和世超

窯頭電改袋除塵器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

Design and Application of Kiln Hood ETB

和世超

針對(duì)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(shí)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(dá)到了一次性投資低、運(yùn)行方式簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、廢氣達(dá)標(biāo)排放的目的。該技術(shù)的成功設(shè)計(jì)應(yīng)用，彌補(bǔ)了國(guó)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(dá)標(biāo)排放

1 前言

河南煤化集團(tuán)焦作千業(yè)水泥公司5000t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線項(xiàng)目由于廠址變更，河南省環(huán)保廳環(huán)評(píng)批復(fù)要求窯頭電除塵器實(shí)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(jì)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(xiàng)目主要目標(biāo)是針對(duì)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(guò)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(shí)不改變整個(gè)工藝流程，簡(jiǎn)化系統(tǒng)運(yùn)行方式。目前，在國(guó)內(nèi)外實(shí)施的水泥窯頭電改袋除塵工程實(shí)例中，溫控系統(tǒng)采用噴霧降溫恒溫控制屬國(guó)內(nèi)首例，可參考借鑒的經(jīng)驗(yàn)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(jī)理正確，實(shí)際降溫效果及精度可靠，但長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)大量噴水造成篦冷機(jī)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(jiǎn)化運(yùn)行方式等，都是目前急待研究解決的一個(gè)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(chǎng)電除塵器，由河南煤化集團(tuán)焦作重型機(jī)器制造有限公司設(shè)計(jì)制造安裝，本次改造采用天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司環(huán)保分公司研究開(kāi)發(fā)的TDM型行噴脈沖袋式除塵器，改造實(shí)施之前，實(shí)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(jī)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(shí)會(huì)出現(xiàn)正壓，因此一般需要在摻冷風(fēng)點(diǎn)增加鼓風(fēng)機(jī)，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(shí)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(méi)有成功案例可借鑒，一般溫度控制不準(zhǔn)或長(zhǎng)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(shí)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(lái)的窯頭電除塵器，重新安裝新袋式除塵器。一般來(lái)說(shuō)，新型袋式除塵器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，原電除塵器的位置是可以布置一臺(tái)袋式除塵器的，但千業(yè)窯頭電除塵器位置布置受限，無(wú)法在原場(chǎng)地上安裝一臺(tái)新的袋除塵器，不能實(shí)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(guó)電力研究所（EPRI）的Ramsay Chang博士開(kāi)發(fā)并取得專利，Hamon Rasearch-Cottell公司將之實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。另外一種稱為Advanced Hybnd（以下簡(jiǎn)稱AH）由美國(guó)南達(dá)科他大學(xué)的能源與環(huán)境研究中心（EERC）開(kāi)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(yàn)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(yùn)行業(yè)績(jī)?，F(xiàn)在我國(guó)國(guó)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(diǎn)在于濾袋的粉塵負(fù)荷量降低后，只要過(guò)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(zhǎng)。對(duì)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(diǎn)有：（1）原電除塵器要有充足的空間才可備留一到兩個(gè)電場(chǎng);（2）管理相對(duì)復(fù)雜；（3）電場(chǎng)部分不能在線維修，整機(jī)維修比較困難[7]。若采用此方案改造后的除塵器實(shí)際上是兩臺(tái)除塵器（一臺(tái)電除塵器和一臺(tái)袋式除塵器）相串聯(lián)，兩種除塵器的缺點(diǎn)也就集中到一起，因此，鑒于對(duì)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(dòng)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(jià)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(hù)工作量加大的現(xiàn)象[8]。

此方案的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)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(wú)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(mén)的數(shù)量、（清灰面積）濾袋的長(zhǎng)度、清灰氣路系統(tǒng)的各項(xiàng)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(jìn)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(huì)對(duì)患者體內(nèi)的血脂含量產(chǎn)生影響，且會(huì)導(dǎo)致血液內(nèi)紅細(xì)胞及血小板含量減少，進(jìn)而提升肝臟轉(zhuǎn)氨酶的數(shù)量。

解決此問(wèn)題的方法是采用“模塊化”設(shè)計(jì)制作成片，現(xiàn)場(chǎng)組裝，這樣安裝時(shí)間完全不會(huì)影響改造計(jì)劃，若各方面配合得當(dāng)，起吊機(jī)具具備，加班加點(diǎn)，安裝施工時(shí)間還會(huì)縮短。因此，從對(duì)整個(gè)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(huì)更經(jīng)濟(jì)；濾袋選擇經(jīng)濟(jì)適用的國(guó)產(chǎn)濾料，也會(huì)大幅度降低運(yùn)行維護(hù)成本。因此，確定應(yīng)用配套“電改袋+自動(dòng)恒溫噴霧降溫控制技術(shù)+復(fù)合濾料”的方案實(shí)施改造。此改造為該技術(shù)的第一家實(shí)例工程，也是全國(guó)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(jī)的改造。在篦冷機(jī)2、3段和篦冷機(jī)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(guò)篦冷機(jī)和煙道上的多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)（圖3）來(lái)監(jiān)控?zé)煔鉁囟茸兓?，根?jù)煙氣溫度高低來(lái)控制噴水噴頭數(shù)量位置和噴水量，通過(guò)噴水來(lái)快速降低煙氣溫度，以達(dá)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(diǎn)在于針對(duì)系統(tǒng)不穩(wěn)定的氣體溫度及氣量實(shí)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(jī)和煙道內(nèi)結(jié)皮。

