1鍋爐簡(jiǎn)介及其燃料

馬來(lái)西亞油棕櫚廠的鍋爐采用層燃爐,不設(shè)省煤器和空氣預(yù)熱器,在鍋爐尾部設(shè)置多管式旋風(fēng)除塵器,以控制粉塵排放在400mg/Nm3以內(nèi)。

油棕櫚廠的鍋爐燃料來(lái)自榨取棕櫚油的廢料,分別為空果串(EFB)、中果皮纖維(PalmFiber)、種子殼(Palmshell)3種。燃料工業(yè)分析和熱值如表1所示,燃料元素分析如表2所示。

由表1、表2可知,油棕櫚燃料的熱值都較低,揮發(fā)分都很高。其中油棕櫚種子殼的熱值最高,灰分含量最少,另外兩種燃料的水分都很高。

2飛灰的來(lái)源及形成

灰分來(lái)源有兩個(gè):(1）結(jié)合在生物質(zhì)含碳分子結(jié)構(gòu)中的內(nèi)在灰分:(2）在收割或運(yùn)輸過(guò)程中,從泥土中帶入的礦物質(zhì)。內(nèi)在灰分很容易揮發(fā)并在碳燃燒時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在燃燒過(guò)程中,一部分生成灰分的化合物揮發(fā)成氣態(tài),并在碳燃燒的邊界層再次氧化并形成5～10nm的一次粒子,這些微小粒子在煙氣中通過(guò)凝結(jié),凝聚和凝結(jié)形成較大的粒子,并生成<1um飛灰的內(nèi)核。非揮發(fā)性灰分可能在燃燒的碳中融化、合并,其中一部分被帶入煙氣中,形成粗顆粒飛灰,一般大于5um,另一部分形成爐底灰。在煙氣冷卻過(guò)程中,氣態(tài)化合物會(huì)在飛灰表面冷凝或發(fā)生化學(xué)反應(yīng),由于細(xì)顆粒的比表面積大,冷凝和化學(xué)反應(yīng)多發(fā)生在細(xì)顆粒上。如果氣態(tài)無(wú)機(jī)物的濃度足夠高,且冷卻速度足夠大,由于過(guò)飽和,這些氣態(tài)無(wú)機(jī)物會(huì)通過(guò)成核作用生成新的飛灰。

3飛灰的化學(xué)組成及性質(zhì)

油棕櫚灰樣的化學(xué)組成及性質(zhì)如表3所示。

由表3可知,灰樣中si02和Al203的含量相較于正常值都很低,且si02和Al203含量越高,粉塵的比電阻越高,是造成粉塵高比電阻的主要原因。但灰樣中K20的成分較高,灰的黏度很大。

4各除塵方式比較

除塵方式主要包括自然沉降,采用旋風(fēng)除塵器、靜電除塵器、布袋除塵器和洗滌式除塵器。各種除塵方式的效率和對(duì)應(yīng)粒徑如表4所示。

由于鍋爐尾部已經(jīng)配置多管式旋風(fēng)除塵器,除塵器效率更低的方式已不用考慮。由表4可知,除塵器效率更高,能處理更小粒徑的是電除塵器、布袋除塵器和文丘里洗滌器。

馬來(lái)西亞某油棕櫚廠自制了濕式洗滌器,投運(yùn)初期,效率能達(dá)到要求的150mg/Nm3。但運(yùn)行3個(gè)月后,腐蝕嚴(yán)重,投運(yùn)近半年已經(jīng)不能使用。如果采用防腐性能更好的鋼材,也許可以減緩腐蝕,但造價(jià)昂貴。

布袋除塵器所采用的多數(shù)濾布材質(zhì)的極限溫度為250℃,而油棕櫚廠的排煙溫度一般都在280℃以上。如果采用高溫濾料,則造價(jià)昂貴,且可靠性還有待驗(yàn)證,濾布材質(zhì)的使用壽命一般不超過(guò)3年,運(yùn)行成本高昂。如果電除塵器能滿足排放要求并長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,且不需要使用特殊材質(zhì),將是最好的選擇。

