摘 要：該文介紹了某廠自備電站高溫高壓循環流化床燃煤鍋爐袋式除塵器為滿足新環保標準——粉塵超凈排放，實現≤5mg/nm3，在原設計出口粉塵排放濃度≤50mg/nm3，場地、工期極其有限，在過濾面積保持不變的情況下，通過分析降低濾袋的粉塵過濾負荷、改善濾袋過濾性能和提高清灰效率等方面的措施，成功對原干法脫硫配套袋式除塵器實施提效升級改造，改造后粉塵排放濃度≤5mg/nm3，為同類項目的超凈改造探索出一條新路，以供參考。
火力發電在我國的電力能源結構中一直占據主導地位，其中燃煤發電量占據火力發電總量的80%左右。我國燃煤電廠規模大，分布廣，其產生的煙塵、硫化物等成了工業大氣污染的主要源頭，而這些污染物也正是霧霾形成的重要原因之一。為了改善空氣質量，解決霧霾問題，自2014年以來，我國各地陸續提出了燃煤鍋爐要最大限度地按照煙氣污染物超凈排放的標準，推出《燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》，其中要求粉塵排放濃度≤5mg/nm3。對于一些高粉塵排放濃度的項目，袋式除塵器升級改造需求迫在眉睫；另外，受運行時間、投資成本等多種因素的影響，特別是場地受限的問題較為突出，大部分業主往往希望在保持現有設備布置不動的前提下實現超凈升級，因此改造難度非常大。因此，應該根據實際項目運行需求、布置等具體情況，“量身定制”專業的改造方案。
1項目背景
某廠自備電站2臺420t/h高溫高壓循環流化床鍋爐（1#爐、2#爐）位于城區內，屬于城市電廠，原已建設爐后煙氣循環流化床干法脫硫并配套袋式除塵系統，原設計除塵器進口粉塵濃度650g/m3～1000g/m3，原設計除塵器出口粉塵排放濃度≤50mg/nm3。2012年建成投運以來，出口粉塵排放濃度一直穩定在≤30mg/nm3。為滿足最新≤5mg/nm3的粉塵排放要求，現有袋式除塵器必須提效改造。另外，由于該項目場地狹窄、允許停爐時間僅有40d、預算緊張等諸多限制因素，袋式除塵器采用增加濾袋數量、增加除塵單元數量等擴容的改造方式并不可取，只能在現有的除塵器殼體上尋找提升方向。通過深入分析該廠現有脫硫除塵工藝及布袋實際使用過程中遇到的問題，項目組從降低濾袋的粉塵過濾負荷、改善濾袋過濾性能、提高清灰效率等方面制定了具有針對性的改造方案。
2循環流化床干法脫硫工藝流程及煙氣特性
循環流化床干法煙氣脫硫工藝是以循環流化床原理為基礎的，采用生石灰或消石灰作為脫硫劑。圖1為典型的循環流化床脫硫統工藝流程示意圖，整套系統由吸收劑制備及供應系統、脫硫塔、脫硫灰再循環系統、脫硫引風機系統、工藝水系統、脫硫后袋式除塵器、儀表控制系統以及電氣系統等組成。從鍋爐空預器出口的高溫煙氣，經過煙道從吸收塔底部進入，進行反應凈化，凈化后的含塵氣體從吸收塔頂部側向排出，轉向進入脫硫后，袋式除塵器進行氣固分離。經除塵器捕集的固體顆粒，通過除塵器下的脫硫灰再循環系統返回吸收塔繼續參加反應。反應后的脫硫副產物通過氣力輸送至脫硫灰庫內外排，凈煙氣排往煙囪。
與常規的鍋爐原煙氣相比，干法脫硫后的煙氣在成分、溫度、濕度、顆粒粒徑和粉塵濃度等都發生了很大的變化，主要包括4個。
1）粉塵濃度高。為了滿足干法脫硫需要，循環流化床吸收塔的顆粒濃度為下大上小，吸收塔的出口含塵濃度為800g/nm3～1000g/nm3，是常規鍋爐原煙氣的數十倍。
2）濕度大。由于脫硫過程中需要噴入一定的霧化水，使煙氣的濕度加大，對一般的燃煤電廠項目來說，煙氣濕度由常規的5%～7%增加到10%～12%，甚至20%以上。
3）溫度低。通過噴水后，煙氣溫度為65℃～90℃，so3幾乎全部脫除，煙氣露點為水露點，露點溫度降為45℃～55℃。
4）顆粒粒徑：雖然脫硫塔入口的鍋爐原煙氣中粉塵較細（特別是增設esp1收塵后），但是經過吸收塔的化學反應時，由于吸收塔的噴水增濕以及顆粒激烈混并，顆粒加大，大部分的顆?？梢赃_到數十微米。
3改造前存在的突出問題
改造前存在的突出問題有5個。
