靜電除塵器在生物質(zhì)燃料鍋爐系統(tǒng)中的應用及技術優(yōu)化

引言

生物質(zhì)燃料,包含了植物材料和動物廢料等有機質(zhì)在內(nèi)的燃料,諸如秸桿、鋸末、甘蔗渣、稻糠以及棕櫚等。在東南亞很多國家及我國的西南地區(qū)(特別是兩廣地區(qū)),許多生物質(zhì)燃料會被用于發(fā)電或供熱,既可以快速地實現(xiàn)農(nóng)林廢棄物的減量化和無害化,又能實現(xiàn)資源化利用,回收熱能。

近幾年,我司接觸到了一些生物質(zhì)鍋爐配套靜電除塵器改造項目,其中以蔗渣、棕櫚、稻殼居多。在設計之初,經(jīng)過資料搜索和項目對比,發(fā)現(xiàn)其他廠家已經(jīng)投運的除塵器或多或少地出現(xiàn)了一些問題,如陰陽極板的變形、灰斗堵灰,甚至是除塵器爆炸等嚴重問題。本文就生物質(zhì)靜電除塵器發(fā)生爆炸的兩個案例進行了剖析,對靜電除塵器的技術方案進行了合理的甄選配置,提出了更為優(yōu)化完善的方案。優(yōu)化后的技術配置已應用到實際工程案例中,結(jié)果顯示,除塵器不僅達到要求的排放濃度,而且整套設備運行穩(wěn)定,安全性得到有效保證。

1案例分析

1.1蔗渣除塵器爆炸事故案例

案例一:2006年,廣東省某糖廠lx75t/h鍋爐,采用蔗渣為燃料,配套文丘里麻石水膜除塵器。鍋爐試運行時,出現(xiàn)燃料堆積現(xiàn)象。鍋爐空氣預熱器出口到引風機入口的負壓達到3500Pa,也就是說在預熱器和引風機中間的除塵器負壓達到了3500Pa,遠高于設計值(一般除塵器的負壓為2500Pa)。在試運行8h后,該除塵器發(fā)生爆炸。

案例二:20l3年3月份,國內(nèi)某知名電除塵器廠家配套的泰國某糖廠l×l20t/h鍋爐配套靜電除塵器(單列雙室三電場除塵器,入口濃度8g/Nm3,除塵效率99.375%),采用蔗渣燃料,設備投運3個月后除塵器發(fā)生爆炸。圖l為爆炸現(xiàn)場圖片。

圖1 泰國某公司1×120t/h蔗渣爐配套靜電除塵器爆炸事故現(xiàn)場

從現(xiàn)場情況來看,電除塵殼體兩側(cè)墻板嚴重彎曲變形,多處加強槽鋼變形、斷裂,特別是進出口喇叭部位。出口煙道上(離EsP出口約2m轉(zhuǎn)彎處)有一個較大的爆炸破口。除塵器下部有一個灰斗有小破口,灰斗內(nèi)大部分灰分都已結(jié)焦,從灰斗內(nèi)掏出來的灰塊都比較大,落灰困難,很多時候需要工人從掏灰孔內(nèi)部破碎下灰。

1.2爆炸事故原因分析

根據(jù)現(xiàn)場實際參數(shù)分析,同時結(jié)合生物質(zhì)燃燒介質(zhì)的特性,電除塵器發(fā)生爆炸的原因分析如下:

(1)引發(fā)設備爆炸的三要素有:12.5%以上C0濃度、5.42%以上含氧量以及可能存在的火源。

(2)C0濃度:大多數(shù)情況下,生物質(zhì)燃料鍋爐多為鏈條爐,當其運行工況不穩(wěn)定,啟停頻繁時,燃料中含碳物質(zhì)就會出現(xiàn)不完全燃燒現(xiàn)象,易產(chǎn)生過量的C0。由于C0的爆炸濃度極限范圍寬,點燃能量小,爆炸(其爆炸范圍是12.5%~74.2%)的危險性大。

(3)含氧量:除塵器設計時如果安裝焊接質(zhì)量不過關,保溫棉厚度不達標,導致除塵器漏風率增加,那么除塵器內(nèi)部的含氧量將會增加。

(4)可能存在的火源:1)電場內(nèi)部閃絡產(chǎn)生的火花:2)接觸散熱設備的表面、飄過的熾熱微粒、經(jīng)過的高溫氣流、靜電等:3)生物質(zhì)鍋爐煙氣中飛灰可燃物含量高,未燃盡的飛灰中常還夾帶著火苗。

2生物質(zhì)除塵器的技術優(yōu)化措施

生物質(zhì)靜電除塵器既有常規(guī)燃煤電廠靜電除塵器設備的特性,又有其自身特點。為了確保鍋爐及其附屬設備的安全穩(wěn)定運行,同時也為保證設備操作人員的人身安全,依據(jù)上述原因分析,本文從技術方面對生物質(zhì)燃料鍋爐配套靜電除塵器的設計提出了優(yōu)化建議,重新規(guī)劃選型配置,確保設備高效安全投運。