4電除塵器在油棕櫚廠的適用性探討

4.1粉塵比電阻的影響

靜電除塵器對(duì)粉塵的比電阻最為敏感,能否使用電除塵器收塵取決于粉塵比電阻的大小。適合使用電除塵器的粉塵比電阻值為104～1011Q·cm。當(dāng)粉塵比電阻小于104Q·cm,粉塵的導(dǎo)電性能良好,在到達(dá)收塵極板后,會(huì)迅速釋放反向電荷,由于同性相斥,帶異種電荷的粉塵會(huì)返回氣流中,和電場(chǎng)中荷電的粉塵中和,然后重新荷電,被遷移至收塵極板,如此反復(fù),然后在末電場(chǎng)中被氣流直接帶出,降低了除塵效率。當(dāng)粉塵比電阻大于1011Ω·cm,粉塵到達(dá)收塵極板后,不容易釋放其電荷,在粉塵層和極板之間形成電場(chǎng),降低電暈放電的電場(chǎng)強(qiáng)度,同時(shí)會(huì)發(fā)生反電暈,釋放反向電荷,降低甚至中和荷電粉塵攜帶的電荷,也有可能使粉塵反向荷電,并使反向荷電的粉塵向放電極移動(dòng),粘污放電極線,進(jìn)一步惡化收塵電場(chǎng),導(dǎo)致除塵效率低下。

煙氣中的水分對(duì)粉塵比電阻有影響。研究和經(jīng)驗(yàn)表明,當(dāng)煙氣中的水分含量大于9%時(shí),適于用電除塵器收塵。根據(jù)燃料的元素和工業(yè)分析,可以計(jì)算煙氣中水分的體積含量。在1.6的空氣過(guò)剩系數(shù)下,按完全燃燒計(jì)算,油棕櫚空果串燃燒后煙氣中水分含量為25%:油棕櫚中果皮纖維燃燒后煙氣中水分的含量為17%:油棕櫚種子殼燃燒后煙氣的水分含量為11%。無(wú)論燃料按哪種比例混合,煙氣中的含水量在11%～25%,大于參考值9%。根據(jù)煙氣中的水分分析,油棕櫚廠適合用電除塵器收塵。

通過(guò)不同溫度和含水量對(duì)粉塵比電阻的測(cè)試,當(dāng)溫度在250～300℃時(shí),粉塵的比電阻介于108～1011Ω·cm:且美國(guó)和中國(guó)的測(cè)試結(jié)果有所不同,當(dāng)溫度大于250℃時(shí),美國(guó)的測(cè)試結(jié)果顯示,煙氣中水分含量對(duì)粉塵比電阻沒(méi)有影響,中國(guó)的測(cè)試結(jié)果表明含水量越大,比電阻越低[3]。而棕櫚廠的排煙溫度一般介于280～320℃。

研究表明,粉塵比電阻高的原因是因?yàn)閟io2和Al2o3含量高。根據(jù)表3所示,sio2和Al2o3含量總共僅為18.3%,遠(yuǎn)低于一般的粉煤灰的含量。

有研究表明,電除塵器在生物質(zhì)鍋爐中運(yùn)行良好,可達(dá)到10mg/Nm3的排放值。但有例外,當(dāng)Cl含量高的燃料,如未處理過(guò)的稻草燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生高比電阻的細(xì)微粉塵,電除塵器運(yùn)行效果不好。但所有油棕櫚燃料的Cl含量都很低。

綜上所述表明,油棕櫚廠粉塵的比電阻值適合用電除塵器收塵。

5.2煙氣溫度的影響

煙氣溫度越高,煙氣的黏滯系數(shù)就越大,因此煙氣的黏滯性也越強(qiáng),密度也越低,電離效應(yīng)增強(qiáng),起暈電壓和擊穿電壓都下降,不利于電除塵器的收塵[4]。但由于油棕櫚燃料生成的煙氣中水分含量較高,氧含量也較高,這些負(fù)電性氣體的濃度增加會(huì)增加空間電荷的影響,抑制放電的發(fā)展,一定程度上可以抵消一部分煙氣溫度高帶來(lái)的負(fù)面影響:也可以通過(guò)采用放電性能弱的陰極線增加極間距來(lái)改善電除塵器的運(yùn)行狀況,保證收塵效率。

5.3粉塵粒徑的影響

粉塵粒徑對(duì)驅(qū)進(jìn)速度有直接影響,這是由于電荷與質(zhì)量(粒徑與質(zhì)量呈正比）的比值不同所致。粒徑大于約0.5μm的微粒,主要是電場(chǎng)荷電:粒徑小于0.2μm的微粒,主要是擴(kuò)散荷電:粒徑在0.2～0.5μm的微粒,兩種荷電機(jī)理都起作用。已經(jīng)證明,粒徑在0.2～0.5μm的粉塵驅(qū)進(jìn)速度最小[5]。

有研究表明,燃燒木材燃料的粉塵在經(jīng)過(guò)多管式旋風(fēng)除塵器后,粉塵粒徑主要集中在0.1～1μm,1～10μm只占少部分。此粒徑區(qū)間正是粉塵的驅(qū)進(jìn)速度較小的區(qū)間?？梢源笾峦茢嘤妥貦皬S的粉塵經(jīng)過(guò)多管式旋風(fēng)除塵器后,粉塵粒徑主要分布在0.1～1μm。

