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一、概論
煙塵是造成大氣污染的主要因素之一,減少大氣污染的根本措施就是減少有害物質向大氣的排放。目前國家環保標準趨于嚴格,對污染物排放征收的費用和要求也越來越高。過去只要達標就可以免交排污費,而且排放標準要求也比較低,電廠相對比較容易實現達標排放。現在排放標準提高了,采用靜電除塵器達標就相對比較困難,而且即使達標了,也會對污染物征收排放費。因此,燃煤電廠在選擇鍋爐煙氣凈化設備時必須考慮這些客觀因素。
在選擇除塵技術時,應充分考慮經濟性、可靠性、適用性和社會性等方面的影響。除塵技術的確定受到當地條件、現場條件、燃燒煤種特性、排放標準和需要達到的除塵效率等多種因素的影響。
針對目前環保要求、污染物排放費用的征收情況以及靜電除塵器布袋除塵器在性能上的差異和在各行各業應用的實際情況,對兩種除塵器在實際應用中的基本性能做一個簡單客觀的對比。
二、除塵效率
眾所周知,布袋除塵器靜電除塵器有更高的除塵效率,尤其對人體有嚴重影響的重金屬粒子及亞微米級塵粒的捕集更為有效。通常除塵效率可達99.99%以上,排放煙塵濃度能穩定低于50mg/Nm3,甚至可達10 mg/Nm3以下,幾乎實現零排放。
從目前電力行業燃煤鍋爐應用的情況來看,布袋除塵器的排放能保證在30 mg/Nm3以下。呼和浩特電廠兩臺200MW機組的鍋爐煙氣凈化采用了布袋除塵器,從CEMS系統長期自動監測的結果和權威檢測單位的測試人員人工采樣測試的結果來看,排放濃度均低于27 mg/Nm3。
隨著國家環保標準的進一步提高和越來越多的電廠燃用低硫煤(或者經過了高效脫硫),就電除塵器而言,即使達標也變得越來越困難。而布袋除塵器其高效的過濾機理決定了它不受燃燒煤種物化性能變化的影響,具有穩定的除塵效率。針對目前國家環保的排放標準和排放費用的征收辦法,布袋除塵器所帶來的經濟效益是顯而易見的。
三、系統變化對除塵器的影響
燃煤電廠的煤種相對穩定,但也不能避免遇到煤種或煤質發生變化的時候;鍋爐系統是一個經常變動和調節的系統,因此從鍋爐中出來的煙氣物化性能、煙塵濃度、溫度等參數也不能保證不發生變化。這一系列的變化,針對不同的除塵器會引起明顯不同的變化。下面從主要的幾個方面進行對比:
1、送、引風機風量不變,鍋爐出口煙塵濃度變化
布袋除塵器:煙塵濃度的變化只引起布袋除塵器濾袋負荷的變化,從而導致清灰頻率改變(自動調節)。煙塵濃度高濾袋上的積灰速度快,相應的清灰頻率高,反之清灰頻率低,而對排放濃度不會引起變化。對靜電除塵器:煙塵濃度的變化直接影響粉塵的荷電量,因此也直接影響了靜電除塵器的除塵效率,最終反映在排放濃度的變化上。通常煙塵濃度增加除塵效率提高,排放濃度會相應增加;煙塵濃度減小除塵效率降低,排放濃度會相應降低。
2、鍋爐煙塵量不變,送、引風機風量變化
布袋除塵器:由于風量的變化直接引起過濾風速的變化,從而引起設備阻力的變化,而對除塵效率基本沒有影響。風量加大設備阻力加大,引風機出力增加;反之引風機出力減小。
靜電除塵器:風量的變化對設備沒有什么太大影響,但是靜電除塵器的除塵效率隨風量的變化非常明顯。若風量增大,靜電除塵器電場風速提高,粉塵在電場中的停留時間縮短,雖然電場中風擾動增強了荷電粉塵的有效驅進速度,但是這不足以抵償高風速引起的粉塵在電場中駐留時間縮短和二次揚塵加劇所帶來的負面影響,因此除塵效率降低非常明顯;反之,除塵效率有所增加,但增加幅度不大。
3、溫度的變化