1）原袋式除塵器未設置氣流均布裝置，各布袋室壓差不均衡，導致濾袋過濾負荷偏差較大，過濾負荷大的氣室濾袋壽命相對較短，部分濾袋機械磨損現象嚴重，導致更換頻繁，一定程度上增加了除塵器維保的人力物力。
2）由于大部分濾袋已經到了壽命晚期，實驗室抽取若干濾袋檢測發現：濾布截面已經嵌入大量粉塵，即使快速強制清灰，也無法清除該部分粉塵，因此導致濾袋的過濾性能大幅降低，袋式除塵器壓差上升速度快，短時間內即達到預警布袋壓差，嚴重影響了整個系統的安全穩定運行。
3）袋籠與濾袋的配合間隙范圍小、袋籠縱筋間距不合理，導致噴吹時濾袋瞬間膨脹受限，清灰效果差；籠節連接結構設計不合理，在安裝過程中連接件易落入濾袋內，在噴吹振動時易松脫，導致袋籠脫節，連接件刺破濾袋；未剔除變形袋籠，導致籠底碰撞，濾袋機械磨損破壞。
4）原噴吹設備為現場組裝，安裝難度大，安裝精度難保證，目前已嚴重移位，底部定位軸嚴重磨損，導致清灰氣流無法直達袋底，清灰效果差，而長期無法有效的清灰，導致大部分濾袋底部以上0～3m過濾性能幾乎為零。另外，由于移位后各噴嘴垂直度偏差過大，不能正對各濾袋口，從而存在清灰氣流并未垂直向下運動的現象，傾斜清灰也加劇了噴吹的機械磨損，導致濾袋袋頭部位經常破損。
5）原頂部外層人孔門密閉性差，漏氣，導致內部人孔門及對應花板處冷凝腐蝕嚴重，該區域濾袋遇水潮濕板結，嚴重糊袋，過濾性能大幅降低。
圖1 工藝流程示意圖
4具體改造方案
根據業主的超凈改造需求及原運行中存在的問題，主要從以下方面進行逐一改造。
4.1 利用干法脫硫塔助力提高對細微顆粒的捕集效率
實現粉塵5mg/m3排放控制的關鍵是對細微顆粒物的有效捕集。雖然普通袋式除塵器捕集細微顆粒物的表現良好，但是對于pm2.5以及更細的pm1.0顆粒，由于濾布本身的局限性，效率仍然是有限的。
在該項目煙氣循環流化床干法脫硫除塵裝置中，袋式除塵器位于脫硫反應器之后，由于脫硫反應器的流化床結構，底部激烈湍動的顆粒密度高達20000g/m3，通過精確的霧化降溫注水量，pm2.5以及更細的pm1.0等細微顆粒物可以迅速凝結成粗顆粒，在脫硫后的袋式除塵器優先降落至灰斗，被高效捕集。
4.2 優化氣流分布，增加預收塵效果，減少濾袋過濾負荷
該袋式除塵器是由4個氣室，共8個除塵單元組成，不同氣室氣流分布的均勻性直接關系到收塵效果及整個系統的運行能耗。該次改造對煙氣流經布袋除塵器途中的煙道風速進行分段優化，一方面優化進風區的氣流分配系統，使大顆粒粉塵在進入布袋室之前預先沉降到灰斗里；另一方面，采用導流技術，使各進口風速在合理范圍內，特別是對每個布袋室進行合理的進口配置，保障除塵器中的含塵氣流均勻進入每個布袋室內，煙氣中小顆粒的粉塵在導流系統的引導下逐步沉淀，大幅降低了到達濾袋的粉塵負荷，間接增強了除塵效果。含塵煙氣通過前部氣流均布及導流環節后，依靠阻力分配原理快速自然分布，使整個過濾室內氣流穩定以及各空間阻力均勻的分布，保證合理的煙氣抬升速度，最大限度地減少紊流、有效防止二次揚塵，減少布袋間的碰撞摩擦，延長布袋的使用壽命，降低系統能耗。
4.3 采用超凈濾袋，提高對細微顆粒的捕集效率
由于改造場地、工期、投資受限，該次改造是在完全保留原袋式除塵器殼體、主體結構不變的前提下進行，即要求在過濾面積保持不變的前提下提高除塵效率，實現粉塵排放濃度從50mg/m3升級到5mg/m3。因此，該次改造的目標是在高過濾風速下實現超凈粉塵排放，也是該次改造的重點難點。
眾所周知，對于常規袋式除塵器，過濾風速偏高會導致濾袋阻力增加，并且粉塵透過率會迅速提高，難以實現低粉塵排放。其原因主要在于過濾風速增大后，濾料和粉塵層的壓力降隨之加大，結果使承托粉塵的織物變形，使貼近織物的粉塵在壓力作用下滲漏出去；同時，壓力降增大還會使濾袋產生“二次針孔”（在高壓差下，濾袋在纖維間隙較大的地方就很容易被粉塵穿透，而一旦被穿透，后面的高速氣流則會使該處產生一個氣流通道，我們稱之為“二次針孔”），以致增加了經過針孔直通出去的粉塵量，而這些粉塵均是粒徑在10μm以下的超細粉塵，是形成霧霾的主要因素之一。此外，過濾風速的提高將導致清灰頻率的增加，也會大大增加粉塵的穿透（濾袋的每次清灰抖動，都會在瞬間產生較多的粉塵穿透），如圖2所示。