靜電除塵器對(duì)于粒徑在0.1～1μm微粒的除塵效率介于90%～99%。對(duì)于粒徑<1μm的粉塵,典型的除塵效率為96.5%。

馬來(lái)西亞油棕櫚廠原粉塵排放要求為400mg/Nm3,現(xiàn)粉塵排放要求為150mg/Nm3,核算效率為62.5%,遠(yuǎn)低于90%,即使所有進(jìn)入電除塵器的粉塵粒徑<1μm,出口也能滿足150mg/Nm3要求,且可以通過(guò)增加收塵電場(chǎng)強(qiáng)度和離子密度,或者延長(zhǎng)粉塵顆粒在電場(chǎng)的停留時(shí)間來(lái)提升粉塵的驅(qū)進(jìn)速度。

5.4高K20的影響

在燃煤電廠中,當(dāng)灰分中的Na2o和K2o含量超過(guò)2%時(shí),粉塵的黏度很大,不易清灰,當(dāng)灰分中的Na2o和K2o含量超過(guò)2.5%時(shí),應(yīng)特別注意。通過(guò)燃料的分析對(duì)比可知,油棕櫚廠的燃料中K含量在生物質(zhì)燃料中并不算高。目前,有上千臺(tái)生物質(zhì)鍋爐配備了靜電除塵器,運(yùn)行狀況良好。因此,即使灰分中的K2o偏高,也不會(huì)影響靜電除塵器的穩(wěn)定運(yùn)行。

5.5腐蝕

由于油棕櫚廠的燃料中含有少量Cl,所以煙氣有一定腐蝕性。這也是油棕櫚廠鍋爐一般不設(shè)置空氣預(yù)熱器等的原因。但煙道采用普通碳鋼,并沒(méi)有明顯的內(nèi)部腐蝕現(xiàn)象,有些煙道甚至沒(méi)有保溫。據(jù)此推斷,在有激烈熱交換時(shí),油棕櫚廠的煙氣具有較強(qiáng)的腐蝕性,但沒(méi)有熱交換時(shí),并不具有強(qiáng)腐蝕性。所以若采用電除塵器,只需注意不要局部漏風(fēng)率過(guò)大,采用普通碳鋼即可避免腐蝕。

綜上所述,在馬來(lái)西亞油棕櫚廠增設(shè)電除塵器以達(dá)到粉塵排放150mg/Nm3的要求是完全可行的。

6油棕櫚廠使用電除塵器的注意事項(xiàng)

(1）馬來(lái)西亞屬于熱帶氣候,暴風(fēng)雨較多,室外電氣應(yīng)注意滿足防雨等級(jí)要求。

(2）由于灰分較黏,應(yīng)注意保證足夠的震打力,注意控制極板的高度。

(3）保溫層,特別是灰斗的保溫層應(yīng)加厚,以保證灰的流動(dòng)性。

(4）灰斗的下灰角度應(yīng)該比燃煤電廠的大:卸灰口可適當(dāng)加大:灰斗加熱器的功率要合理,要比燃煤電廠的大:應(yīng)采用密封性能好的卸灰閥:灰斗的氣化板或振動(dòng)器功率應(yīng)適當(dāng)加大。

(5）應(yīng)采用密封性能較好的雙層人孔門(mén),圓形人孔門(mén)是不錯(cuò)的選擇。

(6）由于粉塵粒徑較小,電場(chǎng)風(fēng)速不宜過(guò)高。

(7）安裝完成后,應(yīng)特別注意氣密性檢查,避免局部漏風(fēng)過(guò)大,造成腐蝕。

(8）由于鍋爐啟停頻繁,絕緣子應(yīng)采用氣封系統(tǒng),并適當(dāng)加大絕緣子加熱器的功率,以保護(hù)絕緣子。

(9）除塵器應(yīng)設(shè)置防爆裝置。最好在除塵器前煙道設(shè)置Co檢測(cè)器,并與高壓電源聯(lián)鎖控制,避免爆炸。

7結(jié)語(yǔ)

電除塵器作為控制粉塵排放的傳統(tǒng)手段已經(jīng)成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。馬來(lái)西亞油棕櫚廠的粉塵排放要求較低,效率要求不高,主要介于62.5%～81.25%,電除塵器完全可以滿足要求。對(duì)靜電除塵器做適當(dāng)調(diào)整后,可以保證其安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

馬來(lái)西亞某油棕櫚廠的電除塵器已經(jīng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行了近一年,同樣在印度尼西亞、非洲等排放要求高的地區(qū),電除塵器也是很好的選擇。