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2019-08-1717:48:00
新疆煤炭资源丰富，尤其是准东地区，预测储量约7300亿吨，是我国重点发展的煤电煤化工基地之一。准东煤挥发份含量高，灰份与硫份较低，是优质的动力用煤，然而其高含量的钠与钙引起燃烧后粉尘流动性差的问题，使除尘器的选型成为另一瓶颈问题。目前准东煤燃烧均采用与其他低碱金属煤或高岭土掺烧，两种方法均不具备长期利用的条件。通过分析准东煤的的煤灰特性、除尘器清灰方式及滤料选型，我们认为静态清灰袋式除尘技术可以实现粉尘排放低于10mg/m3的目标，供大家共同探讨与研究。
0、前言（能源煤炭基地污染的担忧）
新疆煤炭资源丰富，预测资源量2.19万亿吨，占全国的近40%，居全国首位[1]。国家历来重视新疆煤炭资源的科学开发利用和煤炭行业的持续健康发展，《国务院关于促进新疆经济社会发展的若干意见》（国发（2007）32号）提出“加快建设煤炭开发储备和煤层气开发利用基地”。《中共中央国务院关于推进新疆跨越式发展和长治久安的意见》（中发（2010）9号）提出“把新疆建设成为国家大型煤炭煤电煤化工基地”。
准东地区作为新疆四大煤田之首，煤碳预测储量约为7300亿吨，占新疆煤碳储量的三分之一，规划开采规模为每年5.82亿吨。煤质介于褐煤和长焰煤之间，是优质的工业动力用煤、气化煤和民用煤。作为新疆优势资源的主阵地，准东地区是“疆电外送”、“西气东输”、“疆煤外运”的最主要能源基地。但是，准东地区煤碳因其严重的沾污性、结渣性、高水分的特性，在电厂锅炉燃烧过程中易发生严重的结焦、沾污，给布袋除尘器的选型带来一定的困难，目前燃烧准东煤的锅炉配套除尘器全部为电除尘器，粉尘浓度大多集中在30mg/m3左右，很难达到超净排放的标准。
1、准东煤质特性
本文以新疆准东煤矿五彩湾地区典型煤样进行分析，煤质数据如表1所示。从表1可见该煤种全水达到27.2%，收到基灰份仅为5.92%，全硫含量为0.6%，Na2O含量达到6.37%，CaO含量达到32.61%，灰的变形温度为1260℃。由该煤种高水分，低灰、低硫，灰中高钠高钙及较低的灰熔融温度可见，为典型的新疆准东高钠煤。
2、准东煤粉尘特性
2.1煤灰成份
针对对国内典型烟煤(67组)、褐煤(20组)以及准东煤(66组)的历史数据进行了统计，煤灰成份的比较见表2。
准东煤与国内典型烟煤和褐煤的平均灰成分比较，主要特点是SiO2、Al2O3酸性氧化物偏低，而Fe2O3、CaO、MgO、Na2O碱性氧化物偏高，其中MgO的平均值甚至高于国内典型烟煤和褐煤的最高值。
2.2灰份位径分布
经检测发现：准东煤气化飞灰具有较宽的粒径范围，呈现双峰分布特征，且不同粒径区间飞灰的元素含量存在显著差异。Na在飞灰颗粒物中浓度随粒径减小而增大。
表3粒径分布对准东煤气化飞灰元素含量的影响
*: after deduction of combustible elements
准东煤中碱金属和碱土金属元素（AAEM元素）含量较高，AAEM元素主要以水溶态和离子可交换态赋存在煤结构中，并在高温环境下伴随挥发分释放，挥发出的AAEM元素凝结形成黏性细颗粒。清华大学采用25kW高温一维炉对准东煤燃烧后细颗粒物与积灰的测量结果表明，相比于其他煤种，准东煤燃烧后会产生更多的亚微米细颗粒物，并具有更严重的积灰倾向。
图1不同煤种细颗粒物数浓度分布
3、现有准东煤电厂的除尘器分析
由于准东煤灰份中碱金属含量高，这种特性比较适合选用静电除尘器，目前准东五彩湾地区各家电厂均选用静电除尘器。但由于准东煤灰份粉尘粒径小，粘结性高的特性，各电厂除尘器在使用中也普遍出现了粉尘出口浓度在30mg/m3左右，很难达到超低排放要求的情况。
静电除尘器的除尘效率是由粉尘荷电情况决定的，粉尘颗粒在电除尘器中的荷电过程主要是通过粉尘与电晕放电产生的离子碰撞来完成的。经靳星等（2012年）分析发现，电除尘器逃逸粉尘中1μm以上的颗粒近饱和荷电，0.1-1μm荷电远低于理论值。
