燃水煤漿工業(yè)鍋爐除塵的初步研究

問(wèn)題探討煤炭工程2003年第4期燃水煤漿工業(yè)鍋爐除塵的初步研究高明峰王祖訥聶麗君柴保明〔中國礦業(yè)大學(xué)北京校區化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院北京100083)摘要水煤漿是一種新型煤基代油清潔燃料將廣泛應用在工業(yè)和電站鍋爐其燃燒產(chǎn)生旳飛灰的化學(xué)成分與燃煤成分相同。由于水煤漿及燃燒旳自身特點(diǎn)其飛灰和煙氣的特性指標同比燃煤存在一定的差異其可收集性要優(yōu)于燃煤飛灰。闡明采用干法而避開(kāi)濕法收集優(yōu)先選用脈沖布袋除塵器和電除塵器。為降低電除塵器的設備成本和使之高效、安全、可靠地運行提出了在設計中注意把握的幾個(gè)方面對于煙氣量小的工業(yè)鍋爐采用組合式電除塵器。關(guān)鍵詞水煤漿江業(yè)鍋爐脈沖布袋除塵器電除塵器中圖分類(lèi)號:T98文獻標識碼B文章編號】671-095%20034-0054-03An Exploration of Cleaning the Ash From Smoke of Industry Coal Slurry boilerGAO Ming-feng WANG Zu-ne , IE Li- jun A HAI Bao-mingCollege of Chemical and Environment Engineering cumt Beiing 100083 China)Abstract :As a new type clean fuel. Coal slurry will be widely used in the industry boiler or powertion boiler. Although the ash from the coal slurry boiler has the same chimical conslituent comparedwith the ash from coal boiler. Due to the combustion of coal slurry has some special characteristic.Thereare some difference between the characteristic index of coal slurry smoke ash and that of coal smoke ashtability of the coal slurry smoke ash is better than that of coal smoke ash. Cyclone So dry cyclone is better than wet. The pulse cloth bag and electrostatic precipitator have advantage in the cleaningn order to get high efficient safety standard and reliability some items that should pay attention to are pro-posed. It is recommended that the combined electrostatic precipitator should be used in the cleaning smokeash of small capacity boilerKey words coal slurry ,industry boiler pulse cloth bag electrostatic precipitator業(yè)窯爐等成為替代燃料油和煤的低污染的經(jīng)濟燃料。0引言水煤漿根據制漿用煤的灰分的高低可分為超低灰水煤水煤漿作為一種低污染高效率、流動(dòng)性強的新型煤基A≤1%入低灰水煤漿A=1-3%)中灰水煤漿(A=4代油清潔燃料近年來(lái)在國內外得以迅速發(fā)展。