电改电袋超低排放技术在水泥窑头的应用

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电改电袋超低排放技术在水泥窑头的应用摘要电除尘器改造为电袋复合除尘器，前级电区继续保留，后级电场布置为袋区。但要达到颗粒物排放≤10mg/m3，除尘效率达到99.97%，一电场区的结构参数已固定，除了电场修复以外，只能从布袋区的设计、制造、安装等各个环节去实现。设计时，不仅要科学选择过滤风速，还要将实物模拟和CFD气流仿真技术有机结合，解决好气流均布问题，除尘器的焊缝必须有良好的密封性能、壳体各板之间进行气密焊；焊缝密封检测必须做两次荧光粉检漏。改造后在线检测结果为：1号线窑头废气颗粒物排放6.4mg/m3，2号线3.5mg/m3。关键词电除尘器袋除尘器电袋除尘器 超低排放前言我国经济快速发展，随着人们生活水平的提高，对环境保护要求越来越高。我国是水泥生产大国与消费大国，水泥工业生产过程中排放的大气污染物，危害性极大。2014年3月1日，新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013)正式实施，颗粒物排放限值30mg/m3，重点地区20mg/m3。随着燃煤电厂的超低排放改造完成，近两年大部分地区的水泥企业已按燃煤电厂的标准，要求水泥窑颗粒物排放浓度要求≤10mg/m3。西矿环保作为大气污染治理的环保企业，紧跟市场需求，研发出水泥窑排放浓度≤10mg/m3的超低排放除尘设备。目前西矿环保有超低排放技术的袋除尘器、电除尘器及电袋复合除尘器。本文将着重介绍电改电袋超低排放技术及其工程应用。1电袋除尘器的工作原理工业生产烟尘的净化治理，以电除尘器和布袋除尘器为主，在不同场合各自都发挥了重要作用，同时也存在各自的局限性。结合电除尘器和布袋收尘器各自优缺点，扬长避短，发挥最大潜能[1]，西矿环保推出EPB型电袋复合除尘器。电袋复合除尘器指在一个箱体内紧凑安装电场区和滤袋区，有机结合静电除尘和过滤除尘两种机理的一种除尘器[2]。6

1含尘气体通过气流分布装置进入电区（1~2个电场），发挥电除尘器的高效作用，除去80~85%的高浓度、大颗粒粉尘（见图1电除尘效率按指数变化的规律），然后剩余的15~20%带电的粉尘进入袋区，发挥袋收尘器稳定低排放优势，同时荷电粉尘在捕集过程，利用互相排斥降低阻力从而达到节能的目的。在收尘机理上，利用荷电粉尘在滤袋上沉积成有序排列,过滤阻力减小、粉尘层疏松、易清灰。荷电粉尘同性排斥，强化了气溶胶效应，使粉尘浓度分布均匀。静电凝聚使小颗粒变成大颗粒，减少PM2.5颗粒数量，提高滤袋过滤效率。电除尘效率曲线2项目概况四川利森建材集团有限公司位于四川省德阳市什邡市，海拔约680米，目前有两条新型干法水泥生产线，一线规模为3200t/d熟料，二线规模为5000t/d熟料。为了满足国家日益严格的环保要求，需对一线、二线的窑头电除尘器进行技改以提高除尘效率。2019年4月，利森公司决定，该项目委托西矿环保进行改造，总体要求：两台窑头电除尘保留第一电场，把后边电场全部清空，用来布置滤袋，保留原有的排灰系统、壳体、灰斗、进气口、出气口和进出口风管；原有的非标管道和土建基础不用变动，改造后窑头除尘器出口排放≤10mg/m3。3电改电袋超低排放措施电除尘器改造为电袋复合除尘器，前级电区继续保留，后级电场布置为袋区，是目前投资最小效益最高的方式。但要达到颗粒物排放≤106

