窯頭電改袋除塵器的設計與應用

和世超

窯頭電改袋除塵器的設計與應用

Design and Application of Kiln Hood ETB

和世超

針對新型干法水泥生產線窯頭電除塵器不能滿足更高的排放標準（30mg/m3）的現狀，論證了在保留原電除塵器殼體、灰斗等可用設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方案。采用噴霧降溫恒溫控制技術，結合復合纖維濾料的應用，達到了一次性投資低、運行方式簡單經濟、廢氣達標排放的目的。該技術的成功設計應用，彌補了國內外研究的空白，具有推廣示范應用的積極作用。

電收塵器；袋收塵器；噴霧降溫；達標排放

1 前言

河南煤化集團焦作千業水泥公司5000t/d熟料新型干法水泥生產線項目由于廠址變更，河南省環保廳環評批復要求窯頭電除塵器實施改造[2]。本次改造焦作千業水泥公司和天津水泥工業設計研究院有限公司環保分公司聯合研究應用了恒溫控制噴霧降溫加電改袋系統技術。該項目主要目標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，合理設置相關參數，在目標值入袋溫度設定區域范圍內，以經過袋除塵器處理后污染物排放濃度衡量此技術改造效果，同時不改變整個工藝流程，簡化系統運行方式。目前，在國內外實施的水泥窯頭電改袋除塵工程實例中，溫控系統采用噴霧降溫恒溫控制屬國內首例，可參考借鑒的經驗和技術參數也有限，雖然目標值噴霧降溫恒溫控制機理正確，實際降溫效果及精度可靠，但長時間連續大量噴水造成篦冷機和管路結皮難以避免。因此，確定科學合理的結構改造方案、正確確定技術參數、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 技術改造方案的確定

千業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計制造安裝，本次改造采用天津水泥工業設計研究院有限公司環保分公司研究開發的TDM型行噴脈沖袋式除塵器，改造實施之前，實施了科學詳盡的方案論證：

2.1 氣體降溫系統方案的確定

窯頭篦冷機氣體降溫一般有幾種方案：（1）摻入冷風方案，由于窯頭廢氣系統負壓不大，特別是在出現異常高溫時會出現正壓，因此一般需要在摻冷風點增加鼓風機，最終增大系統風量較多，系統不穩定；（2）增加空氣冷卻器，這是目前較成熟的技術，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，設備成本很高；（3）噴水降溫方案，要求恒溫控制，穩定可靠，其降溫工藝穩定性和投資成本指標合理，但目前沒有成功案例可借鑒，一般溫度控制不準或長期大量噴水很難避免管道結皮。

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

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，新型袋式除塵器設計結構緊湊，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-袋復合”，即保留電除塵器部分殼體和灰斗改為電-袋復合除塵器。電-袋復合除塵器是電除塵器和袋除塵器的組合[3]，現在世界上有兩種形式的電袋復合除塵器，一種稱為COHPAC，由美國電力研究所（EPRI）的Ramsay Chang博士開發并取得專利，Hamon Rasearch-Cottell公司將之實現工業化應用。另外一種稱為Advanced Hybnd（以下簡稱AH）由美國南達科他大學的能源與環境研究中心（EERC）開發并取得專利。AH的結構比較復雜，還處于工業性試驗中。COHPAC就是所謂的“前電后袋”的典型復合除塵器，已經取得了工業性規模的運行業績?，F在我國國內采用的電袋復合除塵器全部為COHPAC方式[4][5][6]。

電袋復合除塵器的優點在于濾袋的粉塵負荷量降低后，只要過濾風速選得合適，系統阻力可以降低，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，兩種除塵器的缺點也就集中到一起，因此，鑒于對生產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，清灰系統包括壓縮空氣管線、脈沖閥、汽包、噴吹管等；其次要正確選擇和安裝濾袋，用新型復合濾袋。關鍵要采用合理的降溫系統，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于原有的電除塵器，甚至會出現濾袋磨損破壞快、除塵效果不佳、維護工作量加大的現象[8]。

此方案的優點是可以在減少一定設備投資的基礎上縮短施工周期。缺點是受原有電除塵器結構（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成最佳配置，首先是濾袋在除塵器內很難按最佳方式布置，其次濾袋的間距、每只閥門的數量、（清灰面積）濾袋的長度、清灰氣路系統的各項參數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位置和方式限制了預除塵及均風裝置的效果。

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解決此問題的方法是采用“模塊化”設計制作成片，現場組裝，這樣安裝時間完全不會影響改造計劃，若各方面配合得當，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、統一配件準備、設備檢修等方面考慮，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，在一次性投資上還會更經濟；濾袋選擇經濟適用的國產濾料，也會大幅度降低運行維護成本。因此，確定應用配套“電改袋+自動恒溫噴霧降溫控制技術+復合濾料”的方案實施改造。此改造為該技術的第一家實例工程，也是全國首例。