普通水煤漿-15%和高灰水煤漿A=25-30%)目前鍋爐一般采用的是由70%的煤、30%的水和少量添加劑組成通過(guò)物理加工是中灰水煤漿也就是所謂的普通水煤漿。本文主要探討的和處理制成一種類(lèi)似流體的燃料具有像燃料油那樣貯存、是燃普通水煤漿的中小鍋爐。輸送、霧化、燃燒等特點(diǎn)?，F在我國燃水煤漿的工業(yè)鍋爐大雖然水煤漿為低灰分、低污染燃料但其燃燒過(guò)程有其部分是由燃煤、燃油的爐子改造的而且數量極為有限。隨自身的特點(diǎn)其產(chǎn)生的飛灰對大氣產(chǎn)生的污染也不容忽視著(zhù)人們對環(huán)境意識的不斷增強和國家對環(huán)境保護的日益重筆者認為應該從水煤漿本身及燃燒過(guò)程的特點(diǎn)出發(fā)對飛視冋以預見(jiàn)水煤漿將廣泛應用在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、工灰和煙氣的特性指標做定性和定量分析結合鍋爐的工況條*收稿日期2002-09-19作者簡(jiǎn)介高明峰1964—-)男遼寧海城人博士生高級工程師主要從事潔凈煤技術(shù)煙氣凈化方面的研究在國內外2003年第4期煤炭工程問(wèn)題探討件找出合理的除塵方法力求經(jīng)濟、適用、可靠。量。表3為實(shí)驗室實(shí)測的不同溫度下的比電阻的值并繪出水煤漿燃燒及燃燒產(chǎn)生的飛灰特點(diǎn)了比電阻-溫度變化曲線(xiàn)如圖1。工況比電阻比此要低1~2個(gè)數量級。1.1產(chǎn)生污染物的種類(lèi)表3水煤漿灰樣比電阻實(shí)測值煤是水煤漿的主要成分所以水煤漿在燃燒過(guò)程中與燃溫度℃室溫35557595115135155175195215燒煤一樣會(huì )產(chǎn)生煙塵等污染物其污染物的種類(lèi)及化學(xué)成分比電1823681733817321438與燃煤相同水煤漿燃燒產(chǎn)生的主要污染物有:飛灰、硫的氧1010101l10111012101101040100101010°化物和氮的氧化物。飛灰的主要成分有SO2、A2O、Fe2O3實(shí)驗條件實(shí)驗室室溫15℃相劉濕度20%粉塵過(guò)60目篩CaOK2ONa2O等氧化物表1為新汶礦物局良莊煤某礦的6/hx10 QCA燃水煤漿鍋爐灰成分分析結果。表1水煤漿灰樣化學(xué)成分組成飛灰的化學(xué)成分組成/水煤漿飛灰朝9,4433,125.592.81,B30.862.1019130,6硫的氧化物主要是SO2、S0氣體;氮的氧化物主要是芻B即艮日因呂旦;"cNO、NO2氣體這些飛灰和有害氣體排放到大氣中給我們的圖1比電阻一溫度變化曲線(xiàn)生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。1.2水煤漿燃燒方式及飛灰的產(chǎn)生特點(diǎn)1.5煙氣溫度與濕度燃水煤漿的鍋爐的排煙溫度一般在145-175℃之間。水煤漿具有液體燃料的特性所以它采用的是液體燃料噴射霧化的方式燃燒目前國內應用在鍋爐上,都是采用以由于燃燒時(shí)普通水煤漿中含有30%的水分要蒸發(fā)所以同壓縮空氣為介質(zhì)的空氣霧化燃燒。水煤漿的制備通常是以比燃煤鍋爐的煙氣溫度要低一些而煙氣濕度要比燃煤鍋爐洗選精煤為原料加工而成燃燒過(guò)程中必產(chǎn)生一定量的飛的煙氣濕度高得多燃水煤漿煙氣濕度為13.9~21.3%燃灰其灰分含量比原煤要低得多所以就飛灰的生成源本身煤某粉為58-8.1而言水煤漿燃燒產(chǎn)生的飛灰會(huì )大大少于直接燃燒粉碎后的16煙氣的含塵濃度煤粉。而燃燒后通過(guò)對流受熱面的飛灰排放量卻高于同比筆者曾去過(guò)勝利油田熱電廠(chǎng)實(shí)地考察其10h水煤漿燃煤的鏈條爐的飛灰排放量鍋爐的排煙濃度為5gm3新汶良莊礦6t/h水煤漿鍋爐的排水煤漿煤顆粒的平均粒度為38-45m霧化燃燒的同時(shí)煙濃度為6m3這與理論計算的數值大體相符當然煙氣濃采用爐底吹風(fēng)清灰即可清灰又可提高燃燒效率。