淺談海螺回轉(zhuǎn)窯粉塵排放濃度如何滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求

  自2002年以后，立窯水泥生產(chǎn)受到明顯遏制，新型干法水泥生產(chǎn)得到快速發(fā)展，2000t/d以上規(guī)模為主的工藝線迅速推廣。水泥生產(chǎn)線規(guī)模的擴(kuò)大，不僅促進(jìn)了與之配套的環(huán)保設(shè)備的大型化，同時促進(jìn)了環(huán)保裝備及技術(shù)的進(jìn)步。新型干法水泥工藝的創(chuàng)新不僅僅體現(xiàn)在水泥總量的快速增加、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，而且在環(huán)境效益改變方面也做出了重大貢獻(xiàn)。

  近年來，國家對環(huán)境保護(hù)日益重視，環(huán)保法律、法規(guī)不斷完善，水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)于1985年首次發(fā)布，經(jīng)歷1996年、2004年、2013年三次修訂，粉塵排放濃度限值從600mg/m³逐次降至30mg/m³(重點(diǎn)地區(qū)特別排放限值20mg/m³) ，達(dá)到國際上比較先進(jìn)的排放標(biāo)準(zhǔn)。新型干法水泥生產(chǎn)線的回轉(zhuǎn)窯窯尾、冷卻機(jī)排放口（俗稱窯頭）是水泥廠最大的粉塵排放源，需采取擴(kuò)散沉降、重力沉降、離心沉降、慣性沉降、靜電沉降等方式收塵，還需要根據(jù)入口粉塵濃度、粒徑大小、處理風(fēng)量、流速、煙氣溫度、工藝故障極限和運(yùn)營中設(shè)備整體完好率、檢修人員安全性等各種生產(chǎn)運(yùn)行情況來綜合考量，最終實現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯顆粒物長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放目的。

  一、水泥行業(yè)新型干法水泥熟料生產(chǎn)線收塵器現(xiàn)狀

  1、據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2013年底，國內(nèi)2000t/d以上熟料生產(chǎn)線統(tǒng)計為1519條（含在建的89條），窯頭收塵器電收塵1017臺、袋收塵479臺、電袋復(fù)合收塵23臺，窯尾收塵器電收塵718臺、袋收塵763臺、電袋復(fù)合收塵38臺。

  2、設(shè)計指標(biāo)逐年提高，粉塵排放濃度限值逐步嚴(yán)格。150mg/m³（1996年版）—50mg/m³（2004年版）—30mg/m³ (特別地區(qū)20mg/m³)（2013年版）。

  表1：熟料生產(chǎn)線電收塵器主要設(shè)計指標(biāo)

  二、水泥熟料生產(chǎn)線電、袋收塵器應(yīng)用對比

  收塵器是水泥工藝系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它能否穩(wěn)定運(yùn)行將直接影響到整個系統(tǒng)的成敗和達(dá)標(biāo)排放與否，而收塵設(shè)備的可靠性和故障排放率是由收塵器模塊的組成方式?jīng)Q定。

  1、單體多箱式袋收塵器的收塵模塊組成方式

  袋收塵器的箱體組成采用并聯(lián)方式，單體多箱式袋收塵器的可靠性R=R₁×R₂×···×R_n,其中一個模塊故障和破損時，收塵器可靠性為0。運(yùn)行中的n個收塵模塊，有1個模塊故障或破損時，將會出現(xiàn)過濾面積減少，或?qū)е?個箱室短路、含塵氣體直排。

  近幾年隨著余熱發(fā)電鍋爐的投入使用，降低了窯尾收塵器入口溫度、提高了通風(fēng)量均衡性，但在大型生產(chǎn)線運(yùn)行中（收塵并聯(lián)模塊n數(shù)量多時），導(dǎo)致該收塵工藝設(shè)備存在以下致命缺點(diǎn)，（1）運(yùn)行中濾袋破損時，形成短路，導(dǎo)致煙氣短時事故性直排、粉塵排放濃度無法控制（事故排放）；（2）運(yùn)行中更換破損濾袋時勞動強(qiáng)度大，存在操作人員安全性問題（危險區(qū)域）；（3）運(yùn)行周期結(jié)束后期事故率高，難以準(zhǔn)確判斷損壞濾袋的位置及最佳更換數(shù)量，更換成本高；（4）大型袋收塵器會產(chǎn)生大量破損的廢舊濾袋，由于這些濾袋多數(shù)是合成化纖原料制造生物降解性差，填埋、焚燒又導(dǎo)致二次污染，且因收塵濾袋收集、運(yùn)輸、清洗、濾袋分類等問題，使得收塵濾袋變廢為寶的問題難以實現(xiàn)，隨意堆放后又會成為新的污染源。

