窯頭電改袋除塵器的設(shè)計與應(yīng)用

和世超

窯頭電改袋除塵器的設(shè)計與應(yīng)用

Design and Application of Kiln Hood ETB

和世超

針對新型干法水泥生產(chǎn)線窯頭電除塵器不能滿足更高的排放標(biāo)準(zhǔn)（30mg/m3）的現(xiàn)狀，論證了在保留原電除塵器殼體、灰斗等可用設(shè)備和空間位置的前提下，實施電除塵器直接改為袋除塵器的技術(shù)方案。采用噴霧降溫恒溫控制技術(shù)，結(jié)合復(fù)合纖維濾料的應(yīng)用，達到了一次性投資低、運行方式簡單經(jīng)濟、廢氣達標(biāo)排放的目的。該技術(shù)的成功設(shè)計應(yīng)用，彌補了國內(nèi)外研究的空白，具有推廣示范應(yīng)用的積極作用。

電收塵器；袋收塵器；噴霧降溫；達標(biāo)排放

1 前言

河南煤化集團焦作千業(yè)水泥公司5000t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線項目由于廠址變更，河南省環(huán)保廳環(huán)評批復(fù)要求窯頭電除塵器實施改造[2]。本次改造焦作千業(yè)水泥公司和天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司環(huán)保分公司聯(lián)合研究應(yīng)用了恒溫控制噴霧降溫加電改袋系統(tǒng)技術(shù)。該項目主要目標(biāo)是針對原廠工藝布置，最大限度利用原電除塵器有效空間和部件，在降低成本的前提下，合理設(shè)置相關(guān)參數(shù)，在目標(biāo)值入袋溫度設(shè)定區(qū)域范圍內(nèi)，以經(jīng)過袋除塵器處理后污染物排放濃度衡量此技術(shù)改造效果，同時不改變整個工藝流程，簡化系統(tǒng)運行方式。目前，在國內(nèi)外實施的水泥窯頭電改袋除塵工程實例中，溫控系統(tǒng)采用噴霧降溫恒溫控制屬國內(nèi)首例，可參考借鑒的經(jīng)驗和技術(shù)參數(shù)也有限，雖然目標(biāo)值噴霧降溫恒溫控制機理正確，實際降溫效果及精度可靠，但長時間連續(xù)大量噴水造成篦冷機和管路結(jié)皮難以避免。因此，確定科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)改造方案、正確確定技術(shù)參數(shù)、摸索簡化運行方式等，都是目前急待研究解決的一個課題。

2 技術(shù)改造方案的確定

千業(yè)水泥公司窯頭原配置三電場電除塵器，由河南煤化集團焦作重型機器制造有限公司設(shè)計制造安裝，本次改造采用天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司環(huán)保分公司研究開發(fā)的TDM型行噴脈沖袋式除塵器，改造實施之前，實施了科學(xué)詳盡的方案論證：

2.1 氣體降溫系統(tǒng)方案的確定

窯頭篦冷機氣體降溫一般有幾種方案：（1）摻入冷風(fēng)方案，由于窯頭廢氣系統(tǒng)負(fù)壓不大，特別是在出現(xiàn)異常高溫時會出現(xiàn)正壓，因此一般需要在摻冷風(fēng)點增加鼓風(fēng)機，最終增大系統(tǒng)風(fēng)量較多，系統(tǒng)不穩(wěn)定；（2）增加空氣冷卻器，這是目前較成熟的技術(shù)，但真正保證任何工況時溫度降到安全入袋除塵器，要求換熱面積很大，設(shè)備成本很高；（3）噴水降溫方案，要求恒溫控制，穩(wěn)定可靠，其降溫工藝穩(wěn)定性和投資成本指標(biāo)合理，但目前沒有成功案例可借鑒，一般溫度控制不準(zhǔn)或長期大量噴水很難避免管道結(jié)皮。

