10t半沸騰鍋爐煙塵高效處理技術(shù)

10t半沸騰鍋爐煙塵高效處理技術(shù)

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半沸騰鍋爐是七十年代初由我國自行設(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，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%。其煙氣排放量為億立方米/年，占全公司燃燒廢氣總量的%，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%。超標(biāo)煙氣量為億立方米/年，約占全公司超標(biāo)煙氣量的95%。因此，國家環(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)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

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

ρC------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，壓力損失與喉管氣速的平方成正比例關(guān)系，與液氣比成一定的正比例關(guān)系。當(dāng)壓力損失的測(cè)試值小于技術(shù)參數(shù)中的最佳值時(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μm一般采用表面積平均徑

μG----氣體的粘度Pa?S

上式表明：除塵效率與喉管氣速和液氣比均成一定的正比例關(guān)系，同時(shí)還與液滴面徑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)速喉管氣速液氣比耗水量測(cè)算值理論值16～2240～120～

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。

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)試值小于技術(shù)參數(shù)中的理論最佳值，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)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。

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)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)狀況下乘的系數(shù)，總煙氣量也只有14100立方米/小時(shí).在運(yùn)行過程中，風(fēng)機(jī)的開啟度僅為30—40%。

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)煙氣量的倍，是計(jì)算煙氣量的倍，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、10t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以下的粉狀煤進(jìn)行造粒處理，形成3～8mm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

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；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，液氣比左右。

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，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

國家環(huán)保總局將東風(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)攻關(guān)”中，我們大量實(shí)施了以上的高效治理技術(shù)，取得了顯著效