黑岱沟露天煤矿供热车间锅炉除尘改造可行性设计

黑岱沟露天煤矿供热车间锅炉除尘改造可行性设计

李伟

(神华准能集团有限责任公司内蒙古鄂尔多斯市010300)

摘要:在我国改革开放的初期，环保管理还处于摸索前进阶段，随着我国国民经济的不断发展壮大，人们享受到了经济发展带来的丰硕成果，但物质发展的同时给生态环境也造成了巨大的破坏，尤其是近年来极端天气的频繁出现，给人们的生命财产造成了很大的损失。当前，我国大气污染形势严峻，以可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，国家加大了大气污染防治的力度，因此燃煤锅炉除尘系统的升级改造势在必行。本文分析了黑岱沟矿区供热车间锅炉除尘改造的必要性及可行性设计。

关键词:供热车间锅炉除尘改造环境保护

一、锅炉除尘改造的背景介绍

准能集团公司黑岱沟露天煤矿供热车间锅炉系统于1993年投入运行，2004年由原来的链条炉更新为循环流化床锅炉。在国家环保政策的不断调整下，锅炉房分别在2008年和2013年新增3套水炉用布袋除尘器（型号DMC1000）和2套汽炉用除尘器（型号DMC1350）以满足当时国家环保《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）中的烟尘排放浓度不高于350mg/m³的规定。2014年，国家进一步提高环保要求，《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）中要求烟尘排放浓度不高于80mg/m³。

由于锅炉房初期建设时未设计除尘器，2008年安装除尘器时，现场受空间限制无法安装标准的除尘器，与生产厂家协商后，在锅炉房西侧855出灰皮带走廊上方安装了现场制作的布袋除尘器。现场制作的除尘器长度仅2.8米（常规长度7.5-9米），滤袋长度达6.5米（常规长度2-2.5米），喷吹的空气压力为0.26MPa。标准除尘器在运行状态下，每喷吹一次，滤袋上的附着烟尘颗粒物就被震落入下灰系统中，而现场制作的除尘器在实际工况下，由于滤袋过长、混合颗粒物附着性强，喷吹过程中无法有效地将附着在滤袋下部的烟气中所含的未燃尽石灰石粉、煤粉和烟尘等混合颗粒物震落。当滤袋下部附着满颗粒物后，急剧减少了有效的除尘面积，降低了除尘效率，同时也减小了锅炉的炉膛负压。若增大喷吹的空气压力，将对滤袋造成直接的破坏或将滤袋喷落掉入灰斗，致使烟气排放不达标。

二、锅炉除尘改造的必要性

2016年12月，内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗环境监测站对黑岱沟露天煤矿区供热车间5台锅炉进行监督监测，烟尘监测结果为123.4-382mg/m³，5台锅炉烟尘均超出《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）规定的80mg/m³限值要求，超标严重，监测结果为不达标，必须对现有锅炉进行除尘改造。

三、现有锅炉除尘器存在的问题

1.目前，25T/H（2台）锅炉布袋除尘净过滤面积为891.9平米，过滤风速为1.41M/Min；20T/H（3台）锅炉布袋除尘净过滤面积为706.3平米，过滤风速为1.37M/Min。但实际布袋承受最佳过滤风速应在0.8--1.2M/Min。由于原工艺设计结构布局不当，使布袋除尘器有效过滤面积小造成过滤风速偏大。除尘器布袋长6米，超出标准长度2.5米多，造成清灰方式不彻底，经常发生布袋破损或脱落，影响布袋除尘效率，导致烟尘超标排放、除尘器停机维检次数较多、检修维护成本较大等诸多问题。

2.除尘器为非标加工，除尘设备高达18米，露天放置，常年风吹、日晒、雨淋，布袋内经常进水，直接影响除尘器正常运行，影响工作效率，且冬季除尘器检修，室外高空作业，作业条件差，安全隐患高。

