協同處置城鎮污泥水泥窯窯尾電改袋的設計與應用

韓德夫

1 前言

大連水泥集團5 000t/d水泥生產線原窯尾電收塵器已運行多年，電源電器老化，設備構件腐蝕失效，極板變形，系統漏風嚴重，各電場電壓達不到理想狀態，收塵效率逐漸下降，實際運行出口濃度已遠超過國家排放標準GB 4915-2013《水泥廠大氣污染物排放標準》規定的限值要求。同時，水泥廠依托現有5 000t/d新型干法水泥生產線協同處置大連市市政消化污泥，將含水率為70%的消化污泥直接泵入水泥窯焚燒系統進行焚燒處置，導致窯尾廢氣成分復雜，含有多種污染物。為保證排放達標，我公司針對原窯尾電收塵器運行情況、結構特點及窯尾廢氣性質，將原電收塵器改造為袋收塵器。

2 收塵器改造方案

收塵器改造方案的主體是在不改變原有工藝流程的原則下，將電收塵器改造為TDM型脈沖清灰袋收塵器，確保排放濃度＜20mg/m3（標）。電收塵器改造為袋收塵器后，過濾機理變化很大，在確定與實施改造方案前需充分了解生產系統的特點，以免影響改造效果。

2.1 改造方案的確定

為保證粉塵排放濃度和設備阻力的達標，過濾風速不宜選取過大，根據現場實際運行經驗，滿足排放濃度＜20mg/m3（標）時過濾風速應＜1m/min。為滿足過濾風速要求，方案中對原電收塵器的6個電場進行了改造，采用8m濾袋（φ160mm，玻纖覆膜）。原電收塵器及改造后收塵器參數見表1。

表1 窯尾電改袋設計參數

2.2 殼體改造

為降低改造成本，縮短施工時間，利用原電收塵器基礎并保留原電收塵器的部件（排灰系統、灰斗、進氣口、出氣口、收塵器殼體、立柱等）。在原電收塵器內部安裝氣流均布單元和噴吹箱、凈氣室等袋收塵器結構單元；在凈氣室頂部安裝各室出風支管和排風總管，并與原收塵器出氣管連接。

采用模塊化安裝。先在地面上預裝凈氣室和噴吹單元，之后整體吊裝，使其坐落于殼體頂部。模塊化安裝減少了起吊次數和高空作業施工焊接量。

2.3 氣流均布裝置

進氣方式和氣流分布直接影響袋式收塵器的運行阻力和濾袋的使用壽命。若氣流分布不均，將導致個別室過濾速度超過設計要求值，使濾袋負荷加大，提前損壞，影響收塵效率。具體而言，氣流分布應遵循以下基本原則：氣流流動順暢、平緩；各室流量均勻，局部阻力小；防范含塵氣流對濾袋的直接沖刷。據此，本次電改袋設計采用了以下措施：

（1）保留了原電收塵器進氣口，將第一電場作為沉降室并增設擋風板，阻擋和沉降大顆粒粉塵，避免氣流對濾袋的沖刷，保護濾袋，降低含塵濃度。

（2）收塵器內部設置氣流均布裝置，氣流在入口處經氣流均布裝置，平均分配到各個室中。

3 煙氣的特點及濾袋的選擇

3.1 煙氣的特點

（1）廢氣溫度高，窯尾收塵器入口廢氣溫度為130～150℃，極端時最高溫度可達到260℃。

（2）廢氣含塵濃度較高，達100g/m3（標）。

（3）粉塵粘性大，剝離性差，顆粒細，粉塵粒徑＜10μm占90%以上。

（4）煙氣中含有一定量的酸性氣體和水蒸氣。

3.2 濾袋的選擇

針對大連水泥集團窯尾粉塵的特性，本次方案的濾袋選用了玻纖覆膜濾袋，具有以下優勢：

（1）玻纖覆膜濾料耐高溫，可在260℃的條件下長期使用，能滿足極端工況溫度要求，降低燒袋的發生概率，安全性高。

（2）過濾效率高。玻纖覆膜濾料主要是通過微孔PTFE薄膜進行表面過濾，幾乎能截留含塵氣流中的全部粉塵，具有極高的過濾效率。

（3）玻纖覆膜濾料表面光滑，摩擦系數低，清灰時的粉塵剝離性好，過濾阻力低。即使有潮濕粉塵粘結，在清灰外力的作用下，粉塵也容易脫落，保持過濾阻力平穩。因此，其適合處理顆粒細、粘性大、剝離性差的粉塵。

（4）玻璃纖維在260℃以下的環境下收縮率約為0，尺寸穩定性良好。正常工作時濾袋能較為緊密地貼附在袋籠上，清灰時濾袋與袋籠鋼絲之間不會產生碰撞，從而可最大限度地減少摩擦，延長濾袋的使用壽命。

4 殼體腐蝕原因及處理

改造后的窯尾袋收塵器運轉半年多后，經現場技術人員檢查發現，窯尾袋收塵器的殼體內壁腐蝕嚴重（見圖1）。

圖1 殼體腐蝕照片

4.1 腐蝕成因分析

（1）大連水泥廠原料中摻雜城鎮污水處理廠的消化污泥，其所用原料中的硫、氯離子含量較高，導致窯尾收塵器煙氣中含有一定的HCl、SO2氣體。同時污泥中含有大量的水，燃燒后窯尾煙氣攜帶大量的水蒸氣。

（2）煙氣中的Cl離子含量對鋼鐵的腐蝕起著關鍵性作用，主要表現為Cl離子對材料表面氧化膜和鈍化膜的破壞作用。Cl離子濃度越大，銹層中的β-FeOOH含量越高；新生成的β-FeOOH結構疏松多孔，為氧氣的傳輸提供了通道，進一步加速了金屬的腐蝕。此外，Cl離子與金屬可以形成氯的絡合物，氯離子吸附在金屬表面或在薄的鈍化膜上，形成強電場，加速金屬離子的析出。

（3）煙氣中部分SO2氣體吸附在內部構件表面，SO2溶解于煙氣中的水氣，生成亞硫酸H2SO3，再經空氣氧化，也可以生成硫酸H2SO4，這兩種酸對鐵都有腐蝕作用。

（4）煙氣中的水蒸氣改變了廢氣的露點溫度（見圖2）。窯尾粉塵中起腐蝕作用的主要是含堿金屬的硫酸鹽和氯化物，這兩種組分遇水能生成具有侵蝕性的水溶液。在給定溫度下，當氣體的相對濕度大于上述鹽類的飽和水溶液的相對濕度時，即使氣體溫度高于露點，廢氣中的水分也會在固態材料表面生成液膜，從而形成鹽類的溶液。

圖2 水分含量和露點溫度的關系

（5）漏風、收塵器保溫不好等原因也會加速收塵器的腐蝕。

4.2 改進措施

針對大連水泥集團窯尾煙氣的特點，本次改造采取了以下防腐措施：

（1）對收塵器的凈氣室和殼體進行防腐處理。采用耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的玻璃鱗片漆對殼體內壁進行處理。

（2）降低系統的漏風率。室內換袋結構配以雙層檢修門，同時加強對收塵器本身和收塵系統中其他設備和管道的密封，將漏風量降到最低。

（3）加強對收塵器的保溫，保證施工質量。

5 改造效果

目前，大連水泥集團改造后的窯尾袋收塵器運行穩定，各項指標均符合合同要求，考核結果優于原定的考核目標，具有低阻力、低排放、低能耗等優點，有效驗證了改造方案的可靠性和優越性。