§1 概述
節(jié)能減排是國家的一項基本國策,利用水泥熟料生產(chǎn)中的廢氣余熱發(fā)電已成為不可逆轉(zhuǎn)的態(tài)勢,而窯尾超低溫余熱發(fā)電鍋爐(下稱SP爐)投運(yùn)之后,窯尾電收塵器的收塵效果明顯惡化,粉塵排塵量大大增加。另一方面,國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提高,環(huán)保執(zhí)法力度又不斷加強(qiáng),對早年建成的窯尾電收塵器如何滿足新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)是擺在許多水泥生產(chǎn)企業(yè)面前的重要課題。
§2 萬年3#窯尾電收塵器系統(tǒng)現(xiàn)狀
江西
萬年青水泥股份有限公司3號生產(chǎn)線于1986年建成投產(chǎn),是我國首例利用國產(chǎn)設(shè)備建成的2000T/D干法水泥熟料生產(chǎn)線,后通過工藝方面的不斷改進(jìn),現(xiàn)實際生產(chǎn)能力達(dá)到2700T/D。窯尾配有2臺CDWY85m
2雙室四電場電收塵器和一臺Ф9*22m增濕塔,本體由平頂山電收塵器廠制造,電源由龍巖空氣凈化設(shè)備廠供貨[共16套,規(guī)格:600mA/66kV]。該電收塵系統(tǒng)自投運(yùn)以來,本體從未進(jìn)行過大修,所有清灰振打裝置全部失效,所有低壓控制柜全部失效報廢,高壓供電系統(tǒng)雖經(jīng)修理維護(hù),有些控制器、控制柜也進(jìn)行過更新,但都是頭疼醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的做法,各電場運(yùn)行水平都比較低,有些電場則不能正常投入運(yùn)行,收塵效果可想而知。前幾年,窯尾又增設(shè)了余熱鍋爐,鍋爐投運(yùn)后,排放濃度進(jìn)一步增大。
該電收塵一、二電場均為芒刺線,四電場均為星形線,而三電場有一臺配芒刺線、另一臺配以星形線,極板為C485型。因長期振打失效,內(nèi)部積灰嚴(yán)重。
高壓變壓器為戶內(nèi)式帶分體電抗器,通過高壓電纜向電場供電。
§3 工藝條件
余熱鍋爐(下稱SP爐)布置于增濕塔之前。SP爐停止、生料磨運(yùn)行時,煙氣分為兩路:一路直接進(jìn)生料磨,另一路經(jīng)增濕塔噴霧增濕后進(jìn)電收塵器;SP爐運(yùn)行時,窯尾廢氣先經(jīng)SP爐進(jìn)行余熱利用,從SP爐排出的煙氣部分進(jìn)生料磨、其余部分進(jìn)增濕塔,后匯入電收塵器處理。生料磨停止時,全部煙氣經(jīng)增濕塔進(jìn)行噴霧增濕后進(jìn)電收塵器。
增濕塔入口煙氣量:≤436000m3/h(320℃)
增濕塔入口煙氣溫度:正?!?20℃(SP爐停運(yùn))或210℃(SP爐運(yùn)行)
異?!?00℃(SP爐停運(yùn))或250℃(SP爐運(yùn)行)
§4 改造方案的形成及電收塵一體化改造技術(shù)原理
§4.1 改造方案的選擇
經(jīng)過考察,業(yè)主了解到窯尾收塵系統(tǒng)實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放有兩種選擇:其一是把電收塵器推倒重來,采用袋式收塵器實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。當(dāng)前,采用袋收塵器已成為新建熟料窯尾收塵的首選方案。但作為已有收塵系統(tǒng)的改造,采用袋收塵方案的難度很大,涉及項目投資、排風(fēng)機(jī)阻力、施工周期等一系列問題。另一種方式,就是利用現(xiàn)有電收塵系統(tǒng),采用先進(jìn)技術(shù)成果,從煙氣調(diào)質(zhì)、高壓供電、本體內(nèi)部挖潛等措施達(dá)到新的環(huán)保目標(biāo)。2008年底,經(jīng)充分醞釀和認(rèn)證,綜合考慮改造效果、投資額度、施工周期以及投運(yùn)后對工藝系統(tǒng)的影響等因素,最終決定采用上海激光電源設(shè)備有限公司提出的利用原電收塵器進(jìn)行一體化改造的方案。