  2、雙室多電場電收塵器的收塵模塊組成

  電收塵器的電場組成采用串聯(lián)方式，雙室多電場電收塵器的可靠性R=1-(1- R₁)*(1-R₂)*···*(1- R_n) ,其中一個模塊故障時，其他模塊提高收塵效率，使該收塵器仍保持較高的可靠性。

  表2：正常運(yùn)轉(zhuǎn)水泥熟料生產(chǎn)線電、袋收塵器對比表

  三、水泥窯收塵器穩(wěn)定運(yùn)行的重要性

  隨著生態(tài)文明建設(shè)的加快推進(jìn)，國家對污染物排放標(biāo)準(zhǔn)會越來越嚴(yán)格。環(huán)保行政主管部門除采用在線實時監(jiān)控外，還采取“三不三直” 專項檢查、在線監(jiān)測設(shè)備比對等手段強(qiáng)化執(zhí)法檢查，對污染處理設(shè)施運(yùn)行不正常、不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、超標(biāo)排污、偷排偷放的企業(yè)，采取依法從重處罰、限產(chǎn)、停產(chǎn)等嚴(yán)控手段，這對水泥企業(yè)廢氣排放管理提出了更加嚴(yán)格的要求。

  四、海螺集團(tuán)2007 年以后的電收塵器設(shè)計選型和工藝優(yōu)化要求

  1、“n+1”選擇法

  對電收塵器的規(guī)格選擇采用“n+1”的方法，也就是在正常選擇的基礎(chǔ)上再增加一個電場，這樣即使在工作中有一個電場出現(xiàn)故障也能保證收塵效率，提高了電收塵器的工作可靠性。

  2、電收塵器長高比的選擇

  在電收塵器的規(guī)格設(shè)計中，要考慮收塵器的長高比，即電場長度與電場高度的比值。現(xiàn)在由于市場競爭的需要，許多供貨商將長高比選得很小，可以降低收塵器的重量，但收塵效果會變差。海螺要求收塵器的長高比≥0.8，比值越大則收塵效果越好，但設(shè)備重量越大。

  3、無火花放電技術(shù)

  電收塵器用于新型干法水泥生產(chǎn)線窯尾，當(dāng)煙氣中CO濃度超標(biāo)時，由于電收塵器內(nèi)的火花放電而有可能發(fā)生爆炸。通常在這種時候，會停止向收塵器供電，收塵器不工作造成超標(biāo)排放。

  海螺電收塵器采用了無火花放電技術(shù)，當(dāng)CO濃度超標(biāo)時，自動運(yùn)行在無火花放電方式下，不必停止向電場供電，雖然收塵效率有所降低（主要是電功率的降低，不會超過5%），但由于電收塵器規(guī)格是按照n+1的方法選擇，排放濃度仍滿足國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

  4、工藝布置上采用三風(fēng)機(jī)流程

  在工藝布置中，海螺選用三風(fēng)機(jī)流程，即高溫風(fēng)機(jī)、原料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)及原料廢氣排風(fēng)機(jī)，2009年及以后建設(shè)的熟料生產(chǎn)線在原料磨出口設(shè)置有四個高效的旋風(fēng)收塵器，極大地降低了電收塵的入口粉塵濃度，減輕了電收塵器的負(fù)擔(dān)。

  三風(fēng)機(jī)系統(tǒng)將燒成、生料制備和窯、磨廢氣處理各系統(tǒng)隔離開來，各系統(tǒng)之間界面明確、相對獨(dú)立，盡量避免相互干擾，確保了各系統(tǒng)操作的可靠性和穩(wěn)定性，降低電收塵器的收塵負(fù)荷，減少電收塵器內(nèi)部負(fù)壓。由于窯尾電收塵器在低濃度、低負(fù)壓下操作，提高了系統(tǒng)收塵效果，減輕電收塵器日常維護(hù)工作量，而且降低了生料工序電耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。

