针对当前雾霾笼罩形势严峻，改善环境空气质量，已经刻不容缓。作者从技术的角度，介绍了循环流化床半干法脱硫后颗粒物超净排放技术的研究，重点比较了梯度滤料和常规滤料的特性，阐述了褶皱式布袋在设计使用过程中的侧重点，实现燃煤锅炉的超净排放，对改善环境空气质量状况和PM2.5治理具有极其重要的作用。
【关键词】梯度滤料；褶皱式布袋；半干法脱硫；颗粒物超净排放
一、引言
近几年我国大面积、长时间受雾霾笼罩以来，引起人们对大气污染的高度关注。2016年全国338个地级以上城市监测结果显示，有73个城市环境空气质量达标，占21.6%;265个城市环境空气质量超标，占78.4%。2014年9月，国家发改委、环保部、能源局联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》提出：到2020年燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到超低排放限值(即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米)。按照平顶山市人民政府下达的2016年58号文件要求，坑口电厂积极响应市政府超低排放的要求，积极对其2号锅炉脱硫脱硝除尘系统进行超净排放技术改造。
二、工程的燃料及煤灰分析资料
坑口电厂采用循环流化床锅炉燃烧洗选矸石、煤泥、中煤发电已成为实施节能减排的主流。由于它具有煤种适应性广、变负荷能力强、污染物排放低，特别在低氮燃烧和脱硫方面的独特优势。
煤质成份分析表
三、颗粒物超净排放工艺的选择
3.1工程现状：坑口电厂锅炉为330吨循环流化床锅炉，脱硫采用炉内喷钙加炉后半干法两级脱硫;脱硝采用SNCR技术，除尘为低压脉冲袋式除尘器;除尘器设计处理烟气量600000 m3/h，风速为0.85m/min。滤袋为(φ160×7000mm)共3360条，过滤面积为11816 m2。
3.1.1半干法脱硫烟气的特殊性.
循环流化床半干法脱硫系统在脱硫塔出口的粉尘浓度要在1000-1200g/m3以上，粉尘浓度特别大;脱硫塔出口的烟气温度非常低，只有70℃左右，而且需要长期稳定运行在这一温度区间里，最直接的反映就是烟气的含湿量大.
3.2颗粒物超净排放改造注意事项：
对现有机组的袋式除尘器在运行过程中，常常出现“三高”症状,即高阻力，高过滤风速，高排放。高的阻力导致高能耗，也给锅炉安全稳定运行带来极大的隐患;高的过滤速度导致滤袋寿命大幅减少，使运维成本增加很多;高的排放浓度会导致企业减产或停产改造。袋式除尘器的“三高”，困扰电厂多年，直到褶皱布袋技术的出现才得以解决。 褶皱布袋技术，是将传统圆形或椭圆形布袋，做成褶皱状，配合专用笼骨，使滤袋过滤面积能增加50%-150%。因此我厂将滤袋全部更换成采用梯度滤料的褶皱式滤袋，使除尘器过滤面积由原来的11816 m2增加至16800m2，过滤面积增加42.18%，过滤风速由原来的0.85m/min降至0.67m/min，袋笼全部更换成八爪型袋笼。更换成褶皱式布袋后，沉降空间增加了1500mm，增大了重力沉降效果，可以有效降低布袋除尘器阻力。
3.2.1对于喷吹压力的选择。
喷吹压力同气布比有关.褶皱式除尘布袋最好用中低压.如用普通阀门2.5米的除尘布袋0.3-0.5MPa左右就可以。褶皱式除尘布袋的有效内径很小,且同圆袋比,为不规则形状,脉冲气流不需要完全克服负压就可以震掉滤饼,完成清灰，褶皱布袋中间有比较松的部分，喷吹时振动的幅度较大，容易清灰。另外褶皱较浅且中间的空间比较大，不会造成像滤筒清灰那样的结块。
