9.垃圾焚烧炉用袋式除尘器应注意的问题

发布时间:2020-10-20 浏览量:111

合肥水泥设计研究院    吴善淦、沈玉祥、穆璐莹、王健、吴刚、施勇、杨飞


摘   要:国内新上的生活垃圾焚烧发电厂越来越多,许多垃圾焚烧发电厂正在建设阶段,尾气处理系统有干法和半干法加袋式除尘器,由于采用的袋式除尘器形式多样,有成功的、有失败的;本文结合这几年从事垃圾焚烧炉尾气工程,就垃圾焚烧厂尾气处理采用的袋式除尘器出现的各种问题提出建议,供参考。

关键词:垃圾焚烧、袋式除尘器


根据十二五规划,我国十二五期间还要新增垃圾焚烧处理量8万吨/日,也就是要新建的垃圾焚烧厂还要增加一倍;随着GB18485《生活垃圾焚烧污染控制标准》的实施和修订(已经在征求意见中),对垃圾焚烧炉尾气污染物的排放作了许多规定,其中为了解决垃圾焚烧炉尾气中二恶因的重新聚合问题,特别规定焚烧炉的除尘装置必须采用袋式除尘器。对垃圾焚烧发电厂尾气处理采用的袋式除尘器在安装调试中应注意的问题谈以下看法。


1. 治理设施的概况

城市生活垃圾焚烧烟气中的污染物包括酸性气体(HCl、HF、SOx、NOX等)、颗粒物(粉尘)、重金属(Hg、Pb、Cr等)和有机毒性污染物(二恶英、呋喃等)四大类。为了防止城市生活垃圾在焚烧处理过程中对环境造成二次污染,必须采用严格的烟气净化系统控制污染物的排放;目前对于烟气中酸性气体净化采取的方法主要有干法烟气净化工艺、半干法烟气净化处理工艺。


1.1. 干法烟气净化处理工艺流程

干法烟气净化工艺,也称干石灰粉喷入法工艺,是目前日本等国垃圾焚烧厂烟气净化采用最多的去除有害气体工艺,该工艺采用压缩空气将干粉状态的消石灰、反应助剂直接喷入系统袋式反应过滤器内,使消石灰和反应助剂与烟气中的有害物(如HCl、HF、SOx、重金属、二恶英)在袋除尘器滤袋表面充分接触和反应,达到除去污染物的目的。干法烟气处理工艺流程如图1.1。


image.png 

图 1.1  干法烟气净化工艺流程图

 


1.2. 半干法烟气净化工艺

半干法烟气净化处理工艺,也称石灰粉雾化喷入法。该工艺包括石灰乳液制备、反应塔及除尘用的袋式除尘器三部分组成。反应塔内,烟气中的酸性气体与石灰发生反应,水分被蒸发,反应生成物与粉尘被后面的袋式除尘器捕集。半干法是介于湿法和干法之间的一种工艺。半干法烟气净化工艺流程如图1.2。


image.png

图 1.2  半干法烟气净化工艺流程图


2. 工艺特点和性能比较

2.1. 净化效率

干法和半干法工艺对烟气中的酸性气体HCl、HF、SOx都有很高的去除率,都能满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485-2001 对HCl、HF、SOx等酸性气体排放标准要求。


2.2. 工艺构成、复杂程度及控制要求

半干法工艺通常由消石灰和活性碳的储存和输送、制浆装置、反应塔、袋式除尘器和排灰系统等设备组成。干法工艺主要由消石灰和反应助剂的储存和输送、急冷塔、袋式除尘器和排灰系统等设备组成。

1)反应剂的制备和输送

半干法工艺采用石灰浆制备系统,主要由储料仓、袋式除尘器、定量给料机、配浆槽、供浆槽、浆液泵等组成。该系统主要作用是完成脱酸所需石灰粉及石灰浆液的储存、制备及输送等功能,运行存在的问题有以下几方面。

①石灰的品质;我国各地生产石灰的工艺普遍比较落后,石灰品质低且不稳定。石灰水化要求控制也不严,影响熟石灰Ca(OH)2的品质,经常使设备和管道出现严重磨损和堵塞问题。