  原料粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

  五、海螺集團(tuán)回轉(zhuǎn)窯粉塵治理的最優(yōu)配置技術(shù)路線

  根據(jù)新型干法熟料生產(chǎn)線廢氣系統(tǒng)分析和電、袋收塵器的應(yīng)用對比，為確?；剞D(zhuǎn)窯粉塵排放濃度長期穩(wěn)定滿足《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2013）要求，海螺集團(tuán)的回轉(zhuǎn)窯粉塵治理的工藝設(shè)備當(dāng)前最優(yōu)配置標(biāo)準(zhǔn)為：窯頭窯尾余熱發(fā)電（降低入收塵器的廢氣溫度和均勻分布入收塵器廢氣）+窯頭4電場（3電場達(dá)標(biāo)、4電場保標(biāo)）+廢氣三風(fēng)機(jī)系統(tǒng)（合理調(diào)節(jié)和減少總廢氣量）+窯尾5電場（4電場達(dá)標(biāo)、5電場保標(biāo)）=收塵器正常運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)粉塵排放濃度控制在15 -30mg/m³。

  海螺水泥2014年最優(yōu)配置技術(shù)路線粉塵排放濃度部分統(tǒng)計表

  六、海螺回轉(zhuǎn)窯電收塵器的技改方案

  為確保粉塵排放濃度長期穩(wěn)定達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求，海螺集團(tuán)從2014年開始對不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的電收塵器進(jìn)行系統(tǒng)分析，由安全環(huán)保部、海螺設(shè)計院、生產(chǎn)調(diào)度中心、裝備成套部、機(jī)電保全部等部門共同參與電收塵器技改方案（電改電、電改袋、電袋復(fù)合）調(diào)研論證。經(jīng)分析研討，將《電收塵器高壓控制系統(tǒng)升級改造方案》作為海螺集團(tuán)電收塵器重點(diǎn)技改方案之一，宣城海螺1#窯尾列為首次試點(diǎn)項目。

  該項目于2014年7月2日-19日完成內(nèi)部檢修和升級改造，升級改造主要內(nèi)容：對8臺電收塵高壓控制柜進(jìn)線供電電源進(jìn)行改造，由兩相電源改為三相電源，各增加一根電纜；對原有8臺電收塵高壓控制全部進(jìn)行更換，每個電場增加兩根信號監(jiān)測電纜（控制柜至整流變壓器）；對原有8臺整流變壓器進(jìn)行更換（底座及連接法蘭調(diào)整）。改造后電場二次電壓能達(dá)到70kV以上、二次電流能達(dá)到1100mA以上，經(jīng)安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站檢測粉塵排放濃度低于20mg/m³。

  集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)非常重視電收塵器升級改造，首次技改成功后，作出進(jìn)一步擴(kuò)大試驗范圍的指示，確保滿足不同工藝配置和地方環(huán)保要求。2014年8月根據(jù)《公司污染物達(dá)標(biāo)排放推進(jìn)計劃》，從海螺水泥的分布區(qū)域、窯型、電收塵器型號、窯尾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)配置等因素考慮篩選出4家公司7臺電收塵器作為第一批工業(yè)試驗，均達(dá)到預(yù)期效果；2014年10月集團(tuán)公司啟動第二批工業(yè)試驗項目；2015年1月集團(tuán)公司大規(guī)模推廣電收塵器升級改造。截止2015年6月底，海螺集團(tuán)已完成對粉塵排放濃度設(shè)計指標(biāo)大于30mg/m³電收塵器的升級改造。每臺電收塵器升級改造前由海螺設(shè)計院和業(yè)主公司進(jìn)行全方面、立體式的“體檢”，編制電收塵器內(nèi)部維修整改方案和審查確認(rèn)高壓控制系統(tǒng)技改相關(guān)參數(shù)，為確保技改項目達(dá)到預(yù)期效果提供了技術(shù)支撐，技改前后由海螺設(shè)計院負(fù)責(zé)對比監(jiān)測。經(jīng)地方環(huán)境監(jiān)測站對技改項目的粉塵排放濃度進(jìn)行監(jiān)測，均達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求。

  表3：電收塵器升級改造項目部分統(tǒng)計表

  七、海螺集團(tuán)水泥窯電收塵器的管理要求

  為提高收塵效率和確保收塵設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，海螺集團(tuán)及時修改完善了原有操作工藝管理規(guī)程，并要求熟料基地公司在完成技改的同時，做好以下電收塵器日常管理工作：