布袋除塵器:煙氣溫度太低,結露可能會引起“糊袋”和殼體腐蝕,煙氣溫度太高超過濾料允許溫度易“燒袋”而損壞濾袋。但是如果溫度的變化是在濾料的承受溫度范圍內,就不會影響除塵效率。引起不良后果的溫度是在極端溫度(事故/不正常狀態)下,因此對于布袋除塵器就必須設有對極限溫度控制的有效保護措施。
對靜電除塵器:煙氣溫度太低,結露就會引起殼體腐蝕或高壓爬電,但是對除塵效率是有好處的;煙氣溫度升高,粉塵比電阻升高不利于除塵。因此煙氣溫度直接影響除塵效率,且影響較為明顯。
4、煙氣物化成分(或燃燒煤種)變化
布袋除塵器:煙氣的物化成份對布袋除塵器的除塵效率沒有影響。但是如果煙氣中含有對所有濾料都有腐蝕破壞的成分時就會直接影響濾料的使用壽命。
對靜電除塵器:煙氣物化成份直接引起粉塵比電阻的變化,從而影響除塵效率,而且影響很大。影響最為直接的是煙氣中硫氧化物的含量,通常硫氧氣化物的含量越高,粉塵比電阻越低,粉塵越容易捕集,除塵效率就高;反之,除塵效率就低。另外煙塵中的化學成分(如硅、鋁、鉀、鈉等含量)的變化也將引起除塵效率的明顯變化。
5、氣流分布
布袋除塵器:除塵效率與氣流分布沒有直接關系,即氣流分布不影響除塵效率。但除塵器內部局部氣流分布應盡量均勻,不能偏差太大,否則會由于局部負荷不均或射流磨損造成局部破袋,影響除塵器濾袋的正常使用壽命。
靜電除塵器:靜電除塵器非常敏感電場中的氣流分布,氣流分布的好壞直接影響除塵效率的高低。在靜電除塵器性能評價中,氣流分布的均方根指數通常是評價一臺靜電除塵器的好壞的重要指標之一。
6、空氣預熱器及系統管道漏風
布袋除塵器:對于耐氧性能差的濾料會影響布袋壽命,比如:RYTON濾料,但是除塵效率不受影響。由于混入冷風系統風量增加導致系統阻力增加。
靜電除塵器:設備阻力無明顯變化,但是系統風量增加提高了電場風速對除塵效率有影響。
四、運行與管理
布袋除塵器與靜電除塵器是兩種完全不同的除塵設備,在運行和管理上也有很大的不同之處,下面就針對一些基本問題做一些對比:
1、運行與管理
布袋除塵器:運行穩定,控制簡單,沒有高電壓設備,安全性好,對除塵效率的干擾因素少,排放穩定。
由于濾袋是布袋除塵器的核心部件,是布袋除塵器的心臟,且相對比較脆弱、易損,因此設備管理要求嚴格。
對靜電除塵器:運行中對除塵效率的干擾因素多,排放不穩定;控制相對較為復雜,高壓設備安全防護要求高。由于靜電除塵器均為鋼結構,不易損壞,相對于布袋除塵器,設備管理要求不很嚴格。
2、停機和啟動
布袋除塵器:方便,但長期停運時需要做好濾袋的保護工作。
對靜電除塵器:方便,可隨時停機。
3、檢修與維護
布袋除塵器:可實現不停機檢修,即在線維修。
靜電除塵器:檢修時一定要停機
五、設備投資
作為用戶,最為關心的是除塵器的投資問題,下面就針對兩種除塵器在不同條件下的投資情況做一個對比:
1、對于常規的煙氣條件和粉塵(主要是指比較適合靜電除塵器的煙氣),兩種除塵器排放濃度要達到目前較低的環保要求(如150mg/m3)初期投資布袋除塵器比靜電除塵器約高20-35%左右
2、對于低硫高比電阻粉塵、高SIO2、AL2O3類不適合靜電除塵器捕集的粉塵,兩種除塵器要達到目前較低的環保要求(如150mg/m3)初期投資靜電除塵器和布袋除塵器相當或靜電除塵器投資高些。
對于采用典型的煤種的鍋爐,如準格爾煤田和勃海灣煤田的煤種,靜電除塵器投資比布袋除塵器高。
3、通常條件下達到相同的除塵效率或者說達到相同的排放濃度,靜電除塵器的投資通常要比布袋除塵器的投資高。以呼和浩特電廠200MW機級為例:
布袋除塵器:每臺機組的除塵器投資<2000萬元,保證排放濃度<50mg/Nm3以下。
靜電除塵器:按四電場,比集塵面積130m2/m3/S計算。達標250mg/Nm3,每臺除法器投資約2500萬元。
六、運行維護費用
設備運行維護費用是對除塵器經濟性分析的重要依據,下面就針對兩種除塵器的運行費用做一個對比:
1、運行能耗
布袋除塵器:風機能耗大,清灰能耗小。
對靜電除塵器:風機能耗小,電場能耗大。
但是,總體來講兩種除塵器的電耗相當。對于靜電除塵器難以捕集的粉塵,或者說當靜電除塵器的電場數量超過4電場時,靜電除塵器的能耗比布袋除塵器的要高,也就是說此時的靜電除塵器運行費用要比布袋除塵器高。如果按照即將出臺的新環保標準,靜電除塵器要是做到達標話,必定是采用4電場以上的靜電除塵器,其電耗也就一定比布袋除塵器高。
2、維護費用
布袋除塵器的維護檢修費用主要是濾袋更換費,從目前實際運行情況來看,一次濾袋的更換費用只需要1.5-2年排污費比靜電除塵器的少繳部分就可以抵償。
靜電除塵器的維護維修費用主要是對陽極板、陰極線和振打錘等的更換等。此項費用較高,但年限比較長,約6年左右。
3、經濟效益分析
實際運行中布袋除塵器的排放濃度約是靜電除塵器的10%,因此,電廠采用布袋除塵器實際交繳的排污費也為靜電除塵器排污費的1/10左右。如果按照目前國家征收排污費的情況來看,采用布袋除塵器后每爐/每年的排污費少繳部分是相當可觀的,至少上百萬到幾百萬元。按照以前達標即不需要交納排污費的話,采用布袋除塵器就可以免交排污費。另外,布袋除塵器有約5%左右的脫硫效率;這同樣可以減少電廠二氧化硫的排污費。目前,我公司正在組織人力進行布袋除塵器濾料表面粉塵層劑制粒技術脫硫的開發,在接下來的項目中,我們將逐步采用布袋除塵器實現除塵和干法脫硫一體化技術,屆時,我們將為目前已有的布袋除塵器實現除塵脫硫一體化。
總之,新的環保標準出臺以后,靜電除塵器要想做到達標排放,就必須采用4電場以上的除塵器。此時靜電除塵器的初期投資已經比布袋除塵器高,同時4電場以上的靜電除塵器(或者4電場的高比積塵面積)運行電耗要比布袋除塵器的高很多。因此在新的環保要求下,靜電除塵器即使達標,其初期投資和運行費用都比布袋除塵器高。另外,靜電除塵器的排放濃度總是在布袋除塵器的10倍左右,目前新的排污費制度下,即使達標了也要對排放粉塵量進行收費,因此兩種除塵器即使達標以后,靜電除塵器又比布袋除塵器讓電廠多支出了一筆費用。因此,布袋除塵器必將成為工業粉塵控制的首選設備。
表5:布袋除塵器與電除塵器的比較表
比較的內容名稱布袋除塵器靜電除塵器
煙氣特性的影
響煙氣的溫度敏感,決不能超溫對效率有影響
壓力影響極小影響小
濕度不利,不能超過極限有利,但要防腐蝕
氧,硫氧化物(SOX)影響濾料的選擇有利
煙氣的其它成分幾乎沒影響幾乎沒影響
流量對效率影響不大對效率影響較大
含塵濃度效率穩定,影響壽命效率有一定變化
氣流均布不敏感,效率穩定對效率影響較大
粉塵特性影
響粉塵的粒徑分布影響小,效率穩定對效率影響較大
真密度、堆積密度影響極小比電阻值大時影響較大
粘附性不利有一定影響
比電阻無影響,效率穩定對效率影響大
粉塵的化學成分影響濾料的選擇對效率影響大
粉塵硬度影響濾袋壽命幾乎沒影響
設備結構的影響各種形式都效率高對效率有一定影響
運行及機組起停的影響影響較大,要求嚴格影響小
維修技術含量低工作量小
設備故障運行的影響對負荷率影響較大可維持運行,對負荷率影響較小
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