙除塵方案的基礎(chǔ)上，通過對(duì)鍋爐和除塵裝置現(xiàn)在運(yùn)行狀況和測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，重點(diǎn)運(yùn)用除塵凈化系統(tǒng)的理論及原理，提出對(duì)燃煤進(jìn)行篩分，對(duì)粉狀煤進(jìn)行造粒，提高爐膛溫度等從源頭控制污染的方案。 關(guān)鍵詞：半沸騰鍋爐除塵凈化煙塵達(dá)標(biāo)排放 10t半沸騰鍋爐（型號(hào)為WGC-10/13-11）是七十年代初由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造的燃煤鍋爐。其燃燒部分的主要特點(diǎn)是：燃煤在爐排上部的一定空間內(nèi)形成沸騰燃燒，由于爐排的傾斜，落入爐排的熾熱碳粒不斷拋向爐前，與新投入的燃料混合燃燒。燃盡的灰渣粘結(jié)成塊，沉積于爐排上，由爐排帶入爐后灰坑。由于10t半沸騰鍋爐的特殊燃燒方式

2、，使其具有著火條件好、煤種適應(yīng)性廣、鍋爐出力較快等優(yōu)點(diǎn)。但是，該鍋爐特殊的燃燒方式所造成的飛灰污染問題也一直得不到妥善解決，制約了該鍋爐的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)僅東風(fēng)公司尚在使用。 東風(fēng)汽車公司現(xiàn)有10t半沸騰鍋爐17臺(tái)，占全公司工業(yè)鍋爐總數(shù)的21.2%。其煙氣排放量為4.9244億立方米/年，占全公司燃燒廢氣總量的11.9%，綜合94年到97年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；煙氣排放中的黑度和粉塵濃度達(dá)標(biāo)率為17.6%。超標(biāo)煙氣量為4.058億立方米/年，約占全公司超標(biāo)煙氣量的95%。因此，國(guó)家環(huán)?？偩謱|風(fēng)公司10t半沸騰鍋爐消煙除塵改造列為2000年前限期治理項(xiàng)目。 經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐，根據(jù)10t半沸騰鍋爐飛灰嚴(yán)

3、重污染的現(xiàn)狀，我們采取兩級(jí)凈化的治理方案：即一級(jí)除塵應(yīng)用多管旋風(fēng)除塵器，二級(jí)除塵應(yīng)用文丘里水膜麻石除塵器。但是，從實(shí)際運(yùn)行的效果上來看，鍋爐煙氣仍不能達(dá)標(biāo)排放。 為此，我們從半沸騰鍋爐的燃燒狀況和現(xiàn)有兩級(jí)凈化除塵裝置的運(yùn)行狀態(tài)來分析鍋爐煙氣超標(biāo)排放的原因，進(jìn)而制定半沸騰鍋爐的消煙除塵深化治理方案。 一、10t半沸騰鍋爐煙塵超標(biāo)的原因分析 1、燃煤燃燒不充分是造成煙氣中黑度和粉塵濃度超標(biāo)排放的固有原因 從公司能源監(jiān)測(cè)部門的測(cè)試數(shù)據(jù)：原煤的固定碳為41.18%,而飛灰中的含碳量高達(dá)39.81%,煙氣中粉塵濃度為2926毫克/立方米,黑度為V級(jí)，測(cè)試的熱效率僅為56.83%。上述數(shù)據(jù)說明，鍋爐燃燒并

4、不處于正常運(yùn)行數(shù)值。 那么，是什么原因造成煙氣中粉塵濃度和黑度過大，熱效率過低呢？依據(jù)燃料燃燒的理論，燃煤燃盡的三個(gè)條件為：其一有足夠高的爐溫；其二是適量的空氣，并使空氣與燃料很好地接觸與混合；其三是保證燃燒需要的時(shí)間和空間。 但由于半沸騰鍋爐特殊的燃燒方式，從實(shí)際運(yùn)行情況來看：第一，燃煤中粉狀煤所占比例過大，經(jīng)估算粒徑小于2mm的粉狀煤，約占原煤的50%60%。該粉狀煤進(jìn)入爐膛后還未混入沸騰層進(jìn)行燃燒（也就是說無燃燒所需要的時(shí)間，空氣也未與粉狀煤很好地混合）就被引風(fēng)機(jī)作為飛灰抽走。第二，沸騰層溫度偏低，使碳和氧的反應(yīng)速度緩慢。一般沸騰層的最佳溫度在860890，而目前沸騰層的溫度只有824。