2mg/m3，除尘效率达到99.97%，一电场区的结构参数已固定，除了电场修复以外，只能从布袋区的设计、制造、安装等各个环节去实现。3.1设计3.1.1过滤风速选取过滤风速是布袋区选型的关键因素，过滤风速的选择关系到出口粉尘排放、细微粉尘捕捉效率、滤袋阻力、使用寿命、设备阻力等。对于水泥窑头来说，废气中粉尘浓度约为3~30g/m3；废气成分同空气（干），按质量和体积的比例分别为：O223%和20.9%；CO20.05%和0.03%；N275.55%和78.13%；其它组分为氖、氦、氮、甲烷等；熟料的粉尘坚硬而颗粒粗，粉尘粒径小于10μm者占15%左右，小于45μm者占50%左右[4]，粉尘性质一般不变化。本项目窑头除尘器一电场可以收集大量粗颗粒粉尘。后级袋区过滤风速选低，压力损失就小，清灰周期变长，细微粉尘捕捉效率高，出口排放浓度小，滤袋寿命长；但同时过滤面积就会增大，经济成本增加。反之，过滤风速选高，所需滤料面积小，则投资小，但除尘器运行压力损失大，耗电量大，滤料损伤增加，滤袋寿命短。所以过滤速度选择要考虑经济性和对滤尘效率要求等各方面因素。根据我公司袋除尘器的设备供货经验，结合实际工程案例，研究滤袋过滤风速与透气量、压力损失三者之间的相互关系，最后选取≤0.9m/min的过滤的风速。（一般袋除尘器过滤风速≤1m/min）3.1.2气流均布技术气流均布对袋区的性能有显著影响。若各袋室气流分配不均衡，流量小的袋室，过滤风速低对除尘系统运行有好处；流量大的袋室，易产生局部高速气流冲刷滤袋，使滤袋产生破损，同时袋室内气流紊乱，产生涡流，使袋子晃动，长袋间互相摩擦导致滤袋破损，这都是不利的。若各袋室气流均布有以下优势：(1)气流速度可控，避免含尘气流直接冲刷滤袋。防止滤袋的摆动和碰撞，保证滤袋的长寿；(2)引导除尘器内含尘气流的流向，均布上升气流，控制Can速度，利于粉尘沉降；(3)促使除尘器不同区域的过滤负荷趋于均匀；6

3(4)降低除尘器的结构阻力。简而言之，气流均布得好，除尘效率高，阻力低，滤袋使用寿命长。利用CFD气流仿真技术解决气流均布问题。整台设备做CFD气流仿真，对每个袋室的气流均布做模拟，通过设置导流板使进入每个袋室的气流偏差小于5%，（一般袋除尘器袋室气流偏差小于20%），设备阻力小于1000Pa。我公司建造的实验平台，将实物模拟和CFD气流仿真技术有机结合，很好地解决了气流均布问题。3.1.3滤袋滤料技术选型正确地选择滤料是设计、使用好袋除尘器的关键。滤料的选择，首先考虑滤料的使用环境，包括需要考虑含尘气体性质、含尘浓度、粉尘颗粒大小、温度等，还需要考虑的因素有易清灰性能、耐腐蚀性能、耐温性能、高耐磨性能、高过滤精度等。滤袋的材料性能直接影响除尘器的除尘效率和运行阻力。综合性价比较，水泥窑头的滤料多采用芳纶和玻纤覆膜滤料。芳纶化学名芳香族聚酰胺，具有良好的耐热性，可在260℃温度下持续使用1000h,在200℃温度下持续使用20000h,强度仍保持原始值的90%；有很好的阻燃性，耐大多数酸的腐蚀，稳定性好；但耐水解性差。当要求排放≤10mg/m3时，芳纶必须做成梯度滤料[5]：即滤料的迎尘面与净气面的纤维细度不同，迎尘面添加超细纤维以达到降低排放的要求，净气面使用较粗的纤维以降低滤料的阻力。迎尘面添加的超细纤维较多使用1.2~1.5dtex超细芳纶纤维，净气面使用2.2dtex的普通纤维,增加克重到580g/m2左右，制作工艺：烧毛、轧光、PTFE乳液浸渍、热定型，滤袋缝制时针孔涂胶等措施，可以保证排放≤10mg/m3。制做滤袋的玻璃纤维基本上使用无碱玻纤，又称E玻纤。无碱玻璃纤维熔化温度在1580℃以上，软化点840℃，有良好的耐水性，因此用无碱玻璃纤维做滤袋在耐温、耐湿方面更具有优势。当要求排放≤10mg/m3时，用无碱玻纤，纤维直径3.5~5.5μm，纤维工艺处理：纬向纱高膨化，纬二重结构，机织素布验收合格后，高温烘烤脱腊+PTFE乳液浸渍，高温热合覆PTFE膜。覆膜后滤料，薄膜孔隙均匀分布，孔径极小，滤袋缝制时在针孔处涂硅胶，此法可拦截大部分细颗粒粉尘；同时，覆膜的孔隙和摩擦系数较小，容易清灰。这样既能保证高效除尘过滤，又能保证除尘阻力稳定[3]。本项目选用玻纤覆膜滤料。3.1.4其它注意事项6

