静电除尘器在生物质燃料锅炉系统中的应用及技术优化

引言

生物质燃料,包含了植物材料和动物废料等有机质在内的燃料,诸如秸杆、锯末、甘蔗渣、稻糠以及棕榈等。在东南亚很多国家及我国的西南地区(特别是两广地区),许多生物质燃料会被用于发电或供热,既可以快速地实现农林废弃物的减量化和无害化,又能实现资源化利用,回收热能。

近几年,我司接触到了一些生物质锅炉配套静电除尘器改造项目,其中以蔗渣、棕榈、稻壳居多。在设计之初,经过资料搜索和项目对比,发现其他厂家已经投运的除尘器或多或少地出现了一些问题,如阴阳极板的变形、灰斗堵灰,甚至是除尘器爆炸等严重问题。本文就生物质静电除尘器发生爆炸的两个案例进行了剖析,对静电除尘器的技术方案进行了合理的甄选配置,提出了更为优化完善的方案。优化后的技术配置已应用到实际工程案例中,结果显示,除尘器不仅达到要求的排放浓度,而且整套设备运行稳定,安全性得到有效保证。

1案例分析

1.1蔗渣除尘器爆炸事故案例

案例一:2006年,广东省某糖厂lx75t/h锅炉,采用蔗渣为燃料,配套文丘里麻石水膜除尘器。锅炉试运行时,出现燃料堆积现象。锅炉空气预热器出口到引风机入口的负压达到3500Pa,也就是说在预热器和引风机中间的除尘器负压达到了3500Pa,远高于设计值(一般除尘器的负压为2500Pa)。在试运行8h后,该除尘器发生爆炸。

案例二:20l3年3月份,国内某知名电除尘器厂家配套的泰国某糖厂l×l20t/h锅炉配套静电除尘器(单列双室三电场除尘器,入口浓度8g/Nm3,除尘效率99.375%),采用蔗渣燃料,设备投运3个月后除尘器发生爆炸。图l为爆炸现场图片。

图1 泰国某公司1×120t/h蔗渣炉配套静电除尘器爆炸事故现场

从现场情况来看,电除尘壳体两侧墙板严重弯曲变形,多处加强槽钢变形、断裂,特别是进出口喇叭部位。出口烟道上(离EsP出口约2m转弯处)有一个较大的爆炸破口。除尘器下部有一个灰斗有小破口,灰斗内大部分灰分都已结焦,从灰斗内掏出来的灰块都比较大,落灰困难,很多时候需要工人从掏灰孔内部破碎下灰。

1.2爆炸事故原因分析

根据现场实际参数分析,同时结合生物质燃烧介质的特性,电除尘器发生爆炸的原因分析如下:

(1)引发设备爆炸的三要素有:12.5%以上C0浓度、5.42%以上含氧量以及可能存在的火源。

(2)C0浓度:大多数情况下,生物质燃料锅炉多为链条炉,当其运行工况不稳定,启停频繁时,燃料中含碳物质就会出现不完全燃烧现象,易产生过量的C0。由于C0的爆炸浓度极限范围宽,点燃能量小,爆炸(其爆炸范围是12.5%~74.2%)的危险性大。

(3)含氧量:除尘器设计时如果安装焊接质量不过关,保温棉厚度不达标,导致除尘器漏风率增加,那么除尘器内部的含氧量将会增加。

(4)可能存在的火源:1)电场内部闪络产生的火花:2)接触散热设备的表面、飘过的炽热微粒、经过的高温气流、静电等:3)生物质锅炉烟气中飞灰可燃物含量高,未燃尽的飞灰中常还夹带着火苗。

2生物质除尘器的技术优化措施

生物质静电除尘器既有常规燃煤电厂静电除尘器设备的特性,又有其自身特点。为了确保锅炉及其附属设备的安全稳定运行,同时也为保证设备操作人员的人身安全,依据上述原因分析,本文从技术方面对生物质燃料锅炉配套静电除尘器的设计提出了优化建议,重新规划选型配置,确保设备高效安全投运。

(1)炉膛出口增设C0检测仪,并实现在线监测。该C0在线监测需与电除尘进行高压连锁设置。一旦检测到除尘器内C0浓度在3%~8%之间时,电除尘器各电场都会设置成处于欠功率无火花运行状态:而当检测到C0浓度高于8%时,所有电场均应作断电处理。