5、因此，燃煤中粉狀煤過多，沸騰層溫度偏低，造成燃燒不充分，從而使煙氣中粉塵濃度和黑度過大，熱效率低。 2、原有除塵系統(tǒng)的存在設(shè)備運(yùn)行問題 10t半沸騰鍋爐多管旋風(fēng)除塵器文丘里洗滌器旋風(fēng)水膜除塵器引風(fēng)機(jī) 圖1：10t半沸騰鍋爐除塵系統(tǒng)示意圖 原有除塵系統(tǒng)由兩級(jí)除塵器組成，通過測(cè)試分析，我們認(rèn)為除塵設(shè)備參數(shù)擇不合理，除塵效率低是造成煙氣中黑度和粉塵濃度超標(biāo)排放的重要原因。下面我們分別對(duì)兩級(jí)凈化裝置（除塵器）進(jìn)行分析： 多管旋風(fēng)除塵器 多管旋風(fēng)除塵器是將若干個(gè)鑄造而成的單體小型旋風(fēng)子組裝在箱體內(nèi)，煙氣從箱體入口處切向旋入均布的旋風(fēng)子內(nèi)，凈化后的煙氣從頂部輸出，去除的粉塵在下部灰斗中存放，定時(shí)排出。 1

6、0t半沸騰鍋爐所選用的多管旋除塵器的處理風(fēng)量為2880033600立方米/小時(shí)，內(nèi)部共有48個(gè)旋風(fēng)子。 測(cè)試結(jié)果為：除塵效率：95.48%;阻力損失：495.49Pa。 比較上述數(shù)據(jù)與多管旋風(fēng)除塵器的運(yùn)行技術(shù)參數(shù)，除塵效率達(dá)到最佳值。但阻力損失為495.49Pa，與最佳值900-1200Pa有一定差距。當(dāng)然，從除塵要求上來看，在保證除塵效率的前提下，阻力損失越小越好。 但是，在此也須分析造成阻力損失較小的原因。旋風(fēng)除塵器的阻力損失與其結(jié)構(gòu)型式和運(yùn)行條件等有關(guān)，理論上計(jì)算是困難的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： 式中P為阻力損失 為壓損系數(shù)， 為氣體密度， VT為進(jìn)口氣流速度 阻力損失與進(jìn)口氣流速度的平方成正比

7、，而進(jìn)口氣流速度與進(jìn)口截面積和進(jìn)口風(fēng)量有關(guān)（風(fēng)量=截面積風(fēng)速），當(dāng)進(jìn)口截面積為定值時(shí)，進(jìn)口氣流速度與進(jìn)口風(fēng)量有關(guān)。通過反算，當(dāng)阻力損失減少二分之一時(shí)，進(jìn)口氣流速度則減少0.414倍，進(jìn)口風(fēng)量也減少0.414倍。也就是說，原設(shè)計(jì)30000立方米/小時(shí)的除塵器，實(shí)際處理風(fēng)量是只有17580立方米/小時(shí)，未達(dá)到滿負(fù)荷正常運(yùn)行。 這說明除塵系統(tǒng)存在較為嚴(yán)重的漏風(fēng)現(xiàn)象，可能是除塵系統(tǒng)的管道或者是設(shè)備連接處出現(xiàn)泄漏。 麻石文丘里水膜除塵器 麻石文丘里水膜麻石除塵器由兩部分組成，其一為文丘里洗滌器，它的結(jié)構(gòu)由直管、收縮管和喉管組成，含塵氣體在管徑變化和水霧的作用下，潤(rùn)濕碰撞凝聚，粉塵隨水流排出。其二為旋風(fēng)水