§4.2 電收塵系統(tǒng)改造的技術(shù)原理與改造方案
本收塵系統(tǒng)原始設(shè)計目標(biāo)為:當(dāng)產(chǎn)量為日產(chǎn)2000噸水泥熟料時,窯尾電收塵器出口粉塵排放濃度≤100mg/Nm3 。目前,實際生產(chǎn)能力已提高到日產(chǎn)2700噸,2010年1月1日起,國家工業(yè)廢氣執(zhí)行≤50mg/Nm3 的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)。因此,本次改造不單要達(dá)到電收塵器最初的環(huán)保設(shè)計指標(biāo),而且要通過挖潛改造,滿足新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
電收塵器的收塵效率受煙氣和粉塵性質(zhì)、供電方式和本體狀況三大因素的影響。也就是說,電收塵器實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的前提是:工況條件、本體結(jié)構(gòu)和電氣控制均應(yīng)滿足要求并處于完好狀態(tài)。本項改造正是針對工藝條件的改善、供電方式的改變和電收塵器本體消缺改造這三個方面展開。
4.2.1高壓供電與低壓控制
高壓供電裝置一方面是電收塵工作的能源,另一方面,其供電特性規(guī)定著電場工作過程的有效性及其對工藝條件和內(nèi)部構(gòu)件實際狀態(tài)的適應(yīng)性,在工藝狀況正常和本體完好的前提下,供電質(zhì)量決定著收塵效果的好壞。
對于窯尾電收塵器來說,由于工藝狀況存在余熱鍋爐運(yùn)行、停止,生料磨工作、不工作等多種工作方式,再加上窯尾煙氣含塵濃度高、粉塵性質(zhì)變化范圍大,原使用的通過改變可控硅觸發(fā)導(dǎo)通角以實現(xiàn)電壓電流調(diào)整的常規(guī)高壓供電裝置,運(yùn)行水平低,工作不穩(wěn)定,再加上設(shè)備陳舊老化,供電質(zhì)量進(jìn)一步惡化。
在此,以恒流高壓供電裝置進(jìn)行置換是明智之舉。
恒流源之不同于常規(guī)電源,其供電原理為電流源,即通過LC組件的轉(zhuǎn)變,使電源輸出恒穩(wěn)的電流,而電壓值則隨電場阻抗的變化而變化[這種變化只受工況變動因素的影響、緩慢而小幅值],即使在工藝條件不利的情況下,仍能夠保持平穩(wěn)的工作電流和電暈功率,收塵效率總是保持最佳狀態(tài)。事實上,恒流技術(shù)常用于難度系數(shù)較大的電收塵場合,在治金、有色行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,建材行業(yè)也有一定的應(yīng)用案例。實踐告訴我們:僅僅采用恒流電源替換普通電源供電,即能取得明顯的減排效果。
本次改造僅對一、二電場的8套高壓供電系統(tǒng)進(jìn)行替換,以適應(yīng)粉塵濃度高、工藝復(fù)雜狀況下的電場工作要求,有效提高供電質(zhì)量,從而提高電場工作效率和收塵效率??紤]到后級電場粉塵濃度較低、電場工作相對穩(wěn)定,故對三、四電場的原高壓供電系統(tǒng)通過維修,恢復(fù)其工作能力。
低壓控制是恢復(fù)重制、恢復(fù)控制功能,其中包括絕緣加熱裝置的恢復(fù)。
4.2.2 煙氣調(diào)質(zhì)