易红宏等（2006年）通过对5家采用电除尘器和布袋除尘器电厂的实测得出：电除尘器和布袋除尘器对粗颗粒态的颗粒物去除效率均较好,最大穿透率均出现在0.1～1μm范围内,但布袋除尘器在该粒径区间的穿透率低于电除尘器,降低该区间颗粒物的穿透率有利于控制可吸入颗粒物的排放;PM10的粒数浓度主要取决于亚微米态的颗粒,针对粒数浓度而言,电除尘器对PM1和PM2.5的去除效率同样低于PM10;除尘器的运行和操作条件对PM10排放影响较大,电除尘器末电场振打清灰时,出口PM10的质量和粒数浓度均明显增加PM10的粒数浓度主要取决于亚微米态的颗粒针对粒数浓度而言,电除尘器对PM1和PM2.5的去除效率同样低于PM10。
王圣等（2011）测试6家电厂电除尘器后烟囱出口粉尘浓度也验证了此观点：
经过除尘器和脱硫设后，PM10在TSP中的比例由除尘前的20.93%-34.98提高到87.54%-95.90%，PM2.5在TSP中的比例由2.84-4.14%提高到，41.22%-50.31%。
由于准东煤钠含量高，燃烧后会产生更多的亚微米细颗粒物，电除尘器本身对微细颗粒物去除效率就不及布袋除尘器，应用时很难达到超低排放也不足为奇。
4、燃煤电厂常用的布袋除尘器
考虑到日益严格的环保要求，大唐五彩湾电厂在建设初期即明确了除尘器出口浓度在控制在10mg/m3以下，确保整个系统的超低排放。在经过对国内主流除尘器使用情况的调研之后，决定选用布袋除尘器作为新建2*600MW机组的配套除尘设备。
燃煤电厂常用的布袋除尘器有以下几种：
4.1低压旋转喷吹
低压旋转喷吹袋式除尘技术是从德国鲁奇引进的技术，技术特点如下：
（1）滤袋为椭圆形，在花板上呈同心圆式布置；
（2）旋转臂上设有与各圈袋孔分别对中的喷嘴，属于概率清灰，且清灰压力低，仅为0.085～0.10MPa，对滤袋的损伤程度小，因而滤袋的使用寿命长；
（3）脉冲喷吹清灰用的脉冲阀口径大，一般为8＂～14＂，每只脉冲阀喷吹可以多达上千条滤袋，因此大大减少了脉冲阀的数量，设备结构简单；
（4）使用罗茨风机作为清灰气源。
图1鲁奇的旋转喷吹清灰机构及花板
4.2高压行喷吹技术
该技术是国内生产袋式除尘器的主流技术，技术特点如下：
（1）采用空压机产生的压缩空气对滤袋进行清灰；
（2）滤袋为圆形外滤式，成行成列吊挂在花板上；
（3）喷吹管喷孔与滤袋一对一对中喷吹；
（4）使用小口径脉冲阀（3寸）。
图2行喷吹结构示意图
4.3分室定位反吹风技术
分室定位反吹风是北京赫宸环境结合国内工况、吸收了电除尘器和其它袋式除尘器的优点，进行了大量的技术研发后形成的具有自主知识产权的静态清灰袋式除尘技术。技术特点如下：
（1）采用引风机出口的经净化后的烟气作为清灰的气源，无需空压系统，；
（2）采用水平进风方式，水平出风的排布方式；
（3）滤袋为扁形，成行成列挂在花板上；
（4）清灰采用悬吊式回转机构，每个清灰机构可覆盖3000平米左右的滤袋，设备机构简单。
图3静态清灰袋式除尘器内部示意图
4.4三种技术形式运行费用比较
表4三种袋式除尘技术运行费用比较
5、袋式除尘器滤袋选型
袋式除尘器保证除尘效率的核心是滤袋，为保证除尘效果，选择了电厂常用的PPS针刺毡滤料和PTFE覆膜滤料，测试用灰来自五彩湾工业区某电厂灰库，测试结果如表5。
表5针刺毡及覆膜滤料数据比较
从上表可以看出，针刺毡滤料的阻力值从开始状态51.6上升到实验最终阶段411.6（即模拟滤料在使用3年状态）时，也侧面显示了准东煤灰亚细颗粒多，容易产生粉尘镶嵌，除尘器运行阻力高的情况。覆膜滤料显示了良好的除尘效率和稳定的清灰阻力，尽管初始阻力较高，但最终阻力上升慢，有利于除尘器的稳定运行。
静态清灰袋式除尘技术采用与电除尘器相同的进风方式，具有运行阻力低的特点，可弥补覆膜滤料初始阻力高的缺点，在中国首台600MW机组布袋除尘器即采用了此技术并采用覆膜滤料，运行8年来情况良好，运行阻力值在800-1000pa，粉尘出口浓度在10mg/m3左右。
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