3.除尘器采用皮带排灰，除尘间二次污染严重，灰尘浓度非常大，操作人员工作环境恶劣，影响工作人员身心健康。

4.在布袋除尘器、自动控制系统的安装、调试、试运转以及整机质量保证期内，应派遣必要数量的有资格、有经验、有技术、健康、能胜任工作的技术人员到甲方现场从事技术服务工作，在正确安装维修、故障排除及操作使用等方面为公司提供技术上的帮助和支持，以保证所有设备能顺利投入使用。

四、除尘器改造方案的可行性研究

1.确定改造的可行性方案

根据目前国家对锅炉除尘环保的要求，结合公司目前的实际情况，可采取以下几种改造方案满足环保除尘要求：

方案一、改为液化天然气（LNG）锅炉供暖。

方案二、改为电锅炉。

方案三、对原有布袋除尘技术进行更新改造。

2.上述三种方案对比研究

改为液化天然气（LNG）锅炉供暖，设备投资约1500万，运行费用约4200万/年；

煤改电在不含变压器及供电线路的情况下，设备投资约800万，运行费用约4400万/年；

更新为布袋除尘器，设备投资约980万元，运行费约1137万元/年。

经方案优化比选，采用更新布袋除尘技术更为经济合理，故选择方案三。

五、除尘改造的设计原则及除尘器基础知识介绍

1.除尘改造的设计原则

5.1.1.遵循“技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便”的原则，除尘系统采用有充分理论依据并经实践验证的领先技术。

5.1.2.主要解决烟尘治理，以确保不影响操作、维修，又能达到较高的捕集率，真正地做到实用可靠，不盲目追求风量过大，做到系统运行达标。

5.1.3.确保除尘系统操作、维护简单，不影响岗位操作（不改变工人现在的操作方式），不防碍设备维修，而且能长期可靠运行。

5.1.4.控制设计及当地季节的气象条件，优先采用耐气候性较好的传动及其控制设备。

2.除尘器的选型

根据以上设计原则，可选用具有当今世界先进水平的气箱脉冲除尘设备治理解决，该种除尘器为离线清灰气箱脉冲短布袋除尘器，清灰效果好，可根据设备风量、风压定阻清灰，过滤阻力低、检修方便，可不停风机更换滤袋。

3.除尘器基础知识介绍

5.3.1除尘原理

采用离线清灰气箱脉冲短布袋除尘器，主要由上箱体、中箱体、灰斗、卸灰系统、喷吹系统和控制系统等几部分组成，并采用下进气方式结构。含尘烟气由进风口经中箱体下部进入灰斗；部分较大的尘粒由于惯性碰撞、自然沉降作用直接落入灰斗，其它尘粒随气流上升进入各个袋室。经滤袋过滤后，粉尘被阻留在滤袋外面，净化后的气体由滤袋内进入箱体，再通过袋口和上箱体由出风口排入大气。灰斗中的粉尘采用定时或连续由螺旋出灰机、卸料器组成的出灰系统卸出。

5.3.2控制系统的组成及功能

控制系统包括仪器、仪表、PLC可编程控制器为主体的除尘器主控柜及相应的辅助设施。

控制系统主要功能：除尘器启动、停机联锁控制；除尘器清灰自动控制；脉冲阀监控；气缸工作监控；排烟温度监控；灰位监控；压差监控；提供定阻和定时清灰控制及自动转换设计；提供除尘器停机自清灰设计；提供烟气超温报警及紧急处置控制；提供自动诊断模块，实时监控设备运行情况及有关传感器、接触器、继电器和开关，及时显示各种故障和信息；标准化、模块化的电路设计，维护检修应方便；具有极强的防尘、防震、防静电、抗干扰能力；增加低压力报警装置，除尘器的进出口配有压力测试装置，可随时了解除尘器的运行状况，便于及时作出判断。

