电除尘器Ο文丘里水膜除尘器组合
除尘技术模拟试验研究
Experimental Study on Dust Collection of ESP and
Venturi2collector Combination
华北电力大学环境工程系 尹连庆 田贺忠 胡满银 赵 毅 高香林 (河北保定071003)河南电力实验研究所 李士海 (河南郑州450052)
【摘要】 目前我国燃煤电厂仍有部分中小型机组采用文丘里水膜除尘器进行烟气除尘。由于其除尘效率较低、烟尘排放超标,急需进行改造,据此提出了电除尘器Ο文丘里水膜除尘器组合除尘方式的改造方案。该方式与传统文丘里水膜除尘改为电除尘器方式相比,改造施工周期短、投资少、可减小或避免水力输灰管道结垢、灰水排放pH超标,且具有部分脱硫效益,同时除尘效率可以达标。该改造方式的技术关键是文丘里水膜除尘器对电除尘器后的低浓度、细粉尘烟气的除尘性能。对此进行了大量的模拟实验研究,并对电除尘器Ο文丘里水膜除尘器组合除尘方式改造方案进行了技术经济可行性分析与论证。
【关键词】 电除尘器 文丘里水膜除尘器 组合除尘 模拟试验
Abstract There are still many Venturi2collector equipped with middle or small units in coal2fired power station in China,which were used for dust collection.They could not satisfy with the need for higher collection efficiency. The author posed a new reform method of dust collection. Which was the combination of electrostatic precipitator (ESP)and Venturi2collector.A large number of simulat2 ing experiments were done on the collection efficiency of Venturi2collector with the low concentration and fine dust,which was assumed as escaped from ESP.Simple technical and economical analysis was also done.The method was one of reasonable scheme of Venturi2collector reform.
K ey w ords electrostatic precipitator Venturi2collector combination experiment reform
当前,我国火电厂仍有部分锅炉采用文丘里水膜除尘器进行烟气除尘。由于文丘里水膜除尘器除尘效率较低,烟尘排放浓度较高,不能满足新近颁布实施的G B13226—1996《火电厂大气防染排放标准》,已不能适应当今经济可持续发展的需要,急需对现存的文丘里除尘器进行技术改造,提高除尘效率。传统的改造方案一般是推倒文丘里水膜除尘器,完全改造为电除尘器。此方案虽然能提高除尘效率,使烟尘排放达标,但往往施工周期较长,易出现改造前没有的灰水p H值超标、灰管结垢等问题。经过多次实地考察和反复论证,本文作者提出保留文丘里水膜除尘器,而在其前面与锅炉尾部之间布置一电场或两电场电除尘器,构成电除尘器Ο文丘里水膜除尘器的组合除尘方式。该组合既可有效保证高除尘效率、低烟尘排放,又保留了文丘里水膜除尘器的部分脱硫效用,防止灰水p H值超标、灰管结垢,同时可望缩短施工周期,减少技改投资等。
由于缺乏此种除尘器布置形式的实际运行经验,布置在电除尘器后的文丘里水膜除尘器对经过电除尘器后的低浓度、细粉尘的除尘性能如何目前尚无定论。这也正是进行此种组合除尘技改方案的关键所在。为此,结合马头发电总厂5、6号炉的技术改造,进行了电除尘器Ο文丘里水膜除尘器组合除尘方式的性能模拟试验,以期为火电厂文丘里水膜除尘器的技术改造提供可靠的技术依据。
1 模拟试验系统及测试仪器
111 试验系统
模拟试验系统采用华北电力大学环境工程系的文丘里水膜除尘器模拟试验台。该系统是以流体力学相似理论为基础,根据马头电厂5号炉文丘里水膜除尘器的结构及运行特性(马头电厂5号炉部分结构及运行参数如表1所示)进行了改造,在保证模拟试验台与实物几何相似的同时,考虑了雷诺(Re)、傅鲁德(Fr)、斯托克斯(Stk)等相似准则,通过分析研究,确立了模化的决定性相似准则数为Fr:
Fr=w
2
gl
=不变量
第32卷中 国 电 力1999年第11期
即
C 2w
C L
=l C w =C L
式中 w ———流体速度,m/s
l ———定型尺寸,m C w ———实物流体速度与模型对应速度之比;
C L ———实物定型尺寸与模型对应尺寸之比。
表1 马头电厂5号炉(670t/h)文丘里
除尘器部分设计参数
文 丘 里 管
处理烟气量/m 3・h -1
313000
喉部烟速
/m ・s -14915雾化喷嘴型式溅锥耗水量/t ・h -133175
收缩角
18°50′扩张角
7
收缩管尺寸/mm 3490×
2290
L =5400扩张管尺寸/mm 2400×
1800
L =6550
喉部尺寸/mm 1600×1100L =300液气比/m ・s -10110783
捕
滴 器
筒体内径/mm 5000
进气方式
蜗壳水平筒体比高度 315
引出方式切向湿段比高度2120
供水方式环形喷嘴
干段比高度1130平均上升速度/m ・s -14144耗水量/t ・h -1
1119液气比/kg ・m -30103802除尘器
总耗水量/t ・h -145165
总液气比/kg ・m -30123效率/%
95
总阻力
/Pa
719
根据马头电厂5号炉文丘里除尘器捕滴器直径为<5000,设计捕滴器平均抬升速度为4144m/s ,
模型文丘里除尘器捕滴器为<600,则确定模拟试验时的基准试验工况为模型的捕滴器均已进入第2自模化区,模型试验的雷诺数不必与实物相等。该模拟试验系统由定量给粉装置、烟气入口水平直管段、文丘里管、捕滴器(旋风水膜除尘器)、烟气出口段、给水装置、排灰装置及引风机等构成。112 测试仪器及测试项目
试验中所采用测试仪器包括T ⅡΟ800C 型微电脑烟气平行采样仪、S 型毕托管、静压平衡采样管、圆盘定量给粉机、巴库粒度分析仪、倾斜式微压计、U 型管压力计等。测试项目有除尘效率、烟气流量及烟气流速、烟气含尘浓度、粉尘粒度分析、阻力、漏风等。模拟试验在室温下进行。
2 模拟试验内容
211 模拟试验工况21111 工况1
模拟5号炉烟气粉尘(全粉尘)直接进入文丘里除尘器时,在当量处理烟气量、文丘里管及捕滴器供水量条件下(基准模化工况,具有相同的液气比)文丘里湿式水膜除尘器的除尘效率。21112 工况2
模拟一电场电除尘器Ο文丘里水膜除尘器组合除尘方式下,5号炉烟气粉尘经过一电场电除尘器后各种因素(处理烟气量、文丘里管及捕滴器供水量、不同喉管速度的文丘里管等)对文丘里湿式水膜除尘器除尘效率的影响。21113 工况3模拟二电场电除尘器Ο文丘里水膜除尘器组合除尘方式下,5号炉烟气粉尘经过二电场电除尘器后各种因素(处理烟气量、文丘里管及捕滴器供水量、不同喉管速度的文丘里管等)对文丘里湿式水膜除尘器除尘效率的影响。212 试验粉尘的采集、分析与制备
通过等速采样,现场采集马头电厂5、8号除尘器入口粉尘样品,测试了5号炉文丘里除尘器入口烟气流量(276711m 3/h )和烟气含尘浓度(21185g/m 3),并收集了大量8号炉电除尘器一、二、三电场灰斗中的粉尘。经过粒度分析表明,由于5、8号炉燃用煤种相同、采用相同制粉系统,可以用8号炉电除尘器各电场灰斗中的粉尘,通过一定的配比制备假想的5号炉模拟烟气全粉尘、经一电场电除尘器后粉尘、经二电场电除尘器后粉尘。21211 全粉尘
按8号炉电除尘器一、二、三电场除尘效率分别为82%、80%、78%计,并将从电除尘器出口逸出的极少量粉尘用三电场灰斗中的研磨筛分细灰来代替,即一、二、三电场灰斗灰及研磨筛分细灰按82∶1414∶218∶018的比例配制成。21212 经一电场电除尘器后粉尘
电除尘器第2、3电场除尘效率分别按80%、78%计,即二、三电场灰斗中灰及研磨筛分细灰按80∶1516∶414的比例配制而成。21213 经二电场电除尘器后粉尘
电除尘器第三电场除尘效率按78%计,即三电场灰斗灰和磨筛分细灰按78∶22的比例配制而成。各粉尘试样的粒度分析结果如表2所示。21214 各试验工况下烟气含尘浓度的确定按实验室温度16℃、当地大气压1001kPa 、5号炉文丘里除尘器入口粉尘浓度换算到实验室条件时,C =20156g/m 3,则全粉尘工况下模拟试样烟气粉尘浓度为:C =20156g/m 3;经一电场电除尘器后
—
4
8— 1999年第11期中 国 电 力第32卷
粒组/μm>4040～3030～2020～1010～55～2<2d50/μm
体积质量分散度/
%
8
号
炉