8、膜除塵器，經(jīng)文丘里洗滌器凈化后的煙氣再次從筒體下部切向?qū)?，旋轉(zhuǎn)上升，靠離心作用甩向器壁的粉塵為水膜所粘附，沿器壁向下排走，再次凈化后的空氣從中間流出。上述二部分均由耐腐蝕的麻石材料制成。 10t半沸騰鍋爐所選用的文丘里水膜麻石除塵器的處理風(fēng)量為3200038000立方米/小時(shí)。文丘里洗滌器的入口尺寸為900600（mm）,喉管尺寸為450400（mm），旋風(fēng)水膜除塵器的入口尺寸為1000440（mm），主筒直徑為1200（mm），副筒直徑為800mm，高度為11.8m。 經(jīng)過對(duì)現(xiàn)運(yùn)行的文丘里水膜麻石除塵器測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其除塵效率和阻力損失與技術(shù)參數(shù)最佳值相差甚遠(yuǎn)，列表如下： 表1：除塵系統(tǒng)阻力測(cè)

9、試值與理論值對(duì)比表除塵效率（%）阻力（Pa） 總計(jì)文丘里洗滌器旋風(fēng)除塵器 測(cè)試值59.28254.5199.85154.66 理論值97.501300.00510.00790.00 下面分別從除塵器的兩部分，以阻力損失入手，分析除塵效率低的原因： 2.1文丘里洗滌器部分： 從理論上進(jìn)行分析 文丘里管的壓力損失經(jīng)驗(yàn)公式為： 或 式中：P-壓力損失Pa C-球形離子的單位密度Kg/m3 Ar-喉管橫斷面積m2 VT-喉管氣速m/s QL-氣體流量m3/s QG-液體流量m3/s 上式表明，壓力損失（P）與喉管氣速（VT）的平方成正比例關(guān)系，與液氣比（QL/QG）成一定的正比例關(guān)系。當(dāng)壓力損失的測(cè)試

10、值（99.85Pa）小于技術(shù)參數(shù)中的最佳值（510Pa）時(shí)，喉管氣速和液氣比均必然小于理論最佳值。 文丘里管的除塵效率經(jīng)驗(yàn)公式為： 式中：StT慣性碰撞參數(shù) f-經(jīng)驗(yàn)系數(shù) dl-液滴直徑m一般采用表面積平均徑 G-氣體的粘度PaS 上式表明：除塵效率（）與喉管氣速（VT）和液氣比（QL/QG）均成一定的正比例關(guān)系，同時(shí)還與液滴面徑（dl）也成一定的正比例關(guān)系。當(dāng)喉管氣速和液氣比小于最佳值時(shí)，除塵效率必然大幅度下降。 其次，從實(shí)際測(cè)算的結(jié)果來看，也充分說明上述情況，列表如下： 表2：文丘里段實(shí)際測(cè)算值與理論值對(duì)比表 入口風(fēng)速 （m/s） 喉管氣速 （m/s） 液氣比 （L/m3） 耗水量 （t/

11、h） 測(cè)算值 6.13 18.39 0.068 0.8 理論值 1622 40120 0.71.01 4.3 綜上所述，喉管氣速低，造成塵粒的慣性力小，凝聚率低。液氣比較小，也就是供水量少，再加上液體霧化較差，雖然液滴直徑大，但液滴總體表面積小，塵粒與液滴的碰撞、攔截的概率小，因此除塵效率就低，凈化效果就差。 2.2旋風(fēng)水膜除塵器部分 旋風(fēng)水膜除塵器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，其阻力損失的測(cè)試值（154.66Pa）小于技術(shù)參數(shù)中的理論最佳值（790Pa），也說明兩點(diǎn)；其一為入口風(fēng)速太低。阻力損失是與風(fēng)速成正比例關(guān)系的，阻力小，必然入口風(fēng)速低，而入口風(fēng)速低，塵粒所受的離心力小。其二為部分噴咀堵塞，未形成連續(xù)