綜合考慮上述三種方案認(rèn)為本次改造同時串入余熱鍋爐，噴水系統(tǒng)只要控制理念正確，設(shè)備元器件性能可靠，作為短期應(yīng)急降溫應(yīng)該很適合，因此決定采用中天仕名公司的恒溫控制噴水降溫系統(tǒng)。

2.2 窯頭電除塵器改造方案的確定

窯頭電除塵器的改造現(xiàn)在有3種方案，一是“電換袋”，即拆除原來的窯頭電除塵器，重新安裝新袋式除塵器。一般來說，新型袋式除塵器設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，原電除塵器的位置是可以布置一臺袋式除塵器的，但千業(yè)窯頭電除塵器位置布置受限，無法在原場地上安裝一臺新的袋除塵器，不能實施此方案。

二是“電改電-袋復(fù)合”，即保留電除塵器部分殼體和灰斗改為電-袋復(fù)合除塵器。電-袋復(fù)合除塵器是電除塵器和袋除塵器的組合[3]，現(xiàn)在世界上有兩種形式的電袋復(fù)合除塵器，一種稱為COHPAC，由美國電力研究所（EPRI）的Ramsay Chang博士開發(fā)并取得專利，Hamon Rasearch-Cottell公司將之實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。另外一種稱為Advanced Hybnd（以下簡稱AH）由美國南達科他大學(xué)的能源與環(huán)境研究中心（EERC）開發(fā)并取得專利。AH的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，還處于工業(yè)性試驗中。COHPAC就是所謂的“前電后袋”的典型復(fù)合除塵器，已經(jīng)取得了工業(yè)性規(guī)模的運行業(yè)績?，F(xiàn)在我國國內(nèi)采用的電袋復(fù)合除塵器全部為COHPAC方式[4][5][6]。

電袋復(fù)合除塵器的優(yōu)點在于濾袋的粉塵負(fù)荷量降低后，只要過濾風(fēng)速選得合適，系統(tǒng)阻力可以降低，清灰周期也可以延長。對于改造而言，還可以縮短施工工期，減少一定的設(shè)備投資。但缺點有：（1）原電除塵器要有充足的空間才可備留一到兩個電場;（2）管理相對復(fù)雜；（3）電場部分不能在線維修，整機維修比較困難[7]。若采用此方案改造后的除塵器實際上是兩臺除塵器（一臺電除塵器和一臺袋式除塵器）相串聯(lián)，兩種除塵器的缺點也就集中到一起，因此，鑒于對生產(chǎn)的影響明顯弊大于利，不被采用。

三是“電改袋”，即在保留原電除塵器部分殼體和灰斗基礎(chǔ)上直接改為袋式除塵器。這種改造方案的前提首先是正確選擇和安裝清灰系統(tǒng)，清灰系統(tǒng)包括壓縮空氣管線、脈沖閥、汽包、噴吹管等；其次要正確選擇和安裝濾袋，用新型復(fù)合濾袋。關(guān)鍵要采用合理的降溫系統(tǒng)，即選用自動噴霧恒溫降溫裝置將廢氣降至入袋溫度，濾料的選擇上主要取決于風(fēng)量、氣流溫度、濕度、除塵器尺寸、安裝使用要求和價格成本等，若選擇了不合適的濾料，改造后的袋式除塵器未必優(yōu)于原有的電除塵器，甚至?xí)霈F(xiàn)濾袋磨損破壞快、除塵效果不佳、維護工作量加大的現(xiàn)象[8]。

此方案的優(yōu)點是可以在減少一定設(shè)備投資的基礎(chǔ)上縮短施工周期。缺點是受原有電除塵器結(jié)構(gòu)（尤其是電除塵器的梁、柱位置）制約，改造后的袋式除塵器無法構(gòu)成最佳配置，首先是濾袋在除塵器內(nèi)很難按最佳方式布置，其次濾袋的間距、每只閥門的數(shù)量、（清灰面積）濾袋的長度、清灰氣路系統(tǒng)的各項參數(shù)等很難做到最佳匹配，影響脈沖清灰效果，第三是電除塵器的進出風(fēng)位置和方式限制了預(yù)除塵及均風(fēng)裝置的效果。