②确定石灰浆浓度;运行时可调节石灰浆的喷入量去除酸性气体,配置石灰浆用水水质应满足要求,水中杂质若还有SO4-离子,会产生CaSO4堵塞管线。

③石灰浆输送泵是石灰灰浆输送系统中的重要设备,其工作环境比较恶劣,叶轮磨损严重,且容易在泵内发生沉淀,经常需要拆开清洗和维修。

④石灰浆的加入量由调节阀进行控制,多余的石灰浆经旁路回到石灰浆贮槽,形成连续的循环流动,避免石灰浆在管线内停留而产生堵塞。如果停炉时间较长,必须将石灰浆排放干净,并对石灰浆管线进行清洗,由于石灰浆碱度高,还必须进行防腐高标准设计。

干法工艺的反应剂主要是指消石灰Ca(OH)2等碱性粉末。急冷塔与袋式除尘器之间的烟道上设置有消石灰干粉喷枪。石灰仓下部的可控配粉机将消石灰粉按需要连续输送到石灰管线中,通过配粉机转速的调节可以控制石灰的加入量,需要保证反应剂在进入袋式除尘器与烟气充分混合。由于干法工艺没有反应剂的制备,在输送过程中不会出现管道堵塞问题。

2) 反应塔和急冷塔比较

反应塔是半干法工艺中的核心设备,来自锅炉的烟气由反应塔下部通过布风装置进入反应塔;雾化浆液由反应塔喉部的双流体雾化喷嘴喷入反应塔,以很高的传质速率在反应塔中与烟气混合,烟气中小液滴与氢氧化钙颗粒以很高的传质速率与烟气中的酸性物质混合反应,生成CaSO4、CaSO3和CaCl2等反应产物,这些干态产物小部分从反应塔塔底排灰口排出,大部分随烟气经烟道进入和袋式除尘器;实际运行中存在的问题有以下几方面。

①控制袋式除尘器入口烟气温度的冷却水与石灰浆同时喷入雾化,烟气温度的控制是一个单独的喷水调节回路,但石灰浆的加入量是根据烟囱出口HCl的浓度进行调节的,石灰浆所含的水份将会对烟气温度造成较大的影响,特别是当HCl浓度过高时,烟气温度可能会低于最佳设定值,直接影响净化效率;由于冷却水和石灰浆中同时含有大量水分,蒸发效果差,经常造成反应塔塔底和塔壁结块,一般每隔一定时间就需停机清理结皮一次,否则就影响系统正常运行。

②雾化喷嘴对反应剂的雾化细度直接影响中和反应效果和水分蒸发效果。但由于石灰品质或水化效果造成雾化喷嘴堵塞时常发生;石灰浆喷入设备若操作不当,特别是紧急停机时,雾化喷嘴易堵塞。雾化喷嘴还需定期清洗。

干法工艺中急冷塔的作用主要是只对烟气进行急冷降温,其作用一方面为更好的脱酸创造有利的温度条件,另一方面可减少二恶英再聚合,并调节袋式除尘器入口烟气温度以保证烟气净化处理系统稳定运行。塔顶部设置双流喷嘴,通过调节喷入的水量控制烟气的温度保持在合适的范围内;由于急冷塔和反应塔相比,作用和构造简单,控制也相对容易,不会造成堵塞,影响系统正常运行。

3)袋式除尘器

半干法和干法工艺的袋式除尘器的功能和构造有本质的不同,干法工艺中袋式除尘器需建立一个稳定的固定的反应床,将脱酸和脱除有害物质同时进行;半干法由于反应塔的水分蒸发效果差,半湿状态的飞灰可能影响袋式除尘器的运行,严重甚至造成糊袋,直接影响整个系统的运行。


3. 技术方案

垃圾焚烧炉尾气处理都是采用袋式除尘器;国外如日本、韩国、美国、加拿大、德国等国家的垃圾焚烧炉尾气处理都采用袋式除尘器。用于垃圾焚烧炉的袋式除尘器主要有反吹风和脉冲清灰两种型式;根据我们的体会,我们认为最好选用脉冲清灰袋式除尘器;脉冲袋式除尘器有以下优点:

清灰能力强;根据试验脉冲清灰时滤袋得到很大的重力加速度,这是反吹清灰的风袋式除尘器无论如何达不到的。

喷吹压力低;垃圾焚烧厂袋式除尘器都是采用3"的脉冲阀,清灰压力为0.25MPa,清灰后效果良好;正常运行时净气室与过滤室的压差达1500Pa时开始清灰,清灰后阻力只有900-1200Pa;由于喷吹压力低,可直接采用管网压缩空气。