眾所周知,電收塵器對于工藝條件的變化極為敏感,那是因為粉塵的荷電與捕集受到煙氣物性和粉塵比電阻的影響,窯尾粉塵比電阻主要取決于煙氣溫度和煙氣濕度。當(dāng)窯尾煙氣溫度較高而含水分較少時,粉塵比電阻很高,荷電粉塵被收集到集塵極板上之后,粉塵所吸附的電荷不易釋放,并在集塵極板上形成與電場方向相反的電位梯度,阻礙后續(xù)粉塵的捕集,使收塵效率降低。為此,窯尾予熱器后都配有煙氣調(diào)質(zhì)裝置——增濕塔。增濕塔的作用一是降溫,二是改變煙氣成分(即增加煙氣中的含水率),使粉塵有利于電收塵器的捕集。因該增濕塔使用多年,供水系統(tǒng)及噴霧裝置均已老化,再加上余熱鍋爐的投運(yùn),增濕塔入口溫度與目標(biāo)溫度的溫差變小,霧滴的蒸發(fā)速度變慢,按原有噴霧系統(tǒng)噴出的霧滴因來不及蒸發(fā)而容易形成濕底、使系統(tǒng)不能正常工作。
為提高霧化效果、改善煙氣條件,決定采用回流式、小口徑噴霧系統(tǒng),以保證SP爐運(yùn)行時的霧化效果。改造后的噴霧系統(tǒng)還具備以下特殊功能:i)系統(tǒng)配用2臺小功率水泵,當(dāng)SP爐運(yùn)行時2臺泵輪換工作,當(dāng)SP爐停止時2臺泵同時工作,既節(jié)省了造價、又降低了運(yùn)行電耗。ii)噴槍分組控制,對不工作的噴槍通以壓縮空氣以保護(hù)噴嘴,噴嘴壽命大大延長。
本次改造僅改造其供水噴霧系統(tǒng),塔體保留不動。
4.2.3 本體消缺與功能恢復(fù)改造
本體是電收塵有效收塵的基礎(chǔ)。這2臺電收塵器使用20多年,本體存在比較多的問題。根本消除電收塵器存在缺陷,是窯尾煙氣治理的必要前提。本體改造主要針對設(shè)備存在缺陷和檢查發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行處理和改造,主要內(nèi)容包括:
(1)氣流均布裝置的處理
?。?)極間距和兩極變形的調(diào)整
?。?)陰極清灰系統(tǒng)的改造和陽極清灰裝置的更新改造
?。?)電場四周阻流和擋風(fēng)板的修復(fù)
?。?)陰極吊掛絕緣套管的更換
?。?)殼體頂蓋漏風(fēng)的處理
實際上,通過本次改造,必須做到:徹底恢復(fù)電收塵器各部件的工作性能并保證其工作長期可靠。
§4 改造工程的實施
2009年7月,3#窯停窯檢修,歷時12天,噴霧系統(tǒng)、8套高壓電源和低壓控制系統(tǒng)的安裝、陰極陽極振打系統(tǒng)的改造施工全面展開并如期完工。投運(yùn)后的一個月之內(nèi),雖有2個電場由于原電源不能修復(fù)而未能投入運(yùn)行,電收塵器的收塵效果仍令人感到滿意。但一個月之后,相繼出現(xiàn)了3個電場跳停,共5個電場不能正常工作,新投入的噴霧系統(tǒng)也因新功能多、控制程序復(fù)雜而不能投入自動檔、必須靠手動操作,2臺水泵不能同時投入工作。熟料生產(chǎn)線一旦投運(yùn)后則很難給出足夠的時間進(jìn)行處理,改造進(jìn)程受阻。
2009年9~10月份,通過對噴霧控制程序的改進(jìn)和供水管路的整改、系統(tǒng)調(diào)試等項工作,終于使噴霧系統(tǒng)進(jìn)入了正常的設(shè)計工作狀態(tài)。
2009年12月底,3#窯再次停窯檢修,檢查發(fā)現(xiàn):三、四電場有大量電暈線折斷。顯然,由于振打系統(tǒng)長期停運(yùn),早期的星形線斷線頻率本來就很高,振打恢復(fù)后出現(xiàn)斷線屬正?,F(xiàn)象。清除斷線并對其他發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了處理,并追加了4套恒流控制柜。投運(yùn)后,電收塵器運(yùn)行很穩(wěn)定,收塵效果達(dá)到了期望目標(biāo)。
對一臺使用20多年的電收塵器,試圖通過改造滿足當(dāng)前環(huán)保要求,改造過程中經(jīng)歷一曲折是完全正常的,但最終能取得期望的效果卻需要嚴(yán)格而全面的技術(shù)支撐并付出足夠的艱辛才能實現(xiàn)。