(2)除尘器壳体设计改进。常规电除尘器的壳体压力设计值为±8700Pa,生物质锅炉除尘器的壳体设计值一般为5000Pa。发生爆炸时,设备内气体体积会突然增加,除尘器内部压力值剧增,因此需在电除尘器顶部补设防爆门或者防爆片,以释放内部压力。通常生物质电除尘的设计压力值为5000Pa,电除尘器壳体上的防爆门(片)的起爆压力只要略低于设计压力值即可。同时,建议业主在空预器出口至电除尘器入口的水平烟道上增设防爆门(片),此处防爆门起爆压力比电除尘器上的防爆门起爆压力略小,一般取值为4000Pa。

(3)灰斗方面的设计改进。为防止灰斗自燃,灰斗温度控制增设200℃超温报警,一旦发现超温报警,要求运行人员及时检查并作灭火处理。同时灰斗配置电动锁气器,可有效防止多余空气进入除尘器内部,稳定设备内部含氧量,避免引发二次燃烧。为防止未燃尽的燃料在除尘器灰斗内二次燃烧结焦成块,灰斗溜灰角度按照大于60x设计。常规除尘设备的出灰口尺寸一般按照400mm×400mm进行设计,考虑到生物质燃料灰分结焦成块的可能,出灰口的尺寸增加到600mm×600mm,方便落灰。在灰斗振打清灰方面,增设仓壁振动器,尽量保证灰斗壁板上不积灰。另外,为防止落下来的灰分吸收水分板结成块,灰斗配置了加热器和气化板。

(4)振打器的优化改进。鉴于生物质燃料中碱金属含量较高,粉尘黏性较大,不易振打清灰。为了更加有效清除粉尘,阴阳极振打系统没有采用常规的侧部仿形锤振打器,而更改为振打力较强的顶部电磁锤振打器。该振打器属于加强型振打器,提升高度可达45cm,采用微机控制,其振打强度、振打频率和振打顺序可根据现场实际运行工况进行调节,适应性强,调整灵活、方便、简单。振打传力顺畅快速、传力效率高、清灰效果好,有效保证了除尘效率。

(5)粉尘捕集优化设计。生物质锅炉的飞灰一般比较轻,容易发生飘逸,除尘器不易捕集到。设计除尘器时应尽量延长粉尘在除尘器内的处理时间,降低烟气流速。优化后将烟气流速控制0.7m/s左右,让粉尘在自然沉降的同时又能保证粉尘荷上足够的电量。另外,考虑到尘粒质量较轻,粒度小,容易发生二次扬尘的特点,设计优化时特地在除尘器出口喇叭处设置槽型板以防止粉尘二次飞扬。

(6)严格把控保温安装质量。严格把控除尘器焊接质量,特别是保温棉及保温外护板的安装质量,控制好漏风率,避免生物质燃料落灰时因为含湿量太高导致落灰板结成块。同时也可有效控制设备内部含氧量,避免高含氧量的发生,消除爆炸隐患。

(7)鉴于生物锅炉具有启停频繁的特点,在除尘器上设置热风吹扫系统,可以有效防止绝缘子发生污闪现象,防止绝缘子炸裂。

3优化改造后除尘器运行情况

目前我司有将近30多台(套)生物质燃料锅炉配套静电除尘器项目,包括蔗渣、稻壳、棕榈叶(壳)等,这些设备均采用上述优化改进技术措施,不仅运行安全稳定,而且能达到较低的排放值,整套设备得到用户的极大认可。表1为我司部分泰国糖厂项目的测试报告(2017年3月份泰国环保局发来的测试结果)。

4结语

除尘设备的运行良好与否,不仅与业主的效益息息相关,同时也与设备制造厂家的利益环环相扣。本文从两台发生爆炸的除尘器案例出发,分析生物质燃料设备发生故障的原因,采取有效措施优化原有技术方案,改进设备结构配置,从根源上保证了除尘器的安全稳定运行。此类除尘设备的安全稳定运行不仅消除了业主的重重顾虑,也为公司在生物质除尘市场的开拓中提供了强有力的技术保障。