全灰131671912172618221313163111313 1号电场灰斗161381213152517201512163121415 2号电场灰斗41841210122718291220103113 3号电场灰斗015019316181033163419815517 5号炉全灰121871412182615221514153151215模拟
试验
用灰
全灰131071212182710231013183121310 2号电场入口41031122618291821118816 3号电场入口0150183131617311236171018513
文丘里入口烟气含尘浓度为:C1=20156×(1-82%)=317g/m3;经二电场电除尘器后文丘里入口烟气含尘浓度为:C2=20156×(1-82%)×(1-80%)=0174g/m3。
3 模拟试验结果与分析
311 工况1
在基准模化工况下,保证文丘里管(喉管风速4915m/s)与捕滴器供水与实物具有相同的液气比(文丘里管:0110783kg/m3;捕滴器:0103802kg/m3)时进行模拟试验,试验结果如表3所示。由表3可见,模拟除尘效率为95102%,与5号炉文丘里除尘器的设计效率95100%及现场测试效率95170%非常接近。这表明模拟试验系统运行稳定、可靠,具有较好的模拟性,所遵循的相似模拟准则与选取的基准模化工况是合理、可行的。
表3 工况1模拟实验结果
项 目参 数
平均处理烟气量/m3・h-1156713156713156713
文丘里喉管风速/m・s-1491549154915
捕滴器平均抬升速度/m・s-1115411541154
文丘里供水液气比/kg・m-3011078001107830110783捕滴器供水液气比/kg・m-3010380101038010103801系统阻力/Pa493134931349313
系统漏风率/%210221022102
除尘效率/%941809418695139
平均除尘效率/%95102312 工况2、3
固定其他影响因素,分别改变处理烟气量、文丘里管供水量、捕滴器供水量时的模拟运行参数变化情况如表4、5所示。由表4、5可见:(1)随着处理烟气量(烟气流速)增大,文丘里管雾化凝聚效果及捕滴器脱水效率均有所改善,除尘效率呈上升趋势,但阻力也有所增大;(2)相同处理烟气量,相同粉尘处理量时,随着文丘里管供水量增加,液气比加大,喷嘴出水压力增大,文丘里管的雾化凝聚效果逐渐提高,除尘效率呈上升趋势;(3)在其他条件不变时,随捕滴器供水量的增加,文丘里水膜除尘器除尘器效率略有所提高,但变化幅度较小。
313 不同喉管速度时文丘里管除尘效率
在基准模化工况下,固定处理烟气量、文丘里管及捕滴器供水量、入口粉尘通过量,试验3种不同设计喉管速度(4915m/s、5510m/s、6010m/s)的文丘里管对一、二电场电除尘器后文丘里水膜除尘器模拟运行参数的影响,试验结果如表6所示。由表6可见,随着文丘里管喉部风速的提高,增强了文丘里管的雾化凝聚效果,效率呈上升趋势,但相同阻力也有较大幅度的攀升,这是国内火电厂未采用高阻文丘里水膜除尘器的原因之一。
4 结论
结合马头电厂5号炉文丘里水膜除尘器的技术改造,采用从其8号炉电除尘器收集的灰经配制作
表4 工况2模拟实验结果
项 目改变处理烟气量改变文丘里管供水量改变捕滴器供水量
平均处理烟气量/m3・h-1177018156713143510156713156713156713156713
文丘里喉管风速/m・s-155190491474513049147491474914749147
捕滴器平均抬升速度/m・s-11174115411411154115411541154
文丘里液气比/kg・m-3010954201107830111750107656011378201107830110783捕滴器液气比/kg・m-30103365010380101041520103801010380101038010103801系统阻力/Pa58614493134191746518515184931349313
系统漏风率/%2186210201752102210221022102
除尘效率/%88163871288516386172881528716988194
第32卷电除尘器Ο文丘里水膜除尘器组合除尘技术模拟试验研究1999年第11期
表5 工况3模拟实验结果
项 目
改变处理烟气量改变文丘里管供水量改变捕滴器供水量
