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一、概论
烟尘是造成大气污染的主要因素之一,减少大气污染的根本措施就是减少有害物质向大气的排放。目前国家环保标准趋于严格,对污染物排放征收的费用和要求也越来越高。过去只要达标就可以免交排污费,而且排放标准要求也比较低,电厂相对比较容易实现达标排放。现在排放标准提高了,采用静电除尘器达标就相对比较困难,而且即使达标了,也会对污染物征收排放费。因此,燃煤电厂在选择锅炉烟气净化设备时必须考虑这些客观因素。
在选择除尘技术时,应充分考虑经济性、可靠性、适用性和社会性等方面的影响。除尘技术的确定受到当地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的影响。
针对目前环保要求、污染物排放费用的征收情况以及静电除尘器布袋除尘器在性能上的差异和在各行各业应用的实际情况,对两种除尘器在实际应用中的基本性能做一个简单客观的对比。
二、除尘效率
众所周知,布袋除尘器静电除尘器有更高的除尘效率,尤其对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。通常除尘效率可达99.99%以上,排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3,甚至可达10 mg/Nm3以下,几乎实现零排放。
从目前电力行业燃煤锅炉应用的情况来看,布袋除尘器的排放能保证在30 mg/Nm3以下。呼和浩特电厂两台200MW机组的锅炉烟气净化采用了布袋除尘器,从CEMS系统长期自动监测的结果和权威检测单位的测试人员人工采样测试的结果来看,排放浓度均低于27 mg/Nm3。
随着国家环保标准的进一步提高和越来越多的电厂燃用低硫煤(或者经过了高效脱硫),就电除尘器而言,即使达标也变得越来越困难。而布袋除尘器其高效的过滤机理决定了它不受燃烧煤种物化性能变化的影响,具有稳定的除尘效率。针对目前国家环保的排放标准和排放费用的征收办法,布袋除尘器所带来的经济效益是显而易见的。
三、系统变化对除尘器的影响
燃煤电厂的煤种相对稳定,但也不能避免遇到煤种或煤质发生变化的时候;锅炉系统是一个经常变动和调节的系统,因此从锅炉中出来的烟气物化性能、烟尘浓度、温度等参数也不能保证不发生变化。这一系列的变化,针对不同的除尘器会引起明显不同的变化。下面从主要的几个方面进行对比:
1、送、引风机风量不变,锅炉出口烟尘浓度变化
布袋除尘器:烟尘浓度的变化只引起布袋除尘器滤袋负荷的变化,从而导致清灰频率改变(自动调节)。烟尘浓度高滤袋上的积灰速度快,相应的清灰频率高,反之清灰频率低,而对排放浓度不会引起变化。对静电除尘器:烟尘浓度的变化直接影响粉尘的荷电量,因此也直接影响了静电除尘器的除尘效率,最终反映在排放浓度的变化上。通常烟尘浓度增加除尘效率提高,排放浓度会相应增加;烟尘浓度减小除尘效率降低,排放浓度会相应降低。
2、锅炉烟尘量不变,送、引风机风量变化
布袋除尘器:由于风量的变化直接引起过滤风速的变化,从而引起设备阻力的变化,而对除尘效率基本没有影响。风量加大设备阻力加大,引风机出力增加;反之引风机出力减小。
静电除尘器:风量的变化对设备没有什么太大影响,但是静电除尘器的除尘效率随风量的变化非常明显。若风量增大,静电除尘器电场风速提高,粉尘在电场中的停留时间缩短,虽然电场中风扰动增强了荷电粉尘的有效驱进速度,但是这不足以抵偿高风速引起的粉尘在电场中驻留时间缩短和二次扬尘加剧所带来的负面影响,因此除尘效率降低非常明显;反之,除尘效率有所增加,但增加幅度不大。