3.2.2、除尘器的壳体在材料和体积上都有节省。
新建的除尘器如果采用同圆袋完全一样的气布比设计,箱体截面积可以减少65%,因此体积可以减少65%,因此材料可以有同样的节省.喷吹管和脉冲阀的数量都相应减少，设计时气布比稍微低一些,比如过滤面积按增加50%来考虑,这样用户会体验到比较长的布袋寿命, 较好的运行效果。
3.3、半干法脱硫后配套褶皱式布袋除尘器的特殊设计
1)气布比的选取
常规半干法脱硫配套布袋除尘器气布比较高，一般在0.75-0.80m/min之间，但在超净排放中，由于布袋入口烟气中含尘量极高、粉尘颗粒粘度、湿度非常大，使得布袋除尘器的过滤面积需要足够大，才能达到较好的过滤效果。同时，为了增大细粉以及PM2.5的捕集效率，滤袋表面须覆盖一定的粉尘层，清灰频率不能过高。经试验，气布比取值须在0.60～0.7m/min之间。
2)气流上升速度的选取
布袋箱体内的气流上升速度是一个非常关键的控制参数。在设计过程中，须保证气流的上升速度小于粉尘颗粒的沉降速度，如果气流上升速度过大，则会造成滤袋清理下来的粉尘悬浮在半空中，甚至会二次夹带到滤袋上，必然造成布袋除尘器的阻力居高不下，使得整个清灰系统处于瘫痪状态。
3)滤料的选择
超细面层梯度结构滤料是针对日益严格的烟气排放标准而开发的一种新型滤料，其主要分为四个部分组成，从上往下依次为：超细纤维层，细纤维层、基布和粗纤维层。传统的滤料采用夹心层对称结构，即基布上下层纤维材料完全一样，过滤方式为深层过滤;该滤料采用纤度/密度分级组合的梯度结构，具体结构见图1-3：表层过滤层由超细PPS纤维形成致密层，迎尘层填充密度梯度结构，中层为高强低伸PTFE基布，里层与迎尘层形成纤度梯度结构，易于空气通过的粗孔层。超细纤维的线密度小，纤维直径越细，透气通道越致密，采用超细纤维制作的梯度结构滤料孔径更加细小，大幅度提高滤料的过滤精度，获取更高的排放值。该梯度层状结构的设计有利于滤饼形成，使滤料过滤精度高且保持较大的透气量，提高粉尘的捕集效率，降低设备运行阻力。传统的滤料采用面层、基布层和底层三层的夹心对称结构，通过针刺或者水刺作用形成紧密的滤料结构，过滤方式多为深层过滤;在实际工作中，滤料过滤含尘烟气时，粉尘粒子能够进入滤料内部，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等效应细微粒易于堵塞纤维之间的孔隙，使得除尘器的阻力上升增加，粉尘残留率较高，清灰频率较频繁。
图1-1三种过滤方式示意图
图1-2传统滤料与电袋梯度滤料梯度结构对比图
图1-3超细面层梯度结构
滤袋作为布袋除尘器的核心部件，有着举足轻重的作用，滤料的选择自然也成了重中之重。对于CFB锅炉半干法脱硫后超净排放选用超细面层梯度结构滤料，梯度结构滤料长期使用温度为160℃，在温度方面能够满足长期使用条件。梯度结构滤料的常规性能测试显示，完全满足国家标准要求。电厂环境工况条件下氮硫含量较低，梯度结构滤料能够完全符合使用工况;针对梯度结构滤料使用高效PTFE渗膜处理，提高其耐酸性、抗氧化腐蚀能力。采用梯度结构滤料，滤料结构层次分明，实现“类表面过滤”，能够将粉尘有效截留在滤料表层，减少粉尘细微颗粒的渗入，大大提高了过滤精度，实现超净超低排放要求，同时也保证了后期的使用设备的运行阻力稳定。
4)预沉降室的设置
