环保改造后袋式除尘器差压升高原因及对策
据统计，2015 年我国烟尘排放量达 1538 万吨。工业锅炉是我国仅次于电站锅炉以外的用煤大户，随着我国对大气污染治理工作的逐步推进，
污染排放标准不断提高，10 蒸吨及以下燃煤工业锅炉逐渐被淘汰，大容量煤粉工业锅炉和袋式除尘器得到越来越多的应用。煤科院节能分院运营着神东煤矿几十台煤粉工业锅炉。为适应环保局《锅炉大气污染物排放标准》要求，于 2016、2017 年进行了大规模的环保改造，增加了 SNCR脱硝和 NGD 除尘脱硫一体化设备。运营中发现 20 蒸吨锅炉袋式除尘器差压异常增大，影响设备正常运行，而 30 蒸吨锅炉所有环保设备运行良好，袋式除尘器差压正常。在对两种炉型的数据进行比对、分析的基础上，提出并实施了多条技术改进情措施，取得了良好的效果，为解决同类问题提供参考。
一、袋式除尘器介绍
1. 1 工作原理
袋式除尘器是利用由过滤介质制成袋状或筒状过滤元件来捕集含尘气体中粉尘的除尘设备。含尘烟气由下部进气通道，经导流板进入滤尘室，由于导流板的碰撞和气体速度的降低等作用，粗粒粉尘将落入灰斗中，其余细小颗粒粉尘随烟气向上运动，由于滤料纤维及织物的筛滤、惯性碰撞、钩附、扩散、重力沉降和静电等作用，粉尘被阻留在滤袋外，净化后的烟气逸出至袋内，经静气室进入出口烟道排出。随着粉尘在滤袋上的积聚，含尘烟气通过滤袋的阻力也相应增加，当阻力达到额定数值时，采用脉冲喷吹气流的方法进行清灰操作，清收下来的灰尘由排灰落入灰斗。图 1 为袋式除尘器过滤过程示意。
1.2 常用类型及其特点
按清灰方式不同，袋式除尘器可分为: 机械振动、逆气流清灰、脉冲喷吹、气环反吹和复合清灰五种。
工业煤粉锅炉多采用脉冲喷吹方式清灰，细分为气箱式脉冲喷吹和行脉冲喷吹两种形式。其共同点是净气室被分隔成若干箱室，每箱布置有若干条滤袋，箱室侧边净烟气出口侧有一个提升阀。清灰时，提升阀关闭，切断该箱室烟气通道，开始喷吹，待吹落的灰尘自然下落至灰斗后清灰结束，开启提升阀，烟气恢复流通，恢复过滤状态。随后，下一箱式开始清灰，依次循环进行。其不同点在于，气箱式脉冲喷吹除尘器一个箱室的多条布袋共用一套喷吹设备，如图 2 所示，每个清灰周期一个箱室只喷吹一次。压缩空气压力较高，约为0.6 MPa。而行脉冲喷吹除尘器则不同，如图 3 所示，每排滤袋上部装有一根喷吹管，对准每条滤袋中心的位置都开有一个喷吹孔，每个箱室装有多根喷吹管。清灰时，每根喷吹一次，逐根进行。待一个箱室内的所有滤袋全部完成喷吹一次后，该箱室清灰工作结束，恢复过滤。下一箱室开始清灰。由于该方式喷出的压缩空气直接撞击滤袋，产生的冲击力较气箱式脉冲喷吹强，所以喷吹压力略低，宜控制在 0.3～0.4 MPa。
二、改造后袋式除尘器运行情况
2. 1 基本情况介绍
补连塔和寸二锅炉房有 9 台 20 蒸吨煤粉锅炉，配套使用 96-6 型气箱式脉冲喷吹袋式除尘器，过滤面积 750 m 2 ，于 2010 年投产。石圪台锅炉房两台 30蒸吨煤粉锅炉，配套使用 72-6 型行脉冲袋式除尘器，过滤面积 1050 m 2 ，于 2014 年与投产。本次改造，该三个锅炉房利旧使用了原有袋式除尘器，并在其前面设计了旋风除尘器，对改造后的高灰浓度烟气进行预除尘。哈拉沟 30 蒸吨锅炉于 2016 年投产，针对高灰浓度的烟气专门设计了 84-6 型袋式除尘器，过滤面积1230 m 2 ，不设旋风除尘器。