根據干法脫硫“高粉塵濃度、高粉塵團聚效率”的工況性質，該次改造的超凈濾袋采用調整濾布截面上的纖維組成的方式，優化制布過程中的纖維梳理、針刺及后處理工藝過程等，其主要特點有2個。
1）采用迎塵面高纖維配比方案，即迎塵面比背塵面更多的纖維數量、更高的纖維比表面積，同時配套改進密刺工藝，形成均勻且致密的表面孔隙層作為粉餅的支撐層，同時也提高了濾袋本身的過濾精度，減少濾布粉塵嵌入。
2）在迎塵面表面處理過程中，采用表面淺坑梳理技術，在濾布表面形成均勻的淺坑，作為粉餅層的生根點，在濾布表面建立及維持過濾孔細小而均勻、餅體疏松的粉餅層。該優質粉餅層既可以作為過濾層使用，實現深度過濾，結合密刺濾布，實現干法脫硫除塵系統超凈排放；同時該優質粉餅層也是濾布的保護層，可以減小粉塵過濾過程中對濾布的沖刷磨損，延長濾袋的使用壽命，相應地也維持過濾效果、保證超凈排放。
圖2 袋式除塵器實時排放與脈沖清灰的關系
4.4 更換新型袋籠
如果要滿足低于5mg/m3粉塵排放，袋籠與濾袋之間的配合是至關重要的環節。一方面合理設計袋籠與濾袋之間的配合間隙、袋籠縱筋間距、袋籠筋直徑，提高加工精度，在保證清灰效果的同時，減輕濾袋與袋籠之間的機械磨損。另一方面改良籠節的連接結構，大幅減少因連接件脫落導致的濾袋破損現象。
4.5 改進清灰系統，清灰更加有效、柔和、穩定
噴吹設備是袋式除塵器的核心部件之一，直接影響清灰效果、運行壓差及粉塵排放。該次改造著重從穩定清灰供氣管道內壓力及清灰時壓力、優化噴嘴等方面考慮，力求實現清灰更加有效、柔和、穩定。
1）脈沖清灰供氣管道增設限流器，減小脈沖動作后瞬間的氣壓沖擊，穩定供氣管道內的壓力，縮小壓力波動范圍。調整放空閥預緊力，確保管道脈沖清灰壓力在規范范圍，并保持穩定。
2）脈沖閥開啟時間的快慢直接影響到脈沖動作是否快速、有力，該次改造采用自主研發的新型脈沖閥代替原脈沖閥，經實驗室試驗及現場小試應用證明，新型脈沖閥響應動作更快，清灰時壓力更穩定。
3）改進噴嘴設計，保證在濾袋長方向上清灰力度的均勻性，防止局部過度清灰；采用更加柔和的清灰控制模式，降低每次噴吹清灰對濾袋粉餅層的破壞程度，以確保清灰效果最佳，減少清灰頻率及粉塵穿透濾袋，從而最終降低粉塵排放。
4）加固噴吹設備，大幅減小脈沖動作時的振動幅度，穩定噴吹管噴嘴的位置和角度，減少噴吹時可能產生的干擾，確保清灰氣瞬間直達袋底，保證脈沖清灰效果。
4.6 頂部人孔門更換
袋式除塵器內外溫差大，加上煙氣含濕量大，任何泄漏點都是冷熱氣體的接觸點，極易冷凝，導致鋼板腐蝕。該次改造更換原有頂部人孔門，采用自主開發的新型隔熱高氣密性人孔門，確保不漏風、避免腐蝕，美觀且方便開啟檢修。
5改造后效果
按照上述改造方案，2018年9月率先對2#爐袋式除塵器實施改造，改造后粉塵實際排放2mg/nm3;2019年6月，繼續對1#爐袋式除塵器實施改造，改造后粉塵實際排放1mg/nm3，除塵器壓差均<1500pa。
2020年8月，2#爐袋式除塵器粉塵實際排放3mg/nm3,1#爐袋式除塵器粉塵實際排放2mg/nm3，實驗室抽袋檢測結果顯示濾袋內外表面機械磨損程度小，橫截面的粉塵嵌入量少，快速清灰可以清除80%的嵌入粉塵，濾袋下部過濾段過濾性能保持較好，整體剩余強度較大，預估濾袋仍有約2年的壽命。
6結語
回顧該次改造，如何在高過濾風速下實現超凈排放是最大的難點，項目組細致分析過濾前、中、后各階段的突出問題，針對性地采取應對措施，通過優化氣流分布，增加預收塵效果，直接降低濾袋過濾負荷；采用超凈濾袋+新型袋籠組合配套，直接改善濾袋過濾性能；改進清灰系統，提高清灰效率，間接促進過濾性能提高。改造后的運行情況也證明該次改造是卓有成效的，為了改善周邊大氣環境質量，削減區域污染物排放產生了積極的作用，同時為同類項目的提效升級提供了一種技術、經濟性優的改造方案，極具借鑒意義。
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