  1、通過優(yōu)化配料方案，保證窯的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和電收塵器在最佳狀態(tài)下運(yùn)行；加強(qiáng)窯系統(tǒng)的操作管理控制廢氣中CO含量；通過控制煙氣濕度和溫度，將粉塵比電阻調(diào)至最佳（104-1011Ω.cm），提高收塵效率。

  2、利用廢氣處理系統(tǒng)區(qū)域的自動控制程序，對電收塵器的入口煙氣參數(shù)和電收塵器的電場電流、電壓和振打次數(shù)等信號的收集和調(diào)控，從而保障燒成系統(tǒng)的熱工穩(wěn)定，避免電收塵器的工況波動，確保電收塵器在原料磨開停機(jī)時能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行。

  3、加強(qiáng)電收塵器密閉漏風(fēng)管理，防止電場內(nèi)煙氣結(jié)露腐蝕殼體和極絲極板，防止系統(tǒng)漏風(fēng)導(dǎo)致收塵極二次揚(yáng)塵的加大；加強(qiáng)電收塵振打裝置的檢查維護(hù)保養(yǎng)，保證陰陽極振打裝置處于良好狀態(tài)。

  4、每次停機(jī)檢修時需要觀察極板、極絲框架、分布板是否變形損壞，極絲是否斷裂或松弛；清理兩極上的積灰，對積灰過多的極絲極板分析原因，做出處理或調(diào)整；檢查極距偏差是否在規(guī)定范圍內(nèi)，振打錘是否移位或松脫、擊打力量是否符合要求，氣體分布板、煙道、積灰斗排放口有沒有堵塞等。

  八、結(jié) 語

  布袋收塵器由于阻力大，電耗高，破袋、故障率高等原因，導(dǎo)致“電改袋”雖然能在理論上有效降低了粉塵的排放濃度，但是技改成本偏高(因阻力增大，相應(yīng)風(fēng)機(jī)和電機(jī)需擴(kuò)容或更換)、運(yùn)行成本增高、維護(hù)管理不便。

  由于電收塵器的收塵效率高、運(yùn)行可靠、成本低、維護(hù)管理簡單方便等特點(diǎn)，使其在4000t/d及以上新型干法水泥熟料回轉(zhuǎn)窯的收塵領(lǐng)域中成了佼佼者，回轉(zhuǎn)窯的窯尾、烘干機(jī)、原料磨機(jī)、熟料冷卻機(jī)等均可采用電收塵器進(jìn)行凈化。隨著極板、極絲、極間距、氣體分布板、清灰掙打的技術(shù)進(jìn)步，加上應(yīng)用“n+1”電場、無火花放電技術(shù)、高壓電源技術(shù)等創(chuàng)新技術(shù)，明顯提高了電收塵器的收塵效率，改善了運(yùn)行的穩(wěn)定性和適用性。只要我們充分認(rèn)識和掌握電收塵器的性能和特點(diǎn)，管理好、維護(hù)好、運(yùn)行好電收塵器，是完全可以適應(yīng)環(huán)保新常態(tài)。

  在當(dāng)前生態(tài)環(huán)境保護(hù)的新形勢下，海螺集團(tuán)從頂層設(shè)計上統(tǒng)籌規(guī)劃，全面指導(dǎo)和推進(jìn)集團(tuán)公司電收塵器技改工作，憑借多年的電收塵器在新型干法生產(chǎn)線的應(yīng)用實踐經(jīng)驗，充分發(fā)揮科技先導(dǎo)引領(lǐng)作用，成功探索出工期短、投資省、技改方式簡單的 “電改電”方案，在國內(nèi)水泥行業(yè)電收塵器改造的技術(shù)路線上實現(xiàn)了創(chuàng)新和運(yùn)用。經(jīng)過海螺集團(tuán)工業(yè)試驗證明，實施“高壓控制系統(tǒng)升級改造”和海螺集團(tuán)最優(yōu)配置技術(shù)路線及加強(qiáng)日常工藝管理，能保證海螺集團(tuán)現(xiàn)有生產(chǎn)線長期穩(wěn)定運(yùn)行，粉塵排放濃度均可滿足2013年版新國標(biāo)要求，該技術(shù)路線對海螺水泥向綠色企業(yè)轉(zhuǎn)型具有積極意義。