(1)爐膛出口增設C0檢測儀,并實現(xiàn)在線監(jiān)測。該C0在線監(jiān)測需與電除塵進行高壓連鎖設置。一旦檢測到除塵器內(nèi)C0濃度在3%~8%之間時,電除塵器各電場都會設置成處于欠功率無火花運行狀態(tài):而當檢測到C0濃度高于8%時,所有電場均應作斷電處理。

(2)除塵器殼體設計改進。常規(guī)電除塵器的殼體壓力設計值為±8700Pa,生物質(zhì)鍋爐除塵器的殼體設計值一般為5000Pa。發(fā)生爆炸時,設備內(nèi)氣體體積會突然增加,除塵器內(nèi)部壓力值劇增,因此需在電除塵器頂部補設防爆門或者防爆片,以釋放內(nèi)部壓力。通常生物質(zhì)電除塵的設計壓力值為5000Pa,電除塵器殼體上的防爆門(片)的起爆壓力只要略低于設計壓力值即可。同時,建議業(yè)主在空預器出口至電除塵器入口的水平煙道上增設防爆門(片),此處防爆門起爆壓力比電除塵器上的防爆門起爆壓力略小,一般取值為4000Pa。

(3)灰斗方面的設計改進。為防止灰斗自燃,灰斗溫度控制增設200℃超溫報警,一旦發(fā)現(xiàn)超溫報警,要求運行人員及時檢查并作滅火處理。同時灰斗配置電動鎖氣器,可有效防止多余空氣進入除塵器內(nèi)部,穩(wěn)定設備內(nèi)部含氧量,避免引發(fā)二次燃燒。為防止未燃盡的燃料在除塵器灰斗內(nèi)二次燃燒結(jié)焦成塊,灰斗溜灰角度按照大于60x設計。常規(guī)除塵設備的出灰口尺寸一般按照400mm×400mm進行設計,考慮到生物質(zhì)燃料灰分結(jié)焦成塊的可能,出灰口的尺寸增加到600mm×600mm,方便落灰。在灰斗振打清灰方面,增設倉壁振動器,盡量保證灰斗壁板上不積灰。另外,為防止落下來的灰分吸收水分板結(jié)成塊,灰斗配置了加熱器和氣化板。

(4)振打器的優(yōu)化改進。鑒于生物質(zhì)燃料中堿金屬含量較高,粉塵黏性較大,不易振打清灰。為了更加有效清除粉塵,陰陽極振打系統(tǒng)沒有采用常規(guī)的側(cè)部仿形錘振打器,而更改為振打力較強的頂部電磁錘振打器。該振打器屬于加強型振打器,提升高度可達45cm,采用微機控制,其振打強度、振打頻率和振打順序可根據(jù)現(xiàn)場實際運行工況進行調(diào)節(jié),適應性強,調(diào)整靈活、方便、簡單。振打傳力順暢快速、傳力效率高、清灰效果好,有效保證了除塵效率。

(5)粉塵捕集優(yōu)化設計。生物質(zhì)鍋爐的飛灰一般比較輕,容易發(fā)生飄逸,除塵器不易捕集到。設計除塵器時應盡量延長粉塵在除塵器內(nèi)的處理時間,降低煙氣流速。優(yōu)化后將煙氣流速控制0.7m/s左右,讓粉塵在自然沉降的同時又能保證粉塵荷上足夠的電量。另外,考慮到塵粒質(zhì)量較輕,粒度小,容易發(fā)生二次揚塵的特點,設計優(yōu)化時特地在除塵器出口喇叭處設置槽型板以防止粉塵二次飛揚。

(6)嚴格把控保溫安裝質(zhì)量。嚴格把控除塵器焊接質(zhì)量,特別是保溫棉及保溫外護板的安裝質(zhì)量,控制好漏風率,避免生物質(zhì)燃料落灰時因為含濕量太高導致落灰板結(jié)成塊。同時也可有效控制設備內(nèi)部含氧量,避免高含氧量的發(fā)生,消除爆炸隱患。

(7)鑒于生物鍋爐具有啟停頻繁的特點,在除塵器上設置熱風吹掃系統(tǒng),可以有效防止絕緣子發(fā)生污閃現(xiàn)象,防止絕緣子炸裂。

3優(yōu)化改造后除塵器運行情況

目前我司有將近30多臺(套)生物質(zhì)燃料鍋爐配套靜電除塵器項目,包括蔗渣、稻殼、棕櫚葉(殼)等,這些設備均采用上述優(yōu)化改進技術措施,不僅運行安全穩(wěn)定,而且能達到較低的排放值,整套設備得到用戶的極大認可。表1為我司部分泰國糖廠項目的測試報告(2017年3月份泰國環(huán)保局發(fā)來的測試結(jié)果)。

4結(jié)語

除塵設備的運行良好與否,不僅與業(yè)主的效益息息相關,同時也與設備制造廠家的利益環(huán)環(huán)相扣。本文從兩臺發(fā)生爆炸的除塵器案例出發(fā),分析生物質(zhì)燃料設備發(fā)生故障的原因,采取有效措施優(yōu)化原有技術方案,改進設備結(jié)構(gòu)配置,從根源上保證了除塵器的安全穩(wěn)定運行。此類除塵設備的安全穩(wěn)定運行不僅消除了業(yè)主的重重顧慮,也為公司在生物質(zhì)除塵市場的開拓中提供了強有力的技術保障。