12、的水膜，塵粒的粘附作用小，塵粒的捕集概率低，含塵氣體在除塵器內(nèi)近似直流，同樣造成除塵效率低。 2.3鍋爐除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)量過大，選用風(fēng)機(jī)過大，是造成運(yùn)行能耗過大的原因，對(duì)煙氣黑度和粉超標(biāo)排放有一定影響。 鍋爐排煙總量是消煙除塵設(shè)計(jì)中的重要數(shù)據(jù)，一般根據(jù)排煙總量來選用合適的鍋爐引風(fēng)機(jī)。如果引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量選用不合適，就會(huì)造成整個(gè)凈化系統(tǒng)（除塵系統(tǒng)）不能在最佳狀況下運(yùn)行。那么10t半沸騰鍋爐消煙除塵系統(tǒng)所選引風(fēng)機(jī)是否合適呢？ 目前，鍋爐實(shí)際使用的引風(fēng)機(jī)風(fēng)量為38000立方米/小時(shí),但是在正常運(yùn)行下測(cè)試時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)實(shí)際煙氣時(shí)卻是11759立方米/小時(shí)，如果按熱態(tài)狀況下乘1.2的系數(shù)，總煙氣量也只有1410

13、0立方米/小時(shí).在運(yùn)行過程中，風(fēng)機(jī)的開啟度僅為3040%。 為此，我們測(cè)出燃煤的低位發(fā)熱值，空氣過剩系數(shù)和小時(shí)耗煤量，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，校核計(jì)算出煙氣總量應(yīng)為24140.2立方米/小時(shí)(計(jì)算過程從略)。 上述數(shù)據(jù)表明：計(jì)算煙氣量是實(shí)測(cè)煙氣量的1.71倍。說明燃煤中的大量碳未與空氣中的氧反應(yīng)，燃煤未燃盡；另外，實(shí)際引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是實(shí)測(cè)煙氣量的2.69倍，是計(jì)算煙氣量的1.57倍，明顯地說明，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量過大，一方面浪費(fèi)運(yùn)行中的能耗，另一方面不利于整個(gè)系統(tǒng)在最佳工況下運(yùn)行。查原設(shè)計(jì)資料，因所需風(fēng)壓為3000多Pa，而我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機(jī)在3000Pa以上的風(fēng)量為38000立方米/小時(shí)，故只能選此類風(fēng)機(jī)。 二、10

14、t半沸騰鍋爐煙塵高效治理技術(shù)分析 通過上述對(duì)10t半沸騰鍋爐的煙氣中粉塵濃度和黑度超標(biāo)排放的原因分析，在公司的治理實(shí)踐中，我們實(shí)施了以下一些高效治理技術(shù)措施： 1、提高燃煤的平均粒徑 主要從兩個(gè)方面提高燃煤的平均粒徑 一是通過公司采購供應(yīng)部門，嚴(yán)把進(jìn)貨關(guān)，盡量保證采購的燃煤粒徑符合技術(shù)要求。 二是通過深加工，控制煤塊粒徑，提高燃煤利用率，減少飛灰中含碳量。 根據(jù)半沸騰鍋爐的燃燒理論，燃煤粒徑在2mm到12mm時(shí)，能形成沸騰層，而最佳粒徑則在3mm到8mm之間。因此，針對(duì)目前燃煤中粉狀煤過多的現(xiàn)狀，首先對(duì)燃煤進(jìn)行篩分，采用一般網(wǎng)格篩或滾筒篩均可。對(duì)3mm以上的煤塊直接進(jìn)入爐膛。其次對(duì)3mm以下的