2. 2 运行表现出的问题
采暖季运营发现 20 蒸吨锅炉的配套袋式除尘器进出口差压均出现异常增高，严重者_过 3000 Pa，影响正常生产运营。检查发现滤袋表面的灰板结严重。30 蒸吨锅炉的袋式除尘器差压正常，至采暖季结束未出现大于 1500 Pa 的情况。
三、原因分析和技术改造方案
3. 1 原因分析
环保改造之前，袋式除尘器使用正常。而改造后20 蒸吨炉型的袋式除尘器均出现问题。分析本次环保改造前后，在生产工艺上存在很大变化，包括:
1)增加了 SNCＲ 脱硝工艺，炉膛喷入尿素溶液引起烟气中水蒸气含量增加，并不可避免产生的氨逃逸;
2) 增加了半干法脱硫工艺，需要将袋式除尘器滤得的一部分灰喷水增湿后回送至脱硫反应器中，与锅炉排出的烟气相混合来脱除烟气中的 SO 2。该过程中，由于循环灰温度低吸热以及增湿水蒸发吸热，会使烟气的温度明显下降。而且，大量的循环灰导致烟气中灰尘浓度由原来的不足 20 g/m 3 增大到 1000 g/m 3 ;
3) 为缓解烟气浓度变化带来的巨大压力，增加了旋风除尘器，对高浓度烟气进行预除尘。参见生产工艺见图 5。
考虑到 30 蒸吨锅炉改造后袋式除尘器工作正常，通过对两者进行数据对比，分析归纳出以下原因:
1.结构形式。
原袋式除尘器的结构形式不适应高粉尘浓度工况。20 蒸吨锅炉配套的 96-6 型袋式除尘器是早期应用在工业煤粉锅炉的产品。首先，其 27 mm 的滤袋间距，与石圪台 72-6 型袋式除尘器的 43 mm 的滤袋间距和哈拉沟 84-6 型袋式除尘器的 62 mm 布袋间距相比偏小很多，不符合“采用脉冲清灰方式时，布袋间距一般取 0. 5 倍滤袋直径，不低于 40 mm的设计原则，滤袋间距小，易搭接架桥。其次，喷吹清灰方式不同，96-6 型袋式除尘器采用气箱式脉冲喷吹，清灰效果比不上行脉冲喷吹方式，不符合相关标准中“脱硫除尘一体化设计的高浓度袋式除尘器应具有强力清灰的功能，宜采用管式脉冲清灰( 即行脉冲喷吹) 的方式进行清灰的要求；三点，袋式除尘器运行的过滤风速应随粉尘浓度的增加而减小 ，在烟浓度显著增加的情况下，原 96-6 型除尘器明显存在过滤面积偏小和过滤风速偏高问题，不利于灰尘清收和下落。
2. 烟气温度。
烟气温度降低为结露提供了外在条件。NGD 脱硫工艺使经过反应器的烟气温度下降 20～50 ℃，使烟气的饱和湿度下降，当低于烟气中的水蒸气含量时，过饱和的水蒸气会转换为液态，附着在灰尘颗粒表面，吸湿后的灰尘颗粒凝聚力、粘性力增强。当烟气流经滤袋时，使滤袋表面捕集的粉尘润湿黏结引起糊袋，正常喷吹清灰无法吹掉，板结成灰块，烟所无法通过。
3. 烟气湿度。
烟气中的水蒸气含量大为结露提供了物质基础，其来源有:
1) 煤粉中氢元素燃烧生成的水;
2) 炉底捞渣机密封水蒸发;
3) 脱硝喷入的尿素溶液；
4) 脱硫工艺喷入的增湿水；
5) 锅炉二次风、三次风所含的水蒸气；