§5 電收塵一體化技術(shù)概念(The Technique of Mechanism, Energization & Conditioning)
電除塵器獲得期望收塵效率的前提是:煙氣條件符合電收塵工作要求、電收塵規(guī)格選型適當(dāng)、結(jié)構(gòu)合理、制造安裝質(zhì)量合格、維護(hù)管理工作符合規(guī)范要求。這正是電收塵一體化技術(shù)的思想基礎(chǔ)。
電收塵一體化技術(shù)即通過電除塵器本體機(jī)械Mechanism、電控 Energization、煙氣調(diào)質(zhì)Conditioning等的綜合分析使長期達(dá)不到期望收塵效率的電收塵通過系統(tǒng)改造實現(xiàn)期望目標(biāo)的技術(shù)解決方案。具體地說,是通過對本體進(jìn)行消缺或修理、高壓供電方式的改進(jìn)和對煙氣進(jìn)行有效調(diào)質(zhì)的方式使現(xiàn)有電除塵器達(dá)到最佳除塵效果的改造方案。機(jī)、電、調(diào)質(zhì)三項技術(shù)的綜合應(yīng)用是一體化技術(shù)的核心。
需要提醒的是:萬年青SP爐窯尾電收塵改造成功,是電收塵器一體化技術(shù)成功應(yīng)用的一個案例。電收塵一體化技術(shù)涉及多個方面的技術(shù)專業(yè),必須根據(jù)具體情況正確運(yùn)用,才能切實解決好電收塵器排放超標(biāo)的實際問題。
§6 電收塵與袋收塵
十年前,我國在大型除塵領(lǐng)域,電除塵獨(dú)占鰲頭。其時,國內(nèi)袋除塵技術(shù)很落后。隨著濾料、清灰技術(shù)的發(fā)展,國際間的技術(shù)滲透和技術(shù)交流與日俱增,我國袋除塵逐漸在各行業(yè)嶄露頭角。隨著國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的提升,特別是國家頒發(fā)的新的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)中把工業(yè)廢氣粉塵排放提高到50mg/Nm3以下、并且還有進(jìn)一步提高的趨勢,國內(nèi)除塵界即開始爭論電除塵與袋除塵的優(yōu)劣問題,最后形成定論:電收塵已滿足不了今后環(huán)境保護(hù)的要求,袋收塵將取而代之。
縱觀世界除塵領(lǐng)域,在發(fā)達(dá)國家,電除塵與袋除塵總體來看是平分秋色。我國在以前是電除塵獨(dú)占鰲頭,當(dāng)前有顛倒過來的勢頭,其實都是不正?,F(xiàn)象。
客觀看待電收塵應(yīng)用的歷程,我國當(dāng)前電收塵普遍使用效果欠佳是人為造成的。本案例足以說明:運(yùn)用一體化技術(shù),電收塵完全能夠達(dá)到與袋收塵相當(dāng)?shù)氖諌m效果。袋收塵的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高于電收塵是不爭的事實,節(jié)能減排是并舉的兩個方面,在滿足環(huán)保要求的前提下,電除塵占有明顯的優(yōu)勢。
結(jié)論 正確運(yùn)用電收塵一體化技術(shù),對不能滿足新的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求的建成多年的電收塵系統(tǒng),通過綜合考察分析、計算和規(guī)劃,施予本體消缺、電氣改進(jìn)、煙氣調(diào)質(zhì)等一體化改造措施,對大多數(shù)現(xiàn)有電收塵都可以滿足新的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),使用20多年的萬年青3#窯尾帶SP爐窯尾電收塵系統(tǒng)改造成功是一個例證。在當(dāng)前以及今后較長歷史時期內(nèi),電收塵器與袋收塵一樣,都能夠滿足環(huán)境達(dá)標(biāo)的要求。