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我国燃煤锅炉除尘器粉尘排放状况及其危害

2016-11-30 15:27:06

  我国一次能源的结构决定了火电机组的优势。据统计,1996年煤炭产量为13.74亿吨,用于火力发电的约为三分之一,2010年原煤产量估计达到17.7亿吨,发电用煤预计至少占煤总产量的38%以上,在今后20~30年内,火电仍将占60%以上,而燃煤机组按容量占到95%以上。以煤为主要发电用燃料的格局不会变化,所释放的SO:占到总排放量的87%,COz占到710o,NO、占到67%,粉尘占到60%。燃煤产生的环境污染严重制约了我国能源工业乃至整个国民经济的加快速发展。我国城市大气中大量的PM2.5直接或间接地来自于燃烧过程,城市空气中总悬浮颗粒物(TSP)由燃煤生成的约占33%,其主要产生原因是能源结构中70%以上是很难清洁燃烧的煤炭。
  粉尘是人体健康的大敌,尤其是粒径在0.5一5μm之间的飘尘(即长期甚至几年漂浮在大气中的粉尘),对人的危害大。大于5μm的尘粒,由于惯性作用可被鼻毛和呼吸道茹液排除;小于5μm的尘粒,也可因气体扩散作用被茹附在上呼吸道表面而随痰排出。唯独0.5一5μm的飘尘可通过呼吸道直接到达肺部而沉积,危害人体,其危害程度取决于微粒的粒径、溶解度、化学成分及其吸附的有害气体和微生物。如被溶解,则随血液送至全身,毒害整个系统;未被溶解的会被细胞吸收导致细胞被杀死,有的则侵入肺组织,破坏肺胞壁。据分析,有些飘尘微粒表面还附有致癌性很强的芳香族碳氢化合物,尤其是燃煤产生的粉尘是大气中各种毒物的元凶。
  我国燃煤锅炉使用了各种除尘技术来捕集烟气中的飞灰颗粒。目前,燃煤电厂普遍采用的是静电除尘器。由于静电除尘器除尘效率受粉尘性质的影响较大,而我国燃煤成分差别较大,所产生的粉尘性质也各不相同,静电除尘器对微细粒子的捕集能力又有限,从而引起火电厂烟尘排放浓度超标。
  本文在对各种除尘技术原理和技术性能分析比较基础上,结合袋式除尘器除尘效率高、能捕集对人体危害大的5μm以下的细微颗粒的优点,建议燃煤电厂锅炉安装使用袋式除尘器来捕集这些细微颗粒。
  除尘技术就是利用两相流动的气固或液固分离原理(包括重力分离、惯性力分离、离心力分离、库仑力分离、水膜除尘和过滤)捕集气体中的固态或液态颗粒物。常用的除尘装置有机械式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器、过滤式除尘器和袋式除尘器。
  1、机械式除尘器
  机械式除尘器是利用重力、惯性力和离心力作用使粉尘与气流分离沉降的装置,包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。重力沉降室和惯性除尘器属于低效除尘器,旋风除尘器属于中等效率除尘器。
  1.1重力沉降室
  重力沉降室可分为水平气流沉降室和垂直气流沉降室。水平气流沉降室:当含尘气流从入口管道进入比管道横截面积大得多的沉降室时,气流速度大大降低,在流速降低的一段时间内,较大的尘粒在沉降室内有足够的时间因重力作用而沉降下来并进入灰斗,净化气体从沉降室的另一端排出。垂直沉降室:含尘气流从管道进入沉降室后,由于横截面积的扩大,气流速度降低,其中沉降速度大于气体速度的尘粒就沉降下来。
  常见的垂直沉降室有:屋顶式、扩大烟管式、及带有锥型导流器的扩大烟管式。重力沉降室结构简单、造价低,便于维护管理、压力损失小,可处理高温烟气;其主要缺点是沉降小颗粒的效果低,一般只能除去50μm以上的颗粒,占地面积大。重力沉降室主要用作除尘装置的初级除尘器。
  1.2惯性分离器
  惯性除尘器是使含尘气流冲击在挡板上,气流急剧地改变方向,借助粉尘粒子的惯性作用使其与气流分离并被捕集的一种装置。含尘气流冲击或方向转变前的速度越高,方向转变的曲率半径越小,除尘效率越高(阻力也随之增大)。若在挡板上淋水形成水膜,就成为湿式惯性除尘器。冲击式惯性除尘器有单级、多级和迷宫型。反转式惯性除尘器有弯管、百叶窗和多层隔板塔型。塔型除尘器主要用于烟雾分离,能捕集几微米粒径的雾滴。
  1.3旋风除尘器
  旋风除尘器是使含尘气流作旋动,利用离心力将颗粒从气流中分离并捕集下来的装置。切向入口的旋风分离器,颗粒沿圆筒壁旋转下降,通过排尘口进入下部的卸尘装置,净化的气体通过排气管排出。切向进入式分为直入型和蜗壳型,前者入口管外壁与筒体相切,后者入口管内壁与筒体相切,入口管外壁采用渐开线型式,渐开角为180,270,360°等。轴向进入式利用固定的导流叶轮使气流旋转,导流叶轮有花瓣式、螺旋式等型式。与切向进入式相比,相同压力损失下,能处理约3倍的气体量且气流分配均匀。轴向进入式又分为逆转型和正交型。
  旋风除尘器结构简单、占地面积小、投资低、操作维修方便、压力损失中等、动力消耗不大、可用各种材料制造、能用于高温、高压及有腐蚀性气体,并可直接回收干颗粒物等优点。旋风除尘器一般用来捕集5一15μm以上的颗粒物,除尘效率可达80%,其主要缺点是对捕集5μm颗粒的效率不高。
  2、湿式除尘器
  湿式除尘器是利用液滴或液膜洗涤含尘气流使粉尘与气流分离沉降的装置。湿式除尘器有水膜除尘器、喷淋塔、文丘里洗涤器冲击式除尘器和旋流板塔等。其原理为利用水形成液网、液膜或液滴与尘粒发生惯性碰撞、扩散效应、茹附、扩散漂移与热漂移、凝聚等作用,达到捕集、分离尘粒,并兼备吸收气态污染物的目的;可以处理高温废气、茹性颗粒和液滴,除尘效率较高。
  主要缺点为能耗较大,废液和泥浆需要处理;净化的气体从湿式除尘器排出时,一般都带有水滴,需附有脱水装置去除这部分水滴,并防止在寒冷地区使用时的冻结。G5μm特别是1μm的粉尘,由于粉尘和水滴表面都存在着一层气膜,粉尘很难被水湿润,只有当两者以较高相对速度运动时,才能相互附着凝并。