電袋復合除塵器在水泥行業(yè)除塵改造中的研究與應用

  水泥工業(yè)爐窯對現(xiàn)役除塵設備進行技術革新和改造已越來越迫切。目前，針對水泥爐窯煙氣除塵技術改造主要有3種方案：一是在現(xiàn)役電除塵上增加電場，增加電除塵的收塵面積提高收塵效率（電改電）；其二是直接采用布袋除塵器（電改袋）；其三是在電除塵器基礎上增加布袋除塵器，采用電袋復合除塵技術。三種方案各有利弊，其中電袋復合除塵器有機結(jié)合了電除塵器與袋除塵器的收塵特點，在滿足高標準排放的條件下，具有改造工程工作量相對較小、占地面積小、性價比高、運行維護簡單等優(yōu)點,在電除塵器提效改造中得到廣泛應用。

  電袋復合除塵器是在一個箱體內(nèi)將電除塵和袋式除塵器有機結(jié)合在一起的新一代高效除塵設備。電袋復合除塵技術結(jié)合了電除塵和袋除塵的優(yōu)點，其機理為“荷電收塵”和“攔截過濾”。在電場內(nèi)以較小的能耗去除80%左右的粗顆粒粉塵，減輕濾袋的粉塵負荷；利用荷電粉塵顆粒之間的電凝并作用改善了粉塵層的特性，產(chǎn)生了新的荷電粉塵過濾特性機理：異性電荷顆粒電凝并形成大顆粒粉塵，提高細微顆粒捕集率；同性電荷相互排斥，迅速擴散，形成均勻分布的氣膠懸浮狀，使達到濾袋表面的粉塵排列規(guī)則有序、蓬松，透氣性好，粉塵層孔隙率高，剝落性好。因此采用較低的清灰壓力（0.25MPa），能夠達到較理想的清灰效果，從而延長了濾袋的清灰周期和濾袋的使用壽命。

  在電改電袋工程中，一般保留原除塵器的殼體結(jié)構(gòu)、進口喇叭、排灰裝置、氣流分布裝置以及第一電場（或根據(jù)實際條件和用戶要求保留前兩個電場）保留或進行更新改造。后面幾個電場則要改造為袋除塵區(qū)。改造完成后，電袋復合除塵器的主要結(jié)構(gòu)組成可大致分為：電區(qū)除塵部分、袋區(qū)除塵部分、出氣煙道、旁路系統(tǒng)、篦冷機噴水降溫系統(tǒng)及其它部分。

  電改電袋工程需要系統(tǒng)考慮整個除塵器的各大組成部分的特點和作用，以及各部分相互間作用和影響，還要考慮對與除塵器直接相關的引風機的改造。下面主要對電區(qū)除塵部分、袋區(qū)除塵部分、旁路系統(tǒng)、篦冷機噴水降溫系統(tǒng)的設計要點進行闡述。

  先看電區(qū)除塵部分。電除塵部分位于電袋復合除塵器的最前部，其作用是對進入除塵器的煙氣進行一次除塵，去除煙氣中大多數(shù)的粗顆粒和相當數(shù)量的中小顆粒粉塵，大幅度降低進入袋除塵部分的煙氣粉塵濃度并對粉塵粒子荷電。在袋除塵部分，粉塵粒子間電荷力的作用使得在客觀上，濾袋過濾時在濾袋表面形成的粉塵層相對松散，過濾阻力比純袋除塵器有大幅度的降低。

  在電區(qū)部分的改造設計中，一般至少要保證一電場的除塵效率在80%以上，要達到這一要求必須滿足以下條件：滿足效率的足夠的收塵面積；進入電場的氣流分布的均勻性；保證原有設備電區(qū)正常工作的恢復性檢修，包括極間距的調(diào)整，振打錘、振打砧的更換。

  電區(qū)的改造一般以恢復、檢修為主，對于原設備使用年限比較長、電區(qū)內(nèi)部損壞比較嚴重的會采取全部更換內(nèi)部件來保證電區(qū)的正常運行。

  袋區(qū)除塵部分包含濾袋、噴吹系統(tǒng)的設計、清灰方式的選擇。濾袋是除塵器的核心部件，需根據(jù)煙氣的成分、溫度選擇合適的纖維材質(zhì)，然后根據(jù)排放要求和濾袋壽命，結(jié)合經(jīng)濟性，選用不同的濾料結(jié)構(gòu)。水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾袋除塵器濾料可選用P84（聚酰亞胺）濾料、玻纖覆膜濾料、P84玻纖復合氈覆膜濾料；窯頭可選用諾梅克斯或玻纖覆膜濾料。