5.3.3控制系统主要控制方式

除尘器的启动、停机控制：除尘器范围内的所有设备均可在除尘自控柜的PLC系统上实现自动、手动控制。

除尘器的启动包括：启动压缩空气系统；启动输灰系统；启运温度监控系统；

除尘器的停机程序包括：停止压缩空气系统；停止输灰系统。

除尘器清灰自动控制：除尘器的清灰控制设定压差清灰、定时清灰、人工清灰共三种控制方式。在正常生产阶段采用定时清灰或定压清灰，在检修调试阶段选用人工清灰。三种控制方式可在除尘控制室PLC柜或上位机组态画面上选择实现。

定压差清灰：根据除尘器进、出口压差设定值控制清灰工作，当压差大于上限时开始清灰，低于下限时停止清灰。

定时清灰：在操作画面上设定清灰周期和脉冲间隔时间，控制清灰机构按设定的清灰周期和脉冲间隔时间工作。

人工清灰：可在上位机画面上操作，控制某一仓清灰一次。

除尘器运行工况监视，故障诊断：检测除尘器运行工况参数及各阀门的状态，自动诊断并排除故障或及时发出报警。其内容包括：除尘器进口烟气温度异常、出口粉尘浓度异常、脉冲阀故障、除尘器进出口阻力异常等。

控制采用连续控制方式，配备DCS计算机控制系统，实现设备自身控制和中央控制的需要。

5.3.4除尘器的技术要求

5.3.4.1除尘器顶盖：材质：碳钢，碳钢钢板厚度不低于6mm。采用剪切、压制密封顶盖，重量、大小适合人工开启。所有孔、门制作及装配结束后，进行密封试验，确保无变形、无泄漏。

5.3.4.2箱体：材质：碳钢，碳钢钢板厚度不低于6mm。采用CO2气体保护焊,焊接降低焊缝热输入量，达到减少焊接变形的目的。采用合理的装配焊顺序方向，控制和减少了焊接变形。

5.3.4.3除尘器灰斗：材质：碳钢，碳钢钢板厚度不低于6mm。设检修门，所有检修门、人孔采用快开式，开启灵活，密封严密，壳体焊缝、人孔门密封条粘接牢固不漏气，保证在正常压力下壳体漏风率≤1％。为避免烟气短路带灰，灰斗斜侧壁与水平方向的交角不小于60°，以保证灰的自由流动。

5.3.4.4对于整台除尘器而言，滤袋是其核心部件。滤料质量直接影响除尘器的除尘效率，滤袋的寿命又直接影响到除尘器的运行费用。因工况决定，布袋材质选用性能不低于P84进口（欧洲产品）布料，乙方需提供布袋材质进口证明，布袋要有出厂合格证。在正常工况下，布袋寿命不低于30000小时。

滤袋的纵向缝线必须牢固、平直且不得少于三条；滤袋袋口的环状缝线必须牢固且不得少于二条；滤袋防瘪环的环状缝线必须牢固且每边不得少于二条；滤袋袋底的环状缝线允许单线，但必须缝制二圈以上；布袋下料长度尺寸偏差为±10mm，布袋的周边缝制针码要均匀，袋纵向针码不得小于15针/10cm，横向针码不少于12针/10cm；缝制好的布袋不得有漏洞滤袋上端采用了弹簧涨圈形式，要求密封性能好、安装可靠性高，换袋快捷。仅需1-2人就能通过机顶便掀式顶盖进行换袋操作。滤袋的装入和取出均在净气室进行，无须进入除尘器过滤室。

六、除尘设备的使用环境及使用条件

1.环境条件

6.1.1安装地点海拔高度：1175m

6.1.2环境温度：最高﹢40℃，最低－35℃

6.1.3空气最大相对湿度：﹢25℃时，户内相对湿度不大于90℅

6.1.4地震烈度：8度

6.1.5安装地点：室内

6.1.6最大风速：35m/s（室外）

2.燃煤种类

内蒙古准格尔旗地区的二类烟煤。发热量：≥14700KJ/kg（3500Kcal/kg），硫份：S=0.35％，灰分≥31.37，燃料煤散密度：0.93～1.00g/cm3，硫份挥发分=25.38％，灰熔点≥1500℃。锅炉小时耗煤量：约660kg/h。