一般普通度與燃燒方式霧化細度、煤質(zhì)、燃燒過(guò)程的結團情況有關(guān)水煤漿含灰分小于10%燃燒后通過(guò)沉降在灰斗和尾部煙道中的灰占10~20%而80~90%的灰以飛灰形式隨煙氣排不同的條件其煙氣含塵濃度不同。從各方面掌握的資料來(lái)走實(shí)際有8~9%灰分從煙道排走。如果鏈條爐燃煤的灰分看水煤漿鍋爐的煙氣含塵濃度大致在4~15gm之間應為30%其中大約10%的灰分以飛灰形式隨煙氣排走實(shí)際該說(shuō)含塵濃度不是太高。大約有3%的灰分從煙道排走。也就是說(shuō)在此相同條件下,1.7飛灰在電場(chǎng)中的有效驅進(jìn)速度燃水煤漿的排塵量是燃煤排塵量的近3倍筆者在實(shí)驗室冷態(tài)條件下做了模擬靜電收塵實(shí)驗。粉1.3飛灰的粒度分布塵濃度的測定采用等速采樣濾膜稱(chēng)重法測出儀器采用自動(dòng)水煤漿燃燒產(chǎn)生的飛灰的平均粒徑通常大于制漿煤粉。煙塵測試儀按下式可記算出除塵效率n)原因是水煤漿霧化后每個(gè)漿滴包含多個(gè)煤粒;另外漿滴經(jīng)n=[(QC-Q:C)QC1×100%霧化干燥后隨著(zhù)揮發(fā)分的析岀相鄰煤顆粒之間粘附在Q、Q為進(jìn)出口得實(shí)測風(fēng)量m3/min,C1、C3為進(jìn)出口粉起發(fā)芏結團現象而煤粉卻是單顆粒燃燒。水煤漿飛灰的粒度大致分布在1-100m之間它與燃塵濃度mgym燒方式、霧化細度、煤質(zhì)、燃燒過(guò)程結團情況有關(guān)。表2為新集塵面積A(m2)和單位時(shí)間煙氣處理量∝m3/s)為已汶良莊煤礦6th鍋爐燃水煤漿的飛灰粒度分布。知則根據 Deustch效率方程式n=1-e(-AQ可以求出表2水煤漿灰樣粒度分布有效驅進(jìn)速度o=-QA1(1-n)計算結果a=9.35cm/s原型、<↓m<1smm場(chǎng)mm男m粒度分布/%這是在實(shí)驗室冷態(tài)條件下做的結果工況條件下粉塵比電阻改造前)要小由于極距的加寬而使電源二次電壓要比實(shí)驗高出許鏈條爐水煤獎012.61.31252818.613.61235.27多所以工況條件下的有效驅進(jìn)速度>lmws這個(gè)值近于1.4飛灰的比電阻從上面對水煤漿飛灰的成分、粒度分布、比電阻、有效驅水煤漿飛塵的比電阻較燃煤飛灰要小。其原因有二是水煤漿中含水30%左右其濕度要大于燃煤飛灰二是制進(jìn)速度等綜合分析得出結論冰水煤漿飛灰的可收集性要優(yōu)問(wèn)題探討煤炭工程2003年第4期對燃水煤漿工業(yè)鍋爐除塵的探討高,般在4~15g/m洇氣溫度在145-175℃之間所以燃水煤漿工業(yè)鍋爐完全可以采用電除塵器作為除塵設備。2.1燃水煤漿工業(yè)鍋爐的除塵設備的選用由于我們面對的是中小鍋爐煙氣量每小時(shí)從幾千到幾中小工業(yè)鍋爐大部分為燃煤型燃水煤漿是由燃煤或燃萬(wàn)立方米如要選用電除塵器,定要考慮設備的投資成本。油改造的目前采用的除塵設備大部分為機械力重力、慣性選用經(jīng)濟可靠型電除塵器的設計應考慮下面幾個(gè)方面力離心力除塵器和濕式除塵器采用布袋除塵器和電除塵1對于煙氣量40000h以上的可考慮用臥板式電除器占少數。普遍存在的問(wèn)題是設備老化除塵效率低不塵器同極間距可放寬400-500mn這可以降低鋼耗量對能達到環(huán)保排放要求;由于設計不合理和使用不當導致于放電極,律采用芒刺線(xiàn)。設備故障頻發(fā)③對于濕法除塵形成的廢液泥漿不采取處2)于煙氣濃度不高可采用單室二電場(chǎng)減少供電區理措施亂排亂放帶來(lái)了新的二次污染?？梢詼p少供電電源套數同樣可以降低投資采用機械式除塵裝置具有結構簡(jiǎn)單、投資少、運行維護3燼可能采用頂部電磁振打這樣可以使電除塵器結構費用低、耐高溫的優(yōu)點(diǎn)但除塵效率低只適用于捕集粒徑大緊湊占地面積小維修方便同樣降低鋼耗量于15/m的塵粒所以不能滿(mǎn)足排放要求,一般可作為粗凈化對于煙氣量在3000h以下的可考慮用立管式組或一級除塵使用。