燃水煤浆工业锅炉除尘的初步研究

问题探讨煤炭工程2003年第4期燃水煤浆工业锅炉除尘的初步研究高明峰王祖讷聂丽君柴保明中国矿业大学北京校区化学与环境工程学院北京100083)摘要水煤浆是一种新型煤基代油清洁燃料将广泛应用在工业和电站锅炉其燃烧产生旳飞灰的化学成分与燃煤成分相同。由于水煤浆及燃烧的自身特点其飞灰和烟气的特性指标同比燃煤存在一定的差异其可收集性要优于燃煤飞灰。阐明采用干法而避开湿法收集,优先选用脉冲布袋除尘器和电除尘器。为降低电除尘器的设备成本和使之高效、安全、可靠地运行提岀了在设计中注意把握的几个方面对于烟气量小的工业锅炉采用组合式电除尘器。关键词水煤浆江业锅炉脉冲布袋除尘器电除尘器中图分类号:T98文献标识码夥文章编号:1671-09592003)4-0054-03An Exploration of Cleaning the Ash From Smoke of Industry Coal Slurry boilerGAO Ming-feng ,WANG Zu- ne NIE Li- jun HAl Bao-mingCollege of Chemical and Environment Engineering CUMT Beiing 100083ChinaAbstract As a new type clean fuel. Coal slurry will be widely used in the industry boiler or powerstation boiler. Although the ash from the coal slurry boiler has the same chimical conslituent comparedwith the ash from coal boiler. Due to the combustion of coal slurry has some special characteristic. Thereare some difference between the characteristic index of coal slurry smoke ash and that of coal smoke ashThe collectability of the coal slurry smoke ash is better than that of coal smoke ash. cyclone So dclone is better than wet. The pulse cloth bag and electrostatic precipitator have advantage in the cleaningin order to get high efficient safety standard and reliability some items that should pay attention to are prorecommended that the combined electrostatic precipitator should be used in the cleaning smokeash of smallKey words coal slurry iindustry boiler 'pulse cloth bag electrostatic precipitator业窑炉等成为替代燃料油和煤的低污染的经济燃料。水煤浆根据制浆用煤的灰分的高低可分为超低灰水煤水煤浆作为一种低污染、高效率、流动性强的新型煤基浆A≤1%)低灰水煤浆(A=1-3%)中灰水煤浆(A1=4代油清洁燃料近年来在国内外得以迅速发展。普通水煤浆15%厢和高灰水煤浆A=25~30%)目前锅炉一般采用的是由70%的煤、30%的水和少量添加剂组成通过物理加工是中灰水煤浆也就是所谓的普通水煤浆。本文主要探讨的和处理制成一种类似流体的燃料具有像燃料油那样贮存、是燃普通水煤浆的中小锅炉。输送、雾化、燃烧等特点。现在我国燃水煤浆旳工业锅炉大虽然水煤浆为低灰分、低污染燃料但其燃烧过程有其部分是由燃煤、燃油的炉子改造的而且数量极为有限。随自身的特点其产生的飞灰对大气产生的污染也不容忽视着人们对环境意识的不断增强和国家对环境保护的日益重笔者i中国煤化工烧过程的特点出发对飞视可以预见水煤浆将广泛应用在电站锅炉、工业锅炉、工灰和YHs分析结合锅炉的工况条CNMHG*收稿日期2002-09-19作者简介滈明峰1964—)男辽宁海城人博士生高级工程师主要从事洁净煤技术烟气净化方面的研究在国内外刊物曾公开发表过8篇学术论文。