3.供电条件

锅炉房内设有独立的配电间及锅炉控制操作室；供电电源380V±10%，50HZ±1%电源。

4、安装调试要求

6.4.1要求根据现场位置与空间合理布置、安装设备、管道、烟道，做到美观、整齐，并预留检修空间；

6.4.2设备、管道、电气线路、烟道等设备安装及施工应符合现行相应的安装、施工规范；

6.4.3所有材料要有材质检验报告，否则不准进场安装；

6.4.4所有转动部位加装防护罩，保证操作人员的安全操作；

6.4.5安装期间要求安装人员安全、文明施工；

七、除尘改造更新方案

1.根据除尘设备的使用环境及使用条件，所选除尘设备型号见表1

表1：除尘设备的安装地点及型号

2.除尘改造更新方案

7.2.1采用气箱脉冲布袋除尘工艺，将原有除尘设备部拆除，除尘高度降低在9米以下，布袋长度3.5米，选用高密度拒水防油P84覆膜进口纤维；笼骨为两节快接方式，笼骨长度为1.75米，骨架采用Ф3.8mm冷拔钢丝；整个除尘系统加盖11米高的彩钢除尘间。

7.2.2将皮带出灰方式改造为密闭埋刮板联合出灰出渣的方式，并在末端加装微尘加湿设备；除灰机末端选用皮带输送机将灰渣输送至灰仓；与埋板出灰出渣机配套设置单机布袋除尘器，用于除尘间灰尘收集。

7.2.3除尘系统所有设备均在除尘自控柜的PLC系统上实现自动、手动控制。

7.2.4采用机械打袋清灰方式，通过除尘器清灰自控系统设定压差清灰、定时清灰、人工清灰三种控制方式。

3.该除尘更新方案的优点

该工艺除尘效率高，清灰效果好，可根据设备风量、风压定阻清灰，过滤阻力低，可实现不停机更换布袋，能够保证长期稳定运行。工艺布局合理，能够满足现场空间要求，操作简单，维护方便，运行费用较低，经济合理。

八、除尘改造实施的效果及意义

1.效果。该工艺可实现的最终目标：除尘效率≥99.9%，出口烟尘排放浓度＜50mg/m³,林格曼烟气黑度＜1级，布袋除尘阻力≤1500Pa，除尘器噪声＜60dB，完全能够满足当前环保要求。

2.意义。是环保事业发展的必然趋势，环境是人类生存和发展的基本前提，环境为我们生存和发展提供了必需的资源和条件，随着社会经济的发展，环境问题已经作为一个不可回避的重要问题提上了各国政府的议事日程。在经济飞速发展的当今，国家对污染物排放标准不断修订和日趋严格，例如燃煤电厂，GB13223-1991排放标准要求最大2000mg/m3，GB13223-1996改为最大600mg/m3，GB13223-2003降为最大200mg/m3，GB13223-2012进一步降为最大30mg/m3，其他工业部门大体也是这样。所以一些在役除尘设备难以满足新修订的国家污染物排放标准的要求，除尘设备升级改造是环保事业发展的必然趋势。

参考文献：

[1]《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2001

[2]《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014

[3]《锅炉烟尘测试方法》GB/T5468-91

[4]《工业企业噪声控制设计规范》GBJ87-85

[5]《电器装置安装工程施工技术条件》GBJ232-82

[6]《建筑工程施工质量验收规范》

[7]牛俊坡.浅谈燃煤锅炉除尘设施持续改进的必要性

作者：李伟性别：男民族：汉族出生年月：1981.08月籍贯：山东省梁山县学历：本科职称：工程师研究方向：资产的全生命周期管理