濕式除塵器有水膜除塵器、文氏管除塵合式電除塵器。比如旋風(fēng)除塵器與管式電除塵器的組合增器、泡沬除塵器等,它們具有除塵效率高、結構簡(jiǎn)單、造價(jià)低加煙氣在器內的處理時(shí)間這樣可降低設備的自重但要注的優(yōu)點(diǎn)但存在最大的缺點(diǎn)是會(huì )帶來(lái)二次污染要考慮對意清灰效果減少粉塵的二次飛廢液和泥漿的處理飛灰中的金屬與非金屬的氧化物遇水5對于立管式電除塵器在保證煙氣和灰塵能順利排出后其活化性大大降低失去所利用的價(jià)值。綜合評價(jià)上面的條件下可考慮將除塵器放在鍋爐房的頂部不僅不用風(fēng)兩種類(lèi)型的除塵設備是不可取的機而且省去煙囪和管道。中國環(huán)境法暫定燃煤電站鍋爐的煙氣排放粒子濃度不6對同一鍋爐房中多臺小鍋爐要考慮采用一臺除塵器超過(guò)8mg/Nm而歐洲與美國已經(jīng)使用的更加嚴格的粒子集中處理。排放要求即每100w/h的電能不超過(guò)0.15kg粒子這個(gè)7)于水煤漿飛灰的比電阻在3×10gcm左右比電數值相當于7-10m/Nm。對于這種對環(huán)境要求愈加嚴格阻偏高所以采用脈沖供電為佳可以有效地抑制反電暈發(fā)的條件下筆者認為對于燃水煤漿工業(yè)鍋爐的除塵應優(yōu)先生。為降低電源成本可以用一套電源實(shí)現脈沖供電即在變選用布袋除塵器和電除塵器壓器低壓端產(chǎn)生脈沖然后通過(guò)升壓整流后形成脈沖供電。2.2布袋除塵器3結語(yǔ)布袋除塵器也稱(chēng)為過(guò)濾式除塵器其特點(diǎn)是應用廣泛除塵效率高一般可達9%以上可實(shí)現近于零排放可捕集燃水煤漿工業(yè)鍋爐的飛灰與燃煤鍋爐的飛灰的化學(xué)成亞微米粒徑顆粒不受粉塵的比電阻影響涏理煙氣量的范分相同由于水煤漿本身的特點(diǎn)及燃燒方式的不同其粒度圍大洴可處理高濃度的含塵氣體選擇合適的濾料可處理分布、比電阻、有效驅進(jìn)速度有所不同江工況條件下的煙塵濃200℃左右的高溫氣體。在保證相同的除塵效率的前提下,度、煙氣溫度、濕度也存在一定的差異通過(guò)定量與定性分析其造價(jià)和運行費用低于電除塵器滉外對于燃煤質(zhì)燃料的鍋得出燃水煤漿工業(yè)鍋爐的飛灰的可收集性要優(yōu)于燃煤的工爐還具有脫硫作用。業(yè)鍋爐。九十年代初國際流行一種先進(jìn)低壓脈沖反吹式布袋除除塵應采用干法方式并優(yōu)先選用脈沖布袋除塵器和電塵器噴吹實(shí)現了低壓力、短脈沖、離線(xiàn)清灰、長(cháng)濾袋具有過(guò)除塵器計對煙氣量小的如用電除塵器應選用立管組合式濾風(fēng)速大、重量輕、占地少、投資省、高效率低能耗的優(yōu)點(diǎn)電除塵器為使電除塵器高效率、安全、可靠運行的同時(shí)降低對燃水煤漿中小工業(yè)鍋爐煙氣量小的每小時(shí)幾千立方設備的投資成本和運行成本注意把握設計中的各個(gè)環(huán)節。米大到幾萬(wàn)立方米煙氣溫度一般小于200℃且粉塵的比電阻偏高適合選用脈沖反吹式布袋除塵器作為除塵設備,參考文獻它與電除塵器相比可降低投資成本和運行費用同樣達到[1]毛健雄等煤的清潔燃燒.科學(xué)出版社2000較高的除塵效[2]郝吉明等大氣污染控制工程高等教育出版社1992.3電除塵器[3]岑可法姚強等.煤漿燃燒、流動(dòng)、傳熱和汽化的理論電除塵器特點(diǎn)是除塵效率高可達9%以上阻力小與應用技術(shù)浙江大學(xué)出版社1997能耗低烻理煙氣量大河處理高溫氣體捕集亞微米級的粒[4]王錫高.脈沖袋式除塵技術(shù)在燃煤鍋爐中的應用.鍋爐子。前面分析了水煤漿飛灰的成分,實(shí)測粒度分布在技術(shù).200281-100m之間在工況條件下北比電阻在1.4~7×109cm