6) 锅炉设备爆管泻漏的水蒸发;；
7) 袋式除尘器喷吹过程压缩空气带入的水。
将 20 蒸吨锅炉与 30 蒸吨锅炉进行对比分析发现，差别是第 2 项捞渣机密封水的蒸发量不同，表现在水面与炉底之间的距离和受热面积存在较大的差距
4.旋风除尘器。
旋风除尘器落灰管路串烟气加重了袋式除尘器的负担。旋风除尘器是由内筒、外筒和锥筒组成，含尘气体是从内筒与外筒之间，沿着切线方向进入除尘器下降到底部，通过落灰管进入下面循环灰仓，净化后的烟气从内筒向上排出。由于旋风下部落灰管与循环灰仓之间应设置却未设置_隔离装置，现场实测发现约 25%的烟气以 10 m/s 左右的风速沿落灰管进入循环灰仓 经插板阀 9后自下而上进入布袋除尘器 3。这部分烟气既携带着旋风除尘器脱除的部分灰尘，又夹带着因高风速吹扬起循环灰仓内的部分积灰。并且，进入袋式除尘器后的流动方向阻碍了灰尘的下落，影响袋式除尘器的清灰效果。
5) 其它因素。
除上述几条主要影响因素外，还包括: 提升盖板或喷吹设备故障、烟气流场分布不均、箱室与盖板连接部位漏风、脱硝系统氨逃逸等。
3. 2 技术改进方案
针对上述 3.1 中所列举的诸多影响因素，综合考虑投资成本与收益，进行如下技术改进。
1) 提高烟气温度。
通过给除尘器灰斗加装蒸汽伴热路来提高温度，增大烟气中水蒸气饱和湿度，减少结露。在袋式除尘器灰斗四周保温层内，紧贴斗壁安装蒸汽伴热管路，通过传导、对流和辐射等换热形式，提高除尘器整体温度。同时，灰温提高后，在 NGD 脱硫反应器中吸收的热量减少，反应器出口烟温提高，水蒸气饱和湿度增大，减少了结露机会。
2) 降低烟气湿度。
在锅炉底部落灰口附近膜式壁管上焊接抓钉、灌耐火浇注料，将炉膛落灰口尺寸缩小为原来的 1/3，通过缩小换热面积的方法来减少炉低捞渣机密封水蒸发量，降低烟气中的水蒸汽含量。
3) 解决串风问题。
在旋风除尘器落灰管上加装的双层重锤翻板阀，既可以_顺畅落灰，又解决了落灰管路串烟气问题。
4) 优化锅炉燃烧。
通过调整锅炉燃烧器的旋流角度和配风，增强煤粉与二次风、三次风的混合效果，延长炉膛内停留时间。
5) 完善保温设施。
完善净气室四周保温，将顶部箱室盖板_换为双层保温盖板。
6) 其它措施。
针对其它影响因素分别采取有效措施。包括: 提高员工技能水平，降低设备故障率; _换箱室盖板密封条，降低漏风率; 优化尿素溶液的喷入位置和角度，减少脱硝系统氨逃逸等。
3. 3 效 果
在采取上述改进措施后，补连塔和寸二锅炉房20 蒸吨袋除尘器差压得到了较好的控制，同时，引风机电流、炉膛负压、锅炉负荷等也得到了明显优化。
结论
1) 环保改造前后，烟尘浓度、烟气温度、湿度等主要影响参数已经发生了显著变化，应重新设计袋式除尘器。若利旧使用原有设备，应进行全面评估并采取提高烟温、降低湿度、完善保温等措施，将参数变化影响降低。
2) 煤粉燃烧不充分，导致飞灰残炭过高，烟尘物理特性变化，对袋式除尘器差压有重要影响。
3) 除尘器结构形式、烟气温度、烟气湿度、旋风除尘器、飞灰残炭率、保温效果、烟气流速、烟尘浓度和漏风情况等，都是影响袋式除尘器运行差压的重要因素，本次除尘器除差压高是多重因素的叠加作用。