激素類藥物會對患者體內(nèi)的血脂含量產(chǎn)生影響，且會導(dǎo)致血液內(nèi)紅細(xì)胞及血小板含量減少，進而提升肝臟轉(zhuǎn)氨酶的數(shù)量。

解決此問題的方法是采用“模塊化”設(shè)計制作成片，現(xiàn)場組裝，這樣安裝時間完全不會影響改造計劃，若各方面配合得當(dāng)，起吊機具具備，加班加點，安裝施工時間還會縮短。因此，從對整個工程的影響、統(tǒng)一配件準(zhǔn)備、設(shè)備檢修等方面考慮，此種方案是一種較完善的方案（圖1）。降溫控制方法采用噴霧降溫恒溫控制技術(shù)，在一次性投資上還會更經(jīng)濟；濾袋選擇經(jīng)濟適用的國產(chǎn)濾料，也會大幅度降低運行維護成本。因此，確定應(yīng)用配套“電改袋+自動恒溫噴霧降溫控制技術(shù)+復(fù)合濾料”的方案實施改造。此改造為該技術(shù)的第一家實例工程，也是全國首例。

3 改造情況

3.1 溫控系統(tǒng)改造

噴霧降溫恒溫控制技術(shù)的應(yīng)用在本次工程改造上主要體現(xiàn)在篦冷機的改造。在篦冷機2、3段和篦冷機出口煙道內(nèi)加裝了噴水降溫系統(tǒng)（圖2），其工作原理是通過篦冷機和煙道上的多個測溫點（圖3）來監(jiān)控?zé)煔鉁囟茸兓鶕?jù)煙氣溫度高低來控制噴水噴頭數(shù)量位置和噴水量，通過噴水來快速降低煙氣溫度，以達到降低煙氣溫度在合理范圍內(nèi)防止濾袋燒毀（120～180℃）的目的。

技術(shù)難點在于針對系統(tǒng)不穩(wěn)定的氣體溫度及氣量實施可靠的出口溫度控制,保證噴頭噴水的霧化效果，使水霧在噴出瞬間即汽化，防止受潮熟料在篦冷機和煙道內(nèi)結(jié)皮。

篦冷機技術(shù)參數(shù)見表1。

主要設(shè)備及功能：在篦冷機三段篦床上方和出口垂直段管道上，安裝一套全自動恒溫噴水系統(tǒng)。系統(tǒng)采用回流控制+分組及單槍控制方式，安裝遠、近程多點溫度檢測，并將數(shù)據(jù)即時反饋給中央處理器，超前調(diào)整。溫度測點a、b、c的對應(yīng)積算作為初控制，調(diào)節(jié)噴水量以保證工況波動情況下增濕塔出口溫度的穩(wěn)定性。溫度測點d與測點a的對應(yīng)積算作為最終控制，根據(jù)工況變化，自動調(diào)整噴水量，使噴水量在3～34t/h之間自由調(diào)節(jié)，以保證進電除塵器廢氣溫度在要求范圍之內(nèi)。此系統(tǒng)與水泥廠中控室聯(lián)接通信，系統(tǒng)的開、停由中控室控制，能保證與水泥燒成系統(tǒng)同步穩(wěn)定運行。

表1 篦冷機技術(shù)參數(shù)

圖4 電改袋除塵器建成后

表2 改造前窯頭電除塵器技術(shù)參數(shù)

表3 改造后窯頭袋收塵器主要技術(shù)參數(shù)

