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我國燃煤鍋爐除塵器粉塵排放狀況及其危害
我國一次能源的結(jié)構(gòu)決定了火電機組的優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計,1996年煤炭產(chǎn)量為13.74億噸,用于火力發(fā)電的約為三分之一,2010年原煤產(chǎn)量估計達到17.7億噸,發(fā)電用煤預(yù)計至少占煤總產(chǎn)量的38%以上,在今后20~30年內(nèi),火電仍將占60%以上,而燃煤機組按容量占到以上。以煤為主要發(fā)電用燃料的格局不會變化,所釋放的SO:占到總排放量的87%,COz占到710o,NO、占到67%,粉塵占到60%。燃煤產(chǎn)生的環(huán)境污染嚴重制約了我國能源工業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟的加發(fā)展。我國城市大氣中大量的PM2.5直接或間接地來自于燃燒過程,城市空氣中總懸浮顆粒物(TSP)由燃煤生成的約占33%,其主要產(chǎn)生原因是能源結(jié)構(gòu)中70%以上是很難清潔燃燒的煤炭。
粉塵是人體健康的大敵,尤其是粒徑在0.5一5μm之間的飄塵(即長期甚至幾年漂浮在大氣中的粉塵),對人的危害大。大于5μm的塵粒,由于慣性作用可被鼻毛和呼吸道茹液排除;小于5μm的塵粒,也可因氣體擴散作用被茹附在上呼吸道表面而隨痰排出。唯獨0.5一5μm的飄塵可通過呼吸道直接到達肺部而沉積,危害人體,其危害程度取決于微粒的粒徑、溶解度、化學(xué)成分及其吸附的氣體和微生物。如被溶解,則隨血液送至全身,毒害整個系統(tǒng);未被溶解的會被細胞吸收導(dǎo)致細胞被,有的則侵入肺組織,破壞肺胞壁。據(jù)分析,有些飄塵微粒表面還附有致癌性的芳香族碳氫化合物,尤其是燃煤產(chǎn)生的粉塵是大氣中各種毒物的元兇。
我國燃煤鍋爐使用了各種除塵技術(shù)來捕集煙氣中的飛灰顆粒。目前,燃煤電廠普遍采用的是靜電除塵器。由于靜電除塵器除塵效率受粉塵性質(zhì)的影響較大,而我國燃煤成分差別較大,所產(chǎn)生的粉塵性質(zhì)也各不相同,靜電除塵器對微細粒子的捕集能力又有限,從而引起火電廠煙塵排放濃度超標。
本文在對各種除塵技術(shù)原理和技術(shù)性能分析比較基礎(chǔ)上,結(jié)合袋式除塵器除塵、能捕集對人體危害大的5μm以下的細微顆粒的優(yōu)點,建議燃煤電廠鍋爐安裝使用袋式除塵器來捕集這些細微顆粒。
除塵技術(shù)就是利用兩相流動的氣固或液固分離原理(包括重力分離、慣性力分離、離心力分離、庫侖力分離、水膜除塵和過濾)捕集氣體中的固態(tài)或液態(tài)顆粒物。常用的除塵裝置械式除塵器、濕式除塵器、靜電除塵器、過濾式除塵器和袋式除塵器。
1、機械式除塵器
機械式除塵器是利用重力、慣性力和離心力作用使粉塵與氣流分離沉降的裝置,包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。重力沉降室和慣性除塵器屬于低效除塵器,旋風(fēng)除塵器屬于中等效率除塵器。
1.1重力沉降室
重力沉降室可分為水平氣流沉降室和垂直氣流沉降室。水平氣流沉降室:當(dāng)含塵氣流從入口管道進入比管道橫截面積大得多的沉降室時,氣流速度降低,在流速降低的一段時間內(nèi),較大的塵粒在沉降室內(nèi)有足夠的時間因重力作用而沉降下來并進入灰斗,凈化氣體從沉降室的另一端排出。垂直沉降室:含塵氣流從管道進入沉降室后,由于橫截面積的擴大,氣流速度降低,其中沉降速度大于氣體速度的塵粒就沉降下來。
常見的垂直沉降室有:屋頂式、擴大煙管式、及帶有錐型導(dǎo)流器的擴大煙管式。重力沉降室結(jié)構(gòu)簡單、造價低,便于維護管理、壓力損失小,可處理高溫?zé)煔?;其主要缺點是沉降小顆粒的效果低,一般只能除去50μm以上的顆粒,占地面積大。重力沉降室主要用作除塵裝置的初級除塵器。
1.2慣性分離器
慣性除塵器是使含塵氣流沖擊在擋板上,氣流急劇地改變方向,借助粉塵粒子的慣性作用使其與氣流分離并被捕集的一種裝置。含塵氣流沖擊或方向轉(zhuǎn)變前的速度越高,方向轉(zhuǎn)變的曲率半徑越小,除塵效率越高(阻力也隨之增大)。若在擋板上淋水形成水膜,就成為濕式慣性除塵器。沖擊式慣性除塵器有單級、多級和迷宮型。反轉(zhuǎn)式慣性除塵器有彎管、百葉窗和多層隔板塔型。塔型除塵器主要用于煙霧分離,能捕集幾微米粒徑的霧滴。
1.3旋風(fēng)除塵器
旋風(fēng)除塵器是使含塵氣流作旋動,利用離心力將顆粒從氣流中分離并捕集下來的裝置。切向入口的旋風(fēng)分離器,顆粒沿圓筒壁旋轉(zhuǎn)下降,通過排塵口進入下部的卸塵裝置,凈化的氣體通過排氣管排出。切向進入式分為直入型和蝸殼型,前者入口管外壁與筒體相切,后者入口管內(nèi)壁與筒體相切,入口管外壁采用漸開線型式,漸開角為180,270,360°等。軸向進入式利用固定的導(dǎo)流葉輪使氣流旋轉(zhuǎn),導(dǎo)流葉輪有花瓣式、螺旋式等型式。與切向進入式相比,相同壓力損失下,能處理約3倍的氣體量且氣流分配均勻。軸向進入式又分為逆轉(zhuǎn)型和正交型。
旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、投資低、操作維修方便、壓力損失中等、動力消耗不大、可用各種材料制造、能用于高溫、高壓及有腐蝕性氣體,并可直接回收干顆粒物等優(yōu)點。旋風(fēng)除塵器一般用來捕集5一15μm以上的顆粒物,除塵效率可達80%,其主要缺點是對捕集5μm顆粒的效率不高。
2、濕式除塵器
濕式除塵器是利用液滴或液膜洗滌含塵氣流使粉塵與氣流分離沉降的裝置。濕式除塵器有水膜除塵器、噴淋塔、文丘里洗滌器沖擊式除塵器和旋流板塔等。其原理為利用水形成液網(wǎng)、液膜或液滴與塵粒發(fā)生慣性碰撞、擴散效應(yīng)、茹附、擴散漂移與熱漂移、凝聚等作用,達到捕集、分離塵粒,并兼?zhèn)湮諝鈶B(tài)污染物的目的;可以處理高溫廢氣、茹性顆粒和液滴,除塵效率較高。
主要缺點為能耗較大,廢液和泥漿需要處理;凈化的氣體從濕式除塵器排出時,一般都帶有水滴,需附有脫水裝置去除這部分水滴,并防止在寒冷地區(qū)使用時的凍結(jié)。G5μm特別是1μm的粉塵,由于粉塵和水滴表面都存在著一層氣膜,粉塵很難被水濕潤,只有當(dāng)兩者以較高相對速度運動時,才能相互附著凝并。