由于半干法脱硫塔出口的粉尘浓度要在1000-1200g/m3以上，粉尘浓度特别大。为了减轻滤袋的除尘负荷，须设置预沉降室。为了提高沉降室的除尘效率，须对沉降室做一些特除设计。如在箱体内加装百叶窗导流板，延长粉尘通行路程的同时，使粉尘在重力作用下逐渐沉降下来，或在箱体内加装“人”字形导流板，使气流产生一些小股旋涡，粉尘受到离心力作用，与气体分开，含尘气体中的大颗粒粉尘发生自然沉降并经导流系统分离后直接落入灰斗、其余粉尘在导流系统的引导下，随气流进入箱体过滤区。在布袋除尘器设计时可充分的利用此段，将其容积扩大，粉尘在此处的停留时间增大，提高预沉降室的除尘效率。同时，把布袋缩短1500mm，改变从布袋灰斗进气的传统方式，优化为从布袋下箱体进气的方式，如此一来，使得烟气进入布袋除尘器后上升到滤袋有了一定的空间，也避免了布袋灰斗内处于沸腾状的存灰的二次扬尘。经过如此优化过的沉降室，预除尘效率可达到60～70%。
5)布风系统的均匀性
超净排放设计的布袋除尘器，采用模块化结构设计，室内分为多个小袋室，袋室与袋室之间相互独立，如此一来，各室的进风均匀性至关重要，直接影响着布袋的除尘效果。为此，通过CFD数值模拟来验证流场的均匀性，以下是布风系统设置前后的烟气流场模拟对比图。
未设进风分配系统时的烟气流场
设置进风分配系统时的烟气流场
通过流场分析，可以很清晰的发现，在未设置布风分配系统的情况下，各个袋室的烟气负荷极不均匀，靠近尾部的袋室烟气负荷偏大，这样必将导致尾部布袋室超负荷运行，气布比和气流上升速度都将严重超出设计值，导致室差压过大，清灰过于频繁，甚至无法正常清灰。在设置了布风分配系统以后，可以发现，各个袋室的烟气负荷较之前有了明显的变化，烟气分配也非常均匀，为清灰系统正常运行提供了有力的保障。
6)旁路系统的取消
常规的布袋除尘器一般设置内置式旁路，当锅炉爆管时，切换烟气走向以保护布袋。但是在超净排放系统中，布袋除尘器的旁路密封性及其重要，正常运行时，如果密封性不好，原烟气极易泄露，对净烟气排放浓度造成影响，导致烟尘排放浓度超标，而旁路阀又很难做到零泄漏。与此同时，环保局已经明文规定脱硫除尘系统不准设置任何旁路系统，为此在超净排放的系统中，考虑取消内置旁路系统，杜绝泄漏的一切可能性。
四、结论
在循环流化床锅炉的半干法脱硫系统中，配套的布袋除尘器承担着举足轻重的作用，采用梯度滤料的褶皱式布袋除尘器对原有常规布袋除尘器进行优化升级改造，方能满足当下严格的粉尘排放标准。在加快空气质量改善和PM2.5治理问题解决的当下，具有很好的推广意义。我们采用国内独特的超洁净干法脱硫除尘一体化技术，该技术与湿法脱硫相比无视觉污染，更没有低温烟气排放造成明显的烟羽问题。同时配套更新烟气在线监测设备，于 2016年10月30日完成改造与省、市环保部门联网，实现了一次联机试运、点火、并网成功。经河南广电计量检测有限公司对二号锅炉超低排放验收监测，在基准氧含量6%的条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物(含一氧化氮、二氧化氮)排放浓度分别不高于2毫克/立方米、15毫克/立方米、30毫克/立方米，达到了燃机排放水平。
（文章来源：中国平煤神马集团坑口电厂 ，作者：张福根 崔喜军 葛平 陈风利）
作者简介：崔喜军，男，汉族，河南郑州人，高级工程师，出生于1975年1月，先后获中国煤炭工业协会创新成果1项、省、市科技成果一等奖2项，公司科技成果一等奖2项、二等奖8项、三等奖7项，厂科技成果特等奖12项，发表论文18篇。
通信地址：中国平煤神马集团坑口电厂安全环保科河南平顶山 467000
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