占地面积小;处理同样风量时,设备占地面积比反吹风清灰的袋式除尘器节省50%左右;同样设备投资也比反吹风清灰的袋式除尘器节省。

采用DCS控制系统,配备各种传感元件,抗干扰能力强,工作可靠,功能其全,可分别以定时和定压差两种方式对袋式除尘器进行清灰控制、还可对袋式除尘器和管路的风量、温度、压差、压力等参数实现实时监控和对排灰系统等其它设备实现实时监控、故障提示、报警等。


4. 滤料的选择和喷吹装置的设计

袋式除尘器的性能主要体现在过滤和清灰两方面;从现有技术来说,要使设备达到环保要求并不难,要把设备阻力控制在一定范围内则相对较难;要达到如期效果,需从以下几方面考虑:

1) 滤料的选择:垃圾焚烧炉尾气脱酸后温度通常在150℃-170℃,瞬时温度有时会达到200℃左右,为防止使用过程中滤料收缩变形,滤料必须进行热定型。尾气中含有硫氧化物、氯化氢、氟化氢及氮氧化物等酸性气体,要防止酸结露;酸露常会在滤袋中产生积蓄,且酸性气体自身吸湿能力强,当温度下降时被捕集到滤袋的粉尘会导致滤袋滤料堵塞甚至滤袋破损;垃圾焚烧厂尾气中通常含水分很高,设计含湿度达30%,考虑实际使用情况,必须选取耐水解滤料。

2) 清灰喷吹阀应选择淹没式脉冲阀;直角阀的阻损达0.2-0.3MPa;淹没式脉冲阀阻力小,开启和关闭迅速,能以最短的时间释放最大能量。脉冲阀的耗气量计算、气包规格的选取也十分重要。首先根据单只脉冲阀喷吹滤袋数量确定其规格,然后计算耗气量,确定气包的大小。

3) 脉冲喷吹是通过喷咀向滤袋内喷吹压缩空气。为保证每条滤袋的清灰强度均匀,喷吹孔径应根据实际试验结果确定孔径尺寸,喷吹管在安装时要固定牢固,否则喷吹管在使用过程中会产生振动和旋转,使喷吹管偏离滤袋中心,影响喷吹效果甚至无法清灰。


5. 其它应注意的问题

1) 设计时应充分考虑设备保温,包括除尘器顶部的保温,灰斗处应采取保温和加热措施。酸结露问题在实际运行中有以下几方面值得注意:第一、设备漏风率是否过大;第二、气力输送灰斗底部流化风机吹入的流化风的多少,因为流化风未经加热,为大气温度,直接进入滤袋下部,烟气温度快速降低导致结露;第三、脱酸系统和烟道是否保温;第四、应严格保证烟气温度高于酸露点20℃。

2) 垃圾焚烧炉内的油枪用于点火和助燃,在垃圾焚烧炉试运行阶段、焚烧炉停运后重新点火阶段或热值还达不到设计要求时都需要向炉内喷油,在系统后部由于温度降低会重新变成油脂类物质附着于滤袋,严重影响清灰效果。当系统升温后,油脂类又有可能炭化、燃烧导致烧损滤袋;为防止此类事件发生,除严格控制烟气温度外,用石灰粉对滤袋预涂层是垃圾焚烧厂用袋式除尘器必须的工艺过程;预涂层的作用主要是防油和建立初始过滤粉饼尘。

3) 提高滤袋使用效率,应优先选用清灰控制方式是采用压差控制仪定阻清灰方式。定时清灰和定阻清灰各有优缺点。定时清灰控制成本相对较低,最好的清灰时机应当是滤袋内外的压差开始快速上升时就开始清灰,这要用时间来控制非常困难,几乎无法达到最佳清灰时间,这其中经验的因素很大。用压差控制仪实现定阻清灰成本较高,但能使清灰达到最佳时间,延长滤袋使用寿命,徐州、海宁实测滤袋内外压差达到1500Pa的循环周期时间约为45分钟左右;实际压差应根据具体项目来确定,且随着设备运行时间的不同,设备的压差设定值也应相应调整。