3.2 電除塵器的改造

（1）去除電除塵器內(nèi)部的各種部件，包括極線、極板、振打系統(tǒng)、變壓器、上下框架、多孔板等所有工作部件。

（2）安裝花板、擋板、氣體倒流系統(tǒng)，對管道及進出風(fēng)口改動以達到最佳效果，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)計安裝凈氣室。

（3）根據(jù)凈氣室通道位置安裝人門孔、走道、扶梯。

（4）安裝過濾元件、噴吹清灰系統(tǒng)。該除塵器過濾元件采用德國凱撒專有復(fù)合濾料，正常運行溫度控制在160℃以下最佳。瞬時極限高溫180℃（＜5min/d）。袋除塵器的過濾元件選擇至關(guān)重要，主要取決于風(fēng)量、氣體溫度、除塵器尺寸、安裝使用要求及價格成本。選擇合適的過濾元件對整個工程成敗起著舉足輕重的作用，特別對脈沖除塵器高溫玻纖濾件，沒有合適的過濾介質(zhì)，改造后的袋除塵器未必會優(yōu)于原有的電除塵器，更糟糕的是，錯誤地選擇濾袋會導(dǎo)致其快速磨損，增加更多的維護量，除塵效果差。

（5）安裝清灰系統(tǒng)。選擇先進的脈沖清灰技術(shù)是清灰系統(tǒng)的主導(dǎo)。清灰系統(tǒng)主要包括壓縮空氣管線、脈沖閥、氣包、吹管及相關(guān)電器元件。運行時盡可能按照壓差清灰，避免按時清灰，當(dāng)控制器感應(yīng)到壓差增到高位時會自動啟動脈沖閥噴吹至合適壓差，根據(jù)不同工藝條件，清灰“開”、“關(guān)”點可以分別設(shè)置[9]。改造后的窯頭袋除塵器見圖4。

表4 千業(yè)水泥窯頭電改袋除塵器廢氣排放監(jiān)測結(jié)果

4 改造后的效果

4.1 改造前后技術(shù)參數(shù)（表2、3）

4.2 窯頭廢氣處理效果

本項目改造具有投資省、性能優(yōu)良、除塵效率高、維修工作量少的優(yōu)點，改造安裝工期短，對接調(diào)試順利，兩年多來運行正常，經(jīng)河南省環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測，粉塵排放濃度均值為26.1mg/m3，達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。窯頭電改袋除塵器監(jiān)測數(shù)據(jù)[10]見表4。

5 結(jié)語

從表4監(jiān)測數(shù)據(jù)和實際運行可以得出該技術(shù)的應(yīng)用結(jié)論：項目整體改造效果良好，除塵器運行正常，有效保證了除塵效果，噴水降溫系統(tǒng)也保證了袋除塵器的安全工作，廢氣處理效果較佳，達到了預(yù)期改造目的。但由于對實際運行工況惡劣程度（篦冷機熱交換效果）估計不足，余熱鍋爐系統(tǒng)在沒有同期接入系統(tǒng)運行時，需要連續(xù)超量噴水，造成了熟料受潮結(jié)皮的問題。但結(jié)合現(xiàn)場跟蹤監(jiān)控，修正運行參數(shù)和方式，針對性地進一步對篦冷機和水泵間管道和控制系統(tǒng)進行改造后，隨著千業(yè)水泥余熱發(fā)電鍋爐的對接運行，解決了結(jié)皮問題。

該項目利用目標(biāo)值噴霧降溫恒溫控制技術(shù)，結(jié)合纖維復(fù)合濾料，是全國首例窯頭應(yīng)用噴霧降溫恒溫控制系統(tǒng)的電改袋除塵器，彌補了此項技術(shù)在窯頭電改袋除塵器上的應(yīng)用空白，為今后類似新型干法水泥生產(chǎn)窯頭電除塵器改造提供了一種新途徑。

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TQ172.688.9

A

1001-6171（2011）02-0101-04

2010-10-13； 編輯：趙 蓮