4窑头电除尘器改造为袋或电袋时，需要在除尘器前增加专用降温设施。篦冷机正常工作出来的废气温度一般在200~250℃，进行余热利用之后在100℃左右。篦冷机异常时废气温度达到300~400℃，电除尘器可以经受高温考验，布袋若在300℃的高温下会导致被烧毁，所以改造为袋或电袋之后控制除尘器入口温度非常重要。目前窑头降温设施有：篦冷机增湿或空气冷却器。电除尘器改造为电袋或布袋除尘器后，设备整体阻力增加，对原排风机需进行增压校核或增压改造。3.2制造设备要求排放≤10mg/m3，袋除尘器需要精密制造技术来保证。本项目花板采用激光切割加工方式，花板厚度6mm,花板平面度偏差不大于花板长度的1‰；花板孔中心位置度公差为Φ1.5mm；花板孔径偏差小于上偏差+0.3mm、下偏差0mm；花板孔间距偏差小于上偏差+0.3mm、下偏差-0.3mm。花板与支撑槽钢焊接后，必须做煤油渗透检验。3.3安装3.3.1焊接控制技术常规的除尘器安装，现场焊缝只要是连续焊缝即可，超低排放的除尘器焊缝必须有良好的密封性能，壳体各板之间进行气密焊，特别是净气室与花板安装必须严格保证气密性，安装完毕后，花板四周焊缝和花板之间拼接焊缝采用煤油渗透检验。本项目安装过程中，项目技术负责人驻扎现场，对施工过程中的难点、要点进行指导和检查。3.3.2焊缝密封检测改进技术常规的袋除尘器安装完毕仅需做一次荧光粉检漏，验证并判定滤袋装置安装是否达到规定密封要求。超低排放的袋除尘器必须做两次，所有查出的泄漏点及时整改，两次用不同颜色超细荧光粉进行检漏。3.4运行专业的维护与操作有助于设备稳定实现超低排放，设备调试时，特别选派有经验的技术人员与业主技术部门一起，引导操作员正确熟练操作除尘器，使设备最佳状态下运行。4改造效果改造后，四川利森窑头除尘器改造后技术参数见表1.6

52019年10月30日，四川利森建材集团有限公司依据技改合同，邀请四川某检测有限公司对两条生产线进行了在线检测，检测结果1号线窑头废气颗粒物排放6.4mg/m3，2号线3.5mg/m3。均满足超低排放要求。5结束语电袋除尘器是电除尘器和袋除尘器两种除尘机理的融合，两种机理优势互补，投资小，性价比高，特别适合于电除尘的提效改造。再从设计、制造、安装、运行各个环节去控制，超低排放电袋技术已成为满足当前超低排放政策的优选技术之一。6