3 改造情況

3.1 溫控系統改造

噴霧降溫恒溫控制技術的應用在本次工程改造上主要體現在篦冷機的改造。在篦冷機2、3段和篦冷機出口煙道內加裝了噴水降溫系統（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）來監控煙氣溫度變化，根據煙氣溫度高低來控制噴水噴頭數量位置和噴水量，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防止濾袋燒毀（120～180℃）的目的。

技術難點在于針對系統不穩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結皮。

篦冷機技術參數見表1。

主要設備及功能：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。系統采用回流控制+分組及單槍控制方式，安裝遠、近程多點溫度檢測，并將數據即時反饋給中央處理器，超前調整。溫度測點a、b、c的對應積算作為初控制，調節噴水量以保證工況波動情況下增濕塔出口溫度的穩定性。溫度測點d與測點a的對應積算作為最終控制，根據工況變化，自動調整噴水量，使噴水量在3～34t/h之間自由調節，以保證進電除塵器廢氣溫度在要求范圍之內。此系統與水泥廠中控室聯接通信，系統的開、停由中控室控制，能保證與水泥燒成系統同步穩定運行。

表1 篦冷機技術參數

圖4 電改袋除塵器建成后

表2 改造前窯頭電除塵器技術參數

表3 改造后窯頭袋收塵器主要技術參數

3.2 電除塵器的改造

（1）去除電除塵器內部的各種部件，包括極線、極板、振打系統、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，對管道及進出風口改動以達到最佳效果，在結構內部設計安裝凈氣室。

（3）根據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。該除塵器過濾元件采用德國凱撒專有復合濾料，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重要，主要取決于風量、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，改造后的袋除塵器未必會優于原有的電除塵器，更糟糕的是，錯誤地選擇濾袋會導致其快速磨損，增加更多的維護量，除塵效果差。

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

表4 千業水泥窯頭電改袋除塵器廢氣排放監測結果

4 改造后的效果

4.1 改造前后技術參數（表2、3）

4.2 窯頭廢氣處理效果

本項目改造具有投資省、性能優良、除塵效率高、維修工作量少的優點，改造安裝工期短，對接調試順利，兩年多來運行正常，經河南省環境監測站監測，粉塵排放濃度均值為26.1mg/m3，達到國家排放標準。窯頭電改袋除塵器監測數據[10]見表4。

5 結語

從表4監測數據和實際運行可以得出該技術的應用結論：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，余熱鍋爐系統在沒有同期接入系統運行時，需要連續超量噴水，造成了熟料受潮結皮的問題。但結合現場跟蹤監控，修正運行參數和方式，針對性地進一步對篦冷機和水泵間管道和控制系統進行改造后，隨著千業水泥余熱發電鍋爐的對接運行，解決了結皮問題。

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

[1]靳志剛，等,高效長袋行脈沖立窯袋式除塵器的開發及應用[J].山東建材.2003，（5）:24-26.

[2]和世超,千業水泥5000t/d熟料新型干法水泥生產線環保驗收執行報告[R].2008.（9）:20-46.

[3]林宏，電-袋復合除塵器的開發與應用[J].中國水泥.2003，（8）：58-64.

[4]Richard Miller etc.Effective vse of both COHPACTM and TOXECONTM the“technology of the future”for particulate and mercurycontrol on coal-fired boilers.International Power-Gen Conference,2003.

[5]Jean Bustard etc.TXU Big Brown COHPAC Performance Improvement with High Permeability Fabric.US EPA/DOE/EPRI Combined Power Plant Air Pollutant Control Symposium.2001.

[6]Jens Madsen and David Schowalter.Flow modeling design optimizstion of an advanced hybrid particulate collector.Clearwater Coal Technology Conference,2006.

[7]吳京楊,電袋復合型除塵器的應用分析[J].能源環境保護.2007，（4）:6-15.

[8]李義賓，梁建英，等.PPDC-8氣箱脈沖袋除塵器常見問題及解決措施[J].水泥.2003，（2）：47-49.

[9]劉忠東，錢曉露.窯尾脈沖袋式除塵器在燕山水泥廠的安裝使用[J].新世紀水泥導報.2003，（1）:39-41.

[10]吉均凱，等，焦作千業水泥5000t/d熟料生產線環保驗收監測報告[R].2008.10:12-21.

TQ172.688.9

A

1001-6171（2011）02-0101-04

2010-10-13； 編輯：趙 蓮