2003年第4期煤炭工程问题探讨件找出合理的除尘方法力求经济、适用、可靠量。表3为实验室实测的不同温度下的比电阻的值并绘出水煤浆燃烧及燃烧产生的飞灰特点了比电阻-温度变化曲线如图1。工况比电阻比此要低1~2个数量级。1.1产生污染物的种类表3水煤浆灰样比电阻实测值煤是水煤浆的主要成分所以水煤浆在燃烧过程中与燃温度/℃室温355575951351551195215烧煤一样会产生烟尘等污染物其污染物的种类及化学成分比电阻601.0753.81.7703.21.43.5化物和氨的氧化物。飞灰的主要成分有SO2、A2O3、Fe2O3、实验新4o0 10lI 10111ol20 I 1011 101 1010 100与燃煤相同水煤浆燃烧产生的主要污染物有:飞灰、硫的氧实验室室温15℃相对湿度20%粉尘过60目筛CaO、K2ONa2O等氧化物表1为新汶矿物局良庄煤矿的6t/hx100.cm燃水煤浆锅炉灰成分分析结果。表1水煤浆灰样化学成分组成飞灰的化学成分组成/%水煤浆0A2OFe2 O CaO MO so3To2N2Ok20P0549,4433.125.592.81.B30.862.10191330.6硫的氧化物主要是SO2、S0气体;氮的氧化物主要是期B即日吕呂里器N0NO,气体这些飞灰和有害气体排放到大气中给我们的图1比电阻一温度变化曲线生态环境造成严重危害。1.2水煤浆燃烧方式及飞灰的产生特点1.5烟气温度与湿度燃水煤浆的锅炉的排烟温度一般在145-175℃之间。水煤浆具有液体燃料的特性所以它采用旳是液体燃料由于燃烧时普通水煤浆中含有30%的水分要蒸发所以同喷射雾化的方式燃烧,目前国内应用在锅炉上,都是采用压缩空气为介质的空气雾化燃烧。水煤浆的制备通常是以比燃煤锅炉的烟气温度要低一些而烟气湿度要比燃煤锅炉洗选精煤为原料加工而成燃烧过程中必产生一定量的飞的烟气湿度高得多燃水煤浆烟气湿度为139-21.3%燃灰其灰分含量比原煤要低得多所以就飞灰的生成源本身煤粉为58-81而言水煤浆燃烧产生的飞灰会大大少于直接燃烧粉碎后的1.6烟气的含尘浓度煤粉。而燃烧后通过对流受热面的飞灰排放量却高于同比笔者曾去过胜利油田热电厂实地考察其10h水煤浆燃煤的链条炉的飞灰排放量。锅炉的排烟浓度为5g/m3新汶良庄矿6h水煤浆锅炉的排水煤浆煤颗粒的平均粒度为38-45m雾化燃烧的同时烟浓度为6gm3这与理论计算的数值大体相符当然烟气采用炉底吹风清灰即可清灰又可提高燃烧效率。一般普通度与燃烧方式雾化细度、煤质、燃烧过程的结团情况有关水煤浆含灰分小于10%燃烧后通过沉降在灰斗和尾部烟道中的灰占10-20%而80~90%的灰以飞灰形式随烟气排不同的条件其烟气含尘浓度不同。从各方面掌握的资料来走实际有8~9%灰分从烟道排走。如果链条炉燃煤的灰:看水煤浆锅炉的烟气含尘浓度大致在4~15g/m3之间应30%其中大约10%的灰分以飞灰形式随烟气排走实际该说含尘浓度不是太高大约有3%的灰分从烟道排走。也就是说在此相同条件下,1.7飞灰在电场中的有效驱进速度燃水煤浆的排尘量是燃煤排尘量的近3倍笔者在实验室冷态条件下做了模拟静电收尘实验。粉1.3飞灰的粒度分布尘浓度的测定采用等速采样滤膜称重法测出仪器采用自动水煤浆燃烧产生的飞灰的平均粒径通常大于制浆煤粉。烟尘测试仪按下式可记算出除尘效率η)原因是水煤浆雾化后,每个浆滴包含多个煤粒;另外浆滴经n=[(QC-Q:C)QC]×100%雾化干燥后随着挥发分的析出相邻煤颗粒之间粘附在Q、Q为进出口得实测风量m3/min,C、C为进出口粉起发芏结团ν现象而煤粉却是单颗粒燃烧。水煤浆飞灰的粒度大致分布在1~100m之间它与燃尘浓度mg/m3。烧方式、雾化细度、煤质、燃烧过程结团情况有关。表2为新集尘面积A(m2)和单位时间烟气处理量∝(m3/s)为已汶良庄煤矿6h锅炉燃水煤浆的飞灰粒度分布。知则根据 Deustch效率方程式n=1-ex(-AQ可以求出表2水煤浆灰样粒度分布有效驱进速度Q/A1d1-n),计算结果a=9.35cm原炉型燃料粒度分布/%这是在实验室冷态条件下做的结果工况条件下粉尘比电阻改造前)要小<1m9m多H中国煤什次电压要比实验高出许链条炉水煤浆0.1126013.3125.2818.7613.3611325.27CNMHG、1lm/s这个值近于1.4飞灰的比电阻燃煤某从上面对水煤浆飞灰的成分、粒度分布、比电阻、有效驱水煤浆飞尘的比电阻较燃煤飞灰要小。