15、粉狀煤進(jìn)行造粒處理，形成38mm小煤粒，這樣可以延長(zhǎng)煤粒在沸騰層的燃燒時(shí)間，使其充分氧化、燃盡，從而降低煙氣的黑度，與此同時(shí)，也提高了燃煤利用率，節(jié)約了燃料，提高了鍋爐熱效率。目前，國(guó)內(nèi)有專門生產(chǎn)造粒機(jī)的廠家，可直接購買、安裝和使用。 2、提高爐膛溫度，選擇合理的引風(fēng)機(jī)風(fēng)量，促使燃煤充分燃燒，從而減少煙氣中飛灰的含碳量，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行 鍋爐本體的改造，主要內(nèi)容是采取各種措施提高爐膛（主要是沸騰層）溫度，可在目前的情況下，提高到860-890，使沸騰層燃煤燃盡。十多年來，東風(fēng)公司各專業(yè)廠，在提高爐溫上采取了多種措施，取得一定的效果。在提高爐膛溫度上尚須繼續(xù)努力，如改變爐膛尺寸和結(jié)構(gòu)，增加副燃帶

16、等。其次，針對(duì)各專業(yè)廠鍋爐的具體情況，盡量減少燃燒室的漏風(fēng)。 對(duì)于鍋爐引風(fēng)機(jī)，如果設(shè)備狀態(tài)良好，可暫不更換，但要完善或加裝風(fēng)量調(diào)節(jié)器，根據(jù)燃煤耗量及煙氣排放情況，隨時(shí)調(diào)整；如果設(shè)備狀態(tài)不好需要更換時(shí)，則應(yīng)選擇合適風(fēng)量的風(fēng)機(jī)，在計(jì)算煙氣總量的基礎(chǔ)上增加15%，即風(fēng)量28000立方米/小時(shí)為宜。 3、改善供水狀況，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，提高除塵系統(tǒng)的除塵效率，減少外排煙氣中粉塵的含量 對(duì)現(xiàn)有兩級(jí)除塵器進(jìn)行改造，其主要內(nèi)容如下： 一是保證足夠的供水量，提高供水壓力，改善水源質(zhì)量，主要是提高液氣比，提高水的霧化效果，增大液滴表面積，使塵粒與液滴的碰撞、攔截的概率提高。主要措施：第一，加大進(jìn)水管直徑，使流量增加

17、；第二，在進(jìn)水管道前加裝一臺(tái)加壓泵，提高供水壓力；第三，在進(jìn)水管道上，增加蒸汽和縮小噴水孔直徑，使液滴霧化效果更好，表面積加大；第四，文丘里洗滌器的水盡可能新鮮水，減少水中雜質(zhì)，避免堵塞噴水孔。 二是改造文丘里洗滌器的喉管部分，根據(jù)運(yùn)行時(shí)煙氣流量，調(diào)整喉管部分的截面積，從而提高喉管風(fēng)速，提高塵粒的慣性力，凝聚率，使粉塵與水液較好的碰撞、凝聚，從而減少粉塵外排數(shù)量。實(shí)際實(shí)施中文丘里喉管流速調(diào)整到40（米/秒），液氣比0.4左右。 三是將麻石水膜除塵器的環(huán)形噴水管改為環(huán)形溢流槽，從而在內(nèi)壁上形成連續(xù)的筒形水幕。當(dāng)煙氣切向進(jìn)入內(nèi)壁時(shí)，其塵粒就能很好地與水幕發(fā)生潤(rùn)濕、碰撞和凝聚，從而減少粉塵外排數(shù)量。 四是改造旋風(fēng)水膜除塵器的煙氣入口尺寸，根據(jù)運(yùn)行時(shí)煙氣的實(shí)踐流量，重新設(shè)計(jì)入口處的截面積。實(shí)際實(shí)施中，旋風(fēng)水膜除塵器的煙氣入口流速為18（米/秒），提高入口風(fēng)速，從而提高塵粒的離心力，使甩向圓筒內(nèi)壁的塵粒增加，減少粉塵外排的數(shù)量。 三、10t半沸騰鍋爐煙塵高效治理技術(shù)的應(yīng)用效果 國(guó)家環(huán)?？偩謱|風(fēng)公司10t半沸騰鍋爐煙塵污染列為2000年前限期治理項(xiàng)目，同時(shí)這一項(xiàng)目也直接影響公司2000年前工業(yè)污染源的“一控雙達(dá)標(biāo)”目標(biāo)的完成。 在1999年至2000年為期兩年的“10t半沸騰鍋爐煙塵污染技術(shù)攻