篦冷機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

主要設(shè)備及功能：在篦冷機(jī)三段篦床上方和出口垂直段管道上，安裝一套全自動(dòng)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(yuǎn)、近程多點(diǎn)溫度檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)即時(shí)反饋給中央處理器，超前調(diào)整。溫度測(cè)點(diǎn)a、b、c的對(duì)應(yīng)積算作為初控制，調(diào)節(jié)噴水量以保證工況波動(dòng)情況下增濕塔出口溫度的穩(wěn)定性。溫度測(cè)點(diǎn)d與測(cè)點(diǎn)a的對(duì)應(yīng)積算作為最終控制，根據(jù)工況變化，自動(dòng)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(jìn)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(kāi)、停由中控室控制，能保證與水泥燒成系統(tǒng)同步穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 篦冷機(jī)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(duì)管道及進(jìn)出風(fēng)口改動(dòng)以達(dá)到最佳效果，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)計(jì)安裝凈氣室。

（3）根據(jù)凈氣室通道位置安裝人門(mén)孔、走道、扶梯。

（4）安裝過(guò)濾元件、噴吹清灰系統(tǒng)。該除塵器過(guò)濾元件采用德國(guó)凱撒專有復(fù)合濾料，正常運(yùn)行溫度控制在160℃以下最佳。瞬時(shí)極限高溫180℃（＜5min/d）。袋除塵器的過(guò)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(jià)格成本。選擇合適的過(guò)濾元件對(duì)整個(gè)工程成敗起著舉足輕重的作用，特別對(duì)脈沖除塵器高溫玻纖濾件，沒(méi)有合適的過(guò)濾介質(zhì)，改造后的袋除塵器未必會(huì)優(yōu)于原有的電除塵器，更糟糕的是，錯(cuò)誤地選擇濾袋會(huì)導(dǎo)致其快速磨損，增加更多的維護(hù)量，除塵效果差。

（5）安裝清灰系統(tǒng)。選擇先進(jìn)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(yùn)行時(shí)盡可能按照壓差清灰，避免按時(shí)清灰，當(dāng)控制器感應(yīng)到壓差增到高位時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)脈沖閥噴吹至合適壓差，根據(jù)不同工藝條件，清灰“開(kāi)”、“關(guān)”點(diǎn)可以分別設(shè)置[9]。改造后的窯頭袋除塵器見(jiàn)圖4。

表4 千業(yè)水泥窯頭電改袋除塵器廢氣排放監(jiān)測(cè)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(xiàng)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(diǎn)，改造安裝工期短，對(duì)接調(diào)試順利，兩年多來(lái)運(yùn)行正常，經(jīng)河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)，粉塵排放濃度均值為26.1mg/m3，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。窯頭電改袋除塵器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[10]見(jiàn)表4。

5 結(jié)語(yǔ)

從表4監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際運(yùn)行可以得出該技術(shù)的應(yīng)用結(jié)論：項(xiàng)目整體改造效果良好，除塵器運(yùn)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(dá)到了預(yù)期改造目的。但由于對(duì)實(shí)際運(yùn)行工況惡劣程度（篦冷機(jī)熱交換效果）估計(jì)不足，余熱鍋爐系統(tǒng)在沒(méi)有同期接入系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需要連續(xù)超量噴水，造成了熟料受潮結(jié)皮的問(wèn)題。但結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)控，修正運(yùn)行參數(shù)和方式，針對(duì)性地進(jìn)一步對(duì)篦冷機(jī)和水泵間管道和控制系統(tǒng)進(jìn)行改造后，隨著千業(yè)水泥余熱發(fā)電鍋爐的對(duì)接運(yùn)行，解決了結(jié)皮問(wèn)題。

該項(xiàng)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(guó)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(bǔ)了此項(xiàng)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。

[1]靳志剛，等,高效長(zhǎng)袋行脈沖立窯袋式除塵器的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J].山東建材.2003，（5）:24-26.

[2]和世超,千業(yè)水泥5000t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線環(huán)保驗(yàn)收?qǐng)?zhí)行報(bào)告[R].2008.（9）:20-46.

[3]林宏，電-袋復(fù)合除塵器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].中國(guó)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(fù)合型除塵器的應(yīng)用分析[J].能源環(huán)境保護(hù).2007，（4）:6-15.

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

[9]劉忠東，錢(qián)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(jì)水泥導(dǎo)報(bào).2003，（1）:39-41.

[10]吉均凱，等，焦作千業(yè)水泥5000t/d熟料生產(chǎn)線環(huán)保驗(yàn)收監(jiān)測(cè)報(bào)告[R].2008.10:12-21.

TQ172.688.9

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1001-6171（2011）02-0101-04

2010-10-13； 編輯：趙 蓮