3、温度的变化
布袋除尘器:烟气温度太低,结露可能会引起“糊袋”和壳体腐蚀,烟气温度太高超过滤料允许温度易“烧袋”而损坏滤袋。但是如果温度的变化是在滤料的承受温度范围内,就不会影响除尘效率。引起不良后果的温度是在极端温度(事故/不正常状态)下,因此对于布袋除尘器就必须设有对极限温度控制的有效保护措施。
对静电除尘器:烟气温度太低,结露就会引起壳体腐蚀或高压爬电,但是对除尘效率是有好处的;烟气温度升高,粉尘比电阻升高不利于除尘。因此烟气温度直接影响除尘效率,且影响较为明显。
4、烟气物化成分(或燃烧煤种)变化
布袋除尘器:烟气的物化成份对布袋除尘器的除尘效率没有影响。但是如果烟气中含有对所有滤料都有腐蚀破坏的成分时就会直接影响滤料的使用寿命。
对静电除尘器:烟气物化成份直接引起粉尘比电阻的变化,从而影响除尘效率,而且影响很大。影响最为直接的是烟气中硫氧化物的含量,通常硫氧气化物的含量越高,粉尘比电阻越低,粉尘越容易捕集,除尘效率就高;反之,除尘效率就低。另外烟尘中的化学成分(如硅、铝、钾、钠等含量)的变化也将引起除尘效率的明显变化。
5、气流分布
布袋除尘器:除尘效率与气流分布没有直接关系,即气流分布不影响除尘效率。但除尘器内部局部气流分布应尽量均匀,不能偏差太大,否则会由于局部负荷不均或射流磨损造成局部破袋,影响除尘器滤袋的正常使用寿命。
静电除尘器:静电除尘器非常敏感电场中的气流分布,气流分布的好坏直接影响除尘效率的高低。在静电除尘器性能评价中,气流分布的均方根指数通常是评价一台静电除尘器的好坏的重要指标之一。
6、空气预热器及系统管道漏风
布袋除尘器:对于耐氧性能差的滤料会影响布袋寿命,比如:RYTON滤料,但是除尘效率不受影响。由于混入冷风系统风量增加导致系统阻力增加。
静电除尘器:设备阻力无明显变化,但是系统风量增加提高了电场风速对除尘效率有影响。
四、运行与管理
布袋除尘器与静电除尘器是两种完全不同的除尘设备,在运行和管理上也有很大的不同之处,下面就针对一些基本问题做一些对比:
1、运行与管理
布袋除尘器:运行稳定,控制简单,没有高电压设备,安全性好,对除尘效率的干扰因素少,排放稳定。
由于滤袋是布袋除尘器的核心部件,是布袋除尘器的心脏,且相对比较脆弱、易损,因此设备管理要求严格。
对静电除尘器:运行中对除尘效率的干扰因素多,排放不稳定;控制相对较为复杂,高压设备安全防护要求高。由于静电除尘器均为钢结构,不易损坏,相对于布袋除尘器,设备管理要求不很严格。
2、停机和启动
布袋除尘器:方便,但长期停运时需要做好滤袋的保护工作。
对静电除尘器:方便,可随时停机。
3、检修与维护
布袋除尘器:可实现不停机检修,即在线维修。
静电除尘器:检修时一定要停机
五、设备投资
作为用户,最为关心的是除尘器的投资问题,下面就针对两种除尘器在不同条件下的投资情况做一个对比:
1、对于常规的烟气条件和粉尘(主要是指比较适合静电除尘器的烟气),两种除尘器排放浓度要达到目前较低的环保要求(如150mg/m3)初期投资布袋除尘器比静电除尘器约高20-35%左右
2、对于低硫高比电阻粉尘、高SIO2、AL2O3类不适合静电除尘器捕集的粉尘,两种除尘器要达到目前较低的环保要求(如150mg/m3)初期投资静电除尘器和布袋除尘器相当或静电除尘器投资高些。
对于采用典型的煤种的锅炉,如准格尔煤田和勃海湾煤田的煤种,静电除尘器投资比布袋除尘器高。
3、通常条件下达到相同的除尘效率或者说达到相同的排放浓度,静电除尘器的投资通常要比布袋除尘器的投资高。以呼和浩特电厂200MW机级为例:
布袋除尘器:每台机组的除尘器投资<2000万元,保证排放浓度<50mg/Nm3以下。
静电除尘器:按四电场,比集尘面积130m2/m3/S计算。达标250mg/Nm3,每台除法器投资约2500万元。
六、运行维护费用
设备运行维护费用是对除尘器经济性分析的重要依据,下面就针对两种除尘器的运行费用做一个对比:
1、运行能耗
布袋除尘器:风机能耗大,清灰能耗小。
对静电除尘器:风机能耗小,电场能耗大。
但是,总体来讲两种除尘器的电耗相当。对于静电除尘器难以捕集的粉尘,或者说当静电除尘器的电场数量超过4电场时,静电除尘器的能耗比布袋除尘器的要高,也就是说此时的静电除尘器运行费用要比布袋除尘器高。如果按照即将出台的新环保标准,静电除尘器要是做到达标话,必定是采用4电场以上的静电除尘器,其电耗也就一定比布袋除尘器高。
2、维护费用
布袋除尘器的维护检修费用主要是滤袋更换费,从目前实际运行情况来看,一次滤袋的更换费用只需要1.5-2年排污费比静电除尘器的少缴部分就可以抵偿。
静电除尘器的维护维修费用主要是对阳极板、阴极线和振打锤等的更换等。此项费用较高,但年限比较长,约6年左右。
3、经济效益分析
实际运行中布袋除尘器的排放浓度约是静电除尘器的10%,因此,电厂采用布袋除尘器实际交缴的排污费也为静电除尘器排污费的1/10左右。如果按照目前国家征收排污费的情况来看,采用布袋除尘器后每炉/每年的排污费少缴部分是相当可观的,至少上百万到几百万元。按照以前达标即不需要交纳排污费的话,采用布袋除尘器就可以免交排污费。另外,布袋除尘器有约5%左右的脱硫效率;这同样可以减少电厂二氧化硫的排污费。目前,我公司正在组织人力进行布袋除尘器滤料表面粉尘层剂制粒技术脱硫的开发,在接下来的项目中,我们将逐步采用布袋除尘器实现除尘和干法脱硫一体化技术,届时,我们将为目前已有的布袋除尘器实现除尘脱硫一体化。
总之,新的环保标准出台以后,静电除尘器要想做到达标排放,就必须采用4电场以上的除尘器。此时静电除尘器的初期投资已经比布袋除尘器高,同时4电场以上的静电除尘器(或者4电场的高比积尘面积)运行电耗要比布袋除尘器的高很多。因此在新的环保要求下,静电除尘器即使达标,其初期投资和运行费用都比布袋除尘器高。另外,静电除尘器的排放浓度总是在布袋除尘器的10倍左右,目前新的排污费制度下,即使达标了也要对排放粉尘量进行收费,因此两种除尘器即使达标以后,静电除尘器又比布袋除尘器让电厂多支出了一笔费用。因此,布袋除尘器必将成为工业粉尘控制的首选设备。
表5:布袋除尘器与电除尘器的比较表
比较的内容名称布袋除尘器静电除尘器
烟气特性的影
响烟气的温度敏感,决不能超温对效率有影响
压力影响极小影响小
湿度不利,不能超过极限有利,但要防腐蚀
氧,硫氧化物(SOX)影响滤料的选择有利
烟气的其它成分几乎没影响几乎没影响
流量对效率影响不大对效率影响较大
含尘浓度效率稳定,影响寿命效率有一定变化
气流均布不敏感,效率稳定对效率影响较大
粉尘特性影
响粉尘的粒径分布影响小,效率稳定对效率影响较大
真密度、堆积密度影响极小比电阻值大时影响较大
粘附性不利有一定影响
比电阻无影响,效率稳定对效率影响大
粉尘的化学成分影响滤料的选择对效率影响大
粉尘硬度影响滤袋寿命几乎没影响
设备结构的影响各种形式都效率高对效率有一定影响
运行及机组起停的影响影响较大,要求严格影响小
维修技术含量低工作量小
设备故障运行的影响对负荷率影响较大可维持运行,对负荷率影响较小
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