沸腾锅炉组合式除尘系统设计

【摘要】沸腾燃烧方式能够较好地利用劣质褐煤。但是，由于这种锅炉的特殊燃烧方式，带来诸多环境问题，如治理技术难度大、运行不稳定和管理困难等一系列问题。主要表现有：一是粉尘污染问题相当严重，一般排放烟尘浓度在50000-70000mg/M3，经一级分离处理难以达到国家排放标准200mg/M3以下；二是烟气温度高；三是对管道和引风机磨损严重；四是需要配套褐煤粉碎装置等等。经过多年实践研究，笔者尝试并排除了单一除尘模式。采用并推广了适宜沸腾炉除尘和便于运营管理的组合式除尘系统。该系统的设计指标具有稳定地达到国家或地方排放标准，占地面积较少、抗冲击能力较强、便于操作管理、减少二次污染、资源循环利用等方面的优良性能。

【关键词】沸腾锅炉；组合式除尘；系统设计；达标排放

一、旋风除尘器的选择

由于城市空间有限和粉尘二次污染问题，首先排除了重力沉降室和惯性除尘器。选择了结构简单，本身无运动部件和特殊的附属设备，占地面积小，制造、安装投资较少，操作、维护简便，压力损失较少，动力消耗不大，运转、维护费用较低。性能稳定，不受粉尘深度和烟气温度限制。根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征和除尘效果要求、允许的阻力和制造条件因素，合理地选择旋风除尘器的型式。烟气流量的变化与旋风除尘器适宜的烟气流速相适应，以期取得良好的除尘效果。除尘器根据允许压力降确定进口气流速度，根据允许的压降计算进口气速，由下式可得

γ：入口速度，m/s；

P：除尘器压力损失，kpa；

δ：局部阻力系数；

ρ：气体密度，kg/m3。

确定旋风除尘器的进口截面A，入口宽度b和高度h。根据处理气量由下式决定进口截面积A。

A：旋风除尘器的进口截面积，m2；

Q：旋风除尘器处理风量

γ：入口速度，m/s。

确定旋风除尘器各部分几何尺寸应遵循的几项原则：

1、为防止粒子短路漏到出口管，h≤s，其中s为排气管插入深度；

2、为避免过高的压力损失，b≤（D-d）/2；

3、为保持涡流的终端在锥体内部，（H+L）≥3 D；

4、为利于粉尘易于滑动，锥角=7°～8°，其中H为圆柱体高，L为锥体高；

5、为获得最大的除尘效率，d/D≈0.4～0.5，（H+L）/d≈8～10；s/d≈1。

二、冲击水浴式除尘器结构及工作原理

冲击水浴除尘器由于它没有喷嘴，也没有很窄的缝隙。因此，不容易发生堵塞。主要结构由喷头、本体、水池、挡水板、进气管、排气管、进水管和溢流管等部分组成。圆形冲击式水浴除尘器一般按下式确定筒体及喷头尺寸

D简：水洗除尘器筒体直径，m；

γ简：水洗除尘器截面风速，1～2m/s；

d简：喷头直径，m；

γ简：喷头冲击速度，10～15m/是；

Q简：处理含尘空气量m3/h。

当含尘气体以一定的速度经本体中央喷头冲击于洗涤液上，较大尘粒由于惯性作用落入液中，而较细的尘粒则随着气体以18～35 m/ s的速度通过“S”形叶片通道，高速气体在通道处通过时，强烈地冲击着液体，形成大量的水花，使气液充分接触，尘粒就被液滴所捕获。净化后的气体通过气液分离室和挡水板，去除水滴后排出。被捕获的尘粒随循环水排至沉降室。机组内的水位由水位自动控制装置、溢流箱、循环泵等构成。从而保证除尘器的水位恒定，喷嘴没水深度一般维持在10～20mm.如果喷头气流速度过大、没水深度过高，除尘器阻力相应增大，除尘效率会小幅提高。

三、冲击式水浴除尘器技术性能与影响因素

1、阻力、除尘效率与处理风量的关系。当溢流堰高出“S”形叶片上沿50mm时，设备阻力随风量增加而增长。2、气体入口含尘浓度与除尘效率的关系。沸腾炉满负荷热态监测结果表明，除尘效率与入口浓度呈正比，虽然出口含尘浓度也随之而略有升高，但仍远好于一般干式除尘器净化后的排放浓度。这类除尘装置对净化高浓度含尘气体有突出的优点。3、除尘效率与水位的关系。除尘器的水位对除尘效率、阻力都有很大影响。水位高，除尘效率就提高，但阻力也相应增加。水位低，阻力也低，但除尘效率也随之而降低。实践以溢流堰高出叶片下沿50mm为益。4、供水及水位自动控制。为保持水位稳定，机组设新鲜水和循环水两两套供水管路。循环水为基本供水单元，新鲜水为应急供水单元，两套供水分别由自动调节机组内的电极和继电器控制启闭。水面波动控制在3～10mm的范围内。如发生事故性的高、低水位时，自动发出红灯及响声报警。在事故水位过低时，风机会自动停转，避免机组内部积灰堵塞。

四、沸腾锅炉组合式除尘系统设计

（一）除尘系统。由于沸腾锅炉排放粉尘浓度特别大，仅用旋风除尘器或冲击水浴除尘器都难以达到国家或地方排放标准。即使单机净化效率达到98%或99%，也达不到国家排放标准。因此，我们采取两级串联除尘方式：初级选择低阻低效的旋风除尘器，利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来。主要解决粒径大于20μm的粉尘；再串接一台高阻高效的冲击式水浴除尘器，去除大量的较小颗粒。除尘系统如下图所示

（二）粉尘、污水二次污染的综合防治。经旋风除尘器分离出来的粉尘与冲击水浴除尘器分离出来的粉尘统一汇入沉降池中，防止旋风除尘器干灰二次污染（如上图所示）。经过沉降的粉煤灰，送加汽混凝土厂加工成建筑用砌块，制成可代替红砖的轻质建筑材料。沉降池不向外环境排放废水，灰水经沉淀澄清后返回除尘器循环使用，流失的水分需自动地向除尘器补充新鲜水。

（三）运行过程中解决的几个问题。1、为防止除尘器磨损，采用耐磨材质制成易损件部件，取得满意效果；2、冲击式水浴除尘器运行过程中，水质PH值为弱酸性。由于，锅炉在高温燃烧过程中产生SO2、CO2、NOx酸性气体。烟气中CO2遇水生成不稳定的碳酸（CO2+H2OH2CO3）；SO2遇水发生化学反应生成亚硫酸（SO2+H2O=H2SO3）、NOx遇水生成亚硝酸（NOx+H2O=HNO）。这此化学物质会使水溶液呈酸性，对金属器件具有腐蚀性。解决金属防腐问题，采用防腐耐高温的新型材料，如902-A3二甲苯不饱和聚脂做为液相中机器元件的防腐材料。3、添加表面活性剂来增加炭黑和微小颗粒的亲水性能，增加气液分离效果。经过试验，添加万分之一即可取得满意效果。

五、结论

沸腾燃烧锅炉除尘系统在额定工况下实地监测结果显示，锅炉出口排放颗粒物浓度、林格曼黑度均能稳定地达到国家或地方规定的排放标准。经过连续几年运行，该系统具有安全可靠，除尘效果稳定，操作便捷，消除了二次污染，对改善周围环境直到良好效果。同时对降解二氧化硫、氮氧化物等有害气体的排放也起到一定净化作用。