4) 合理的气流分布;对于采用循环半干法反应器+袋除尘器系统,袋除尘器入口含尘浓度就有可能达到300g/m3以上,如果气流分布设计不合理,烟气直接冲刷滤袋,会使滤袋很快损坏。

5) 调试之前应充分吹尽压缩空气管路,除尽焊渣和铁屑。

6) 应严格保证压缩气品质,应使用洁净的压缩空气。

7) 避免除尘器内部烟气走向的突变,进口流速不宜过高,尽量减小烟气进入袋室的流速;本体结构无积灰死角,本体内部墙体尽量减少筋板等不规则凸缘,以减少设备阻力。

8) 一定要保证安装质量,降低漏风率。

9) 顶部检修门要操作灵活,截面积应控制在一定范围之内,减少漏风和结露。

10) 初次清灰时不要操之过急,必须要使净气室和过滤室达到预设定压差后才能清灰,以便初始过滤粉饼尘的建立;运行一定时间后净气室和过滤室压差设定值应调整,调定值应根据不同工况和实际调试为准。

11) 喷咀孔中心必须对准滤袋孔中心。

12) 气缸提升阀开孔处采用椭圆形孔,避免此处产生旋流,否则将加剧滤袋和骨架晃动。

13) 花板制作时应严格按设计要求制作。

14) 安装滤袋时最好使用专用工具。

15) 滤袋和骨架的尺寸应精确。

16) 气缸和提升阀的连接最好采用浮动接头,以保证提升阀关闭的密封性。

我国生活垃圾的基本特点是热值低、含水量高、成分复杂、季节性变化大;没有一种垃圾处理方式可以适合我国各个地区。我国的垃圾处理市场已到了成熟的阶段,应该正确认识各种处理方式的适应性,根据各地垃圾的性质、当地气候条件,从经济发展实际出发,走出一条适应当地实际的垃圾处理方式。

在多种垃圾处理方式中,垃圾的焚烧是垃圾减量化、减容化和稳定化的最佳途径,结合垃圾焚烧,合理利用垃圾焚烧所产生的热值,减少焚烧过程的污染是我国垃圾处理的必由之路;所以垃圾焚烧炉用袋式除尘器的应用也将变得十分广泛;垃圾焚烧炉用袋式除尘器不应仅仅作为用于除尘来考虑,应与除尘、脱酸、去除重金属和二恶英(Dioxin)等其它有害成份的吸附结合起来考虑,最大限度地发挥袋式反应器的效能。


6. 技术政策分析

垃圾焚烧处理方式是非常敏感的话题,也是最受民众关注的;2010年环保部、建设部和发改委(简称三部委)对垃圾焚烧会产生的污染问题出台了《生活垃圾处理技术指南》,要求垃圾焚烧厂须采取有效措施控制烟气中二恶英排放,具体措施包括:严格控制燃烧室内焚烧烟气的温度、停留时间与气流扰动工况;减少烟气在200℃至500℃温度区的滞留时间;设置活性炭粉等吸附剂喷入装置,去除烟气中的二恶英和重金属。

烟气净化系统必须设置袋式除尘器,去除焚烧烟气中的粉尘污染物。酸性污染物包括氯化氢、氟化氢、硫氧化物、氮氧化物等,应选用干法、半干法、湿法或其组合处理工艺对其进行去除。应优先考虑通过生活垃圾焚烧过程的燃烧控制,抑制氮氧化物的产生,并宜设置脱氮氧化物系统或预留该系统安装位置

实现焚烧炉运行状况在线监测,监测项目至少包括焚烧炉燃烧温度、炉膛压力、烟气出口氧气含量和一氧化碳含量,应在显著位置设立标牌,自动显示焚烧炉运行工况的主要参数和烟气主要污染物的在线监测数据。当生活垃圾燃烧工况不稳定、生活垃圾焚烧锅炉炉膛温度无法保持在850℃以上时,应使用助燃器助燃。相关部门要组织对焚烧厂二噁英排放定期检测和不定期抽检工作。

《指南》对为垃圾焚烧发电厂配套的袋式除尘器系统提出了更为严格的要求,当然也是袋式除尘行业发展的机遇,尤其对我国高端滤料的生产企业来说更是如此。


摘自“全国袋式除尘技术研讨会”论文集 2011 苏州 (P414)

上一条: 没有了
下一条: 没有了