平均处理烟气量/m 3・h -1177018156713143510156713156713156713156713文丘里喉管风速/m ・s -155190491474513049147491474914749147捕滴器平均抬升速度/m ・s -11174115411411154115411541154文丘里管供水量/m 3・h -101169011690116901120012160116901169文丘里液气比/kg ・m -3010954201107830111750107656011378201107830110783捕滴器供水量/m 3・h -101059580105958010595801059580105958010912011224捕滴器液气比/kg ・m -3013365010380101041520103801010380101038010103801系统阻力/Pa 58614493134191746518515184931349313系统漏风率/%2186210201752102210221022102除尘效率/%
85103831208116182133841948213883176
表6 不同喉管速度时的模拟实验结果
项 目
一场电除尘器后不同速度文丘里管
二场电除尘器后不同速度文丘里管
文丘里喉管设计风速/m ・s -1
491555106010491555106010平均处理烟气量/m 3・h -1156713156713156713156713156713156713文丘里喉管风速/m ・s -1491555106010491555106010捕滴器平均抬升速度/m ・s -1115411541154115411541154文丘里管液气比/kg ・m -3011078301107830110783011078301107830110783捕滴器液气比/kg ・m -3010380101038010103801010380101038010103801系统阻力/Pa 4931377417102917
4931377417102917
系统漏风率/%210221142117210221142117除尘效率/%
87128
88161
176
83120
84125
85194
为试验粉尘,在华北电力大学文丘里湿式水膜除尘器模拟试验台上进行了一电场电除尘器Ο文丘里湿式水膜除尘器与二电场电除尘器Ο文丘里湿式水膜除尘器组合除尘方式模拟试验,取得了大量的试验数据,试验结果表明:(1)用马头电厂8号炉电除尘器一、二、三电场灰斗中灰,经一定配比后模拟5号炉全粉尘,在所选定的基准模化工况下作了全粉尘的性能模拟试验,模拟试验获得的平均除尘效率为95102%,与5号炉文丘里除尘器的设计效率及现场测试效率基本一致。这表明模拟试验系统运行稳定可靠,试验中遵循的相似准则与选取的基准模化工况合理,试验结果具有代表性。(2)在基准模化工况下,一电场电除尘器Ο文丘里除尘器和二电场电除尘器Ο文丘里除尘器组合除尘方式时的文丘里水膜除尘器模拟除尘效率分别为87128%和83120%。处理烟气量、文丘里管与捕滴器供水量及文丘里管喉部风速等因素的改变对除尘效率与系统阻力均有不同程度的影响。
根据现场调研的结果看,在马头电厂5号炉锅炉尾部与文丘里除尘器间场地上,经电除尘器供应商的某些具体设计,完全可以布置下二电场电除尘器。若按电除尘器一、二电场效率分别为82%和80%,根据以上试验结果,一电场电除尘器Ο文丘里水膜除尘器组合除尘效率=1-(1-0182)(1-0187=98105%,二电场电除尘器Ο文丘里水膜除尘器组
合除尘效率=1-(1-0182)(1-0180)(1-0183)=
99139%。可见,采用二电场电除尘器Ο文丘里除尘器组合方式能保证较高的除尘效率,且即使燃用煤种不稳定或煤种改变乃至电除尘器其中一个电场发生故障停运及在其他非理想因素的影响下,烟尘排放依然可以维持在较低水平上。因此尽管该方案较一电场电除尘器Ο文丘里除尘器组合方案投资略高,施工难度与施工量有所增加,但对煤种适应性强,容易在各种条件下满足烟尘排放标准。
大量试验及与国内电除尘器供应商等探讨结果表明,采用电除尘器Ο文丘里水膜除尘器组合除尘方式是对现有文丘里水膜除尘器技术改造的一种可行方案。该方案不仅可使火电厂中小机组烟尘排放达标,具有降低投资、缩短施工周期、减小施工量等优点,而且保留了文丘里除尘器部分烟气脱硫效应,能有效抑制灰水p H 超标、输灰管结垢等,基本可在机组大修期间完成改造,避免影响机组正常运行。
5 参考文献
1 郝吉明,马广大.大气污染控制工程.北京:高等教育出版社,192 刘后启,林 宏.电收尘器.北京:中国建筑工业出版社,19873 高香林.除尘技术.华北电力大学,1991
收稿日期:1999207215 (责任编辑 叶 雷)
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68— 1999年第11期中 国 电 力
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