其原因有二是水煤浆中含水30%左右其湿度要大于燃煤飞灰仁二是制进速度等综合分析得出结论冰水煤浆飞灰的可收集性要优奖时使用了含钠的添加剂氧化钠的含量大于煤灰中的含于燃煤飞灰问题探讨煤炭工程2003年第4期高一般在4~15g/m3洇气温度在145-175之间所以燃2对燃水煤浆工业锅炉除尘的探讨水煤浆工业锅炉完全可以采用电除尘器作为除尘设备。2.1燃水煤浆工业锅炉的除尘设备的选用由于我们面对的是中小锅炉烟气量每小时从几千到几中小工业锅炉大部分为燃煤型燃水煤浆是由燃煤或燃万立方米如要选用电除尘器一定要考虑设备的投资成本油改造的目前采用的除尘设备大部分为机械加重力、惯性选用经济可靠型电除尘器的设计应考虑下面几个方面力离心力脎除尘器和湿式除尘器采用布袋除尘器和电除尘l对于烟气量40000h以上的可考虑用卧板式电除器占少数。普遍存在的问题是设备老化除尘效率低不尘器同极间距可放宽400~500m这可以降低钢耗量对能达到环保排放要求;由于设计不合理和使用不当导致于放电极,律采用芒刺线设备故障频发对于湿法除尘形成的废液泥浆不采取处2)于烟气浓度不高可采用单室二电场减少供电区理措施乱排乱放带来了新的二次污染。可以减少供电电源套数同样可以降低投资。采用机械式除尘装置具有结构简单、投资少、运行维护3烬可能采用顶部电磁振打这样可以使电除尘器结构费用低、耐高温的优点但除尘效率低只适用于捕集粒径大紧凑占地面积小维修方便同样降低钢耗量。于15/m的尘粒所以不能满足排放要求,般可作为粗净化对于烟气量在3000h以下的可考虑用立管式组或一级除尘使用。湿式除尘器有水膜除尘器、文氏管除尘合式电除尘器。比如旋风除尘器与管式电除尘器的组合增器、泡沫除尘器等它们具有除尘效率高、结构简单、造价低加烟气在器内的处理时间这样可降低设备的自重但要注的优点但存在最大的缺点是会带来二次污染要考虑对意清灰效果减少粉尘的二次飞扬。废液和泥浆的处理飞灰中的金属与非金属的氧化物遇水5对于立管式电除尘器在保证烟气和灰尘能顺利排出后其活化性大大降低失去所利用的价值。综合评价上面的条件下可考虑将除尘器放在锅炉房的顶部不仅不用风两种类型的除尘设备是不可取的机而且省去烟囱和管道中国环境法暂定燃煤电站锅炉的烟气排放粒子浓度不6对同一锅炉房中多台小锅炉要考虑采用一台除尘器超过8mg/Nm3而欧洲与美国已经使用的更加严格的粒子集中处理。排放要求即每100W/h的电能不超过0.15kg粒子这个7)于水煤浆飞灰的比电阻在3×10°gcm左右比电数值相当于7-10mg/Nm。对于这种对环境要求愈加严格阻偏高所以采用脉冲供电为佳可以有效地抑制反电晕发的条件下笔者认为对于燃水煤浆工业锅炉的除尘应优先生。为降低电源成本可以用一套电源实现脉冲供电即在变选用布袋除尘器和电除尘器。压器低压端产生脉冲然后通过升压整流后形成脉冲供电2.2布袋除尘器3结语布袋除尘器也称为过滤式除尘器其特点是应用广泛除尘效率高一般可达∞%以上可实现近于零排放可捕集燃水煤浆工业锅炉的飞灰与燃煤锅炉的飞灰的化学成亚微米粒径颗粒不受粉尘的比电阻影响处理烟气量的范分相同由于水煤浆本身的特点及燃烧方式的不同其粒度围大洴可处理高浓度的含尘气体选择合适的滤料可处理分布、比电阻、有效驱进速度有所不同江工况条件下的烟尘浓200℃左右的高温气体。在保证相同的除尘效率的前提下,度烟气温度、湿度也存在一定的差异通过定量与定性分析其造价和运行费用低于电除尘器涡外对于燃煤质燃料的锅得岀燃水煤浆工业锅炉的飞灰的可收集性要优于燃煤的工炉还具有脱硫作用。业锅炉。九十年代初国际流行一种先进低压脉冲反吹式布袋除除尘应采用干法方式并优先选用脉冲布袋除尘器和电尘器喷吹实现了低压力、短脉冲、离线清灰、长滤袋具有过除尘器計对烟气量小的如用电除尘器应选用立管组合式滤风速大、重量轻、占地少、投资省、高效率低能耗的优点。电除尘器为使电除尘器高效率、安全、可靠运行的同时降低对燃水煤浆中小工业锅炉烟气量小的每小时几千立方设备的投资成本和运行成本注意把握设计中的各个环节。米大到几万立方米烟气温度一般小于200℃且粉尘的比电阻偏高适合选用脉冲反吹式布袋除尘器作为除尘设备,参考文献它与电除尘器相比,可降低投资成本和运行费用同样达到[I]毛健雄等煤的清洁燃烧.科学出版社2000较高的除尘效率[2]郝吉明等大气污染控制工程高等教育出版社19992.3电除尘器[3]中国煤化工流动传热和汽化的理论电除尘器特点是除尘效率高可达9%以上阻力小CNMH能耗低灲理烟气量大河处理高温气体捕集亚微米级的粒[4]≮以x正燃煤锅炉中的应用锅炉子。前面分析了水煤浆飞灰的成分,实测粒度分布在技术.200281-100m之间在工况条件下北比电阻在1.4-7×10g2cm之间并推断其驱进速度o>11cm/s烟气的含尘浓度不是很责任编辑郑燕凌)