  氣包的設計采用大氣包原則，這樣可以保證噴吹時氣包壓力損失比較小，但是從制造、安裝方便和經(jīng)濟性角度考慮氣包卻不宜做的太大，因此可以將每一路氣包相互連通，既保證了噴吹時壓力損失的即時補給又減小了氣包的容積。

  目前袋除塵器的主要清灰方式是脈沖噴吹技術，主要由脈沖閥、氣包、噴吹管及脈沖噴吹控制系統(tǒng)組成。噴吹控制系統(tǒng)采用矩陣電路，通過行列的觸發(fā)來對脈沖閥進行控制，這樣做的優(yōu)勢在于節(jié)省PLC的輸出點數(shù)，減少電纜的數(shù)量，降低了投資成本。清灰控制方式采用在線定時清灰、在線定阻清灰、離線清灰、在線離線結(jié)合清灰多種方式，這幾種方式雖然獨立但同時并存，并且可以手動控制和自動控制相互切換。

  旁路系統(tǒng)。當系統(tǒng)出現(xiàn)高溫煙氣時，尤其是在水泥窯頭余熱鍋爐不工作時，需要在氣路上設置旁路裝置，讓大部分煙氣從旁路通過，以保護濾袋。在氣路上設置旁路裝置要求閥門有良好的密閉性，否則將出現(xiàn)煙氣短路（只要有千分之一的泄漏）便會使除塵器不能達到排放標準。要達到旁路關閉時“零泄漏”和免維護的要求，一種較為理想的方式是采用整體雙層鋼制旁路閥，旁路閥擋板處采用上下一定間距的雙層擋板閥和對應的閥座來達到雙層剛性密封，閥板和閥座在加工時制做成整體。

  篦冷機噴水降溫系統(tǒng)。窯頭電除塵器改袋除塵器或電袋除塵器在沒有余熱鍋爐或余熱鍋爐停運時運行溫度都比較高，為避免高溫煙氣損壞濾袋，可設置噴水降溫裝置。在篦冷機上頂部余熱鍋爐管道和除塵器進口管道之間設置一組噴嘴，冷卻水由水箱經(jīng)截止閥進入變頻泵，經(jīng)單向閥、截止閥、管道與噴嘴的進水口連接從噴嘴口噴入篦冷機，通過調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速便可調(diào)節(jié)噴嘴噴入的水量。當噴嘴不噴入冷卻水時，為了防止噴嘴被粉塵堵塞，可利用旁路上的壓縮空氣吹掃噴嘴。噴水降溫裝置的控制是根據(jù)篦冷機上的溫度信號由一臺PLC控制器進行，煙氣進入收塵器的正常溫度為＜160 ℃。當溫度升至180℃時，控制器應關閉旁路上的壓縮空氣閥門，啟動水泵，當溫度升至190 ℃時，打開泵出口端的截止閥，水便從管道，噴嘴噴入篦冷機。

  實際工程應用案例

  青海祁連山5000t/d水泥窯頭電除塵器單室四電場改造前電除塵器入口煙氣參數(shù)如下：風量：730000m³/h；氣體溫度：200～250℃(max400℃)；入口含塵濃度：≤30g/Nm³。改造后除塵器性能指標要求：出口排放濃度：≤20mg/Nm³；設備運行阻力：≤1200Pa。

  改造方案及實施

  1）保留并修復原電除塵器一電場內(nèi)部構(gòu)件，修復并校正一電場陽極板，調(diào)整極間距，對殼體漏風點進行氣密補焊。

  2）拆除其余三個電場內(nèi)部構(gòu)件布置袋除塵器濾袋，保留原除塵器頂梁，噴吹氣包放置在頂梁內(nèi)，在一電場頂部開孔布置旁路。

  3）凈氣室采用3.75米高的大凈氣室，方便室內(nèi)換袋。

  4）煙道采用階梯式，利用CFD氣流模擬技術確定合理的煙道階梯斷面和提升閥閥口尺寸，每個室設置2個提升閥可實現(xiàn)在線檢修和離線清灰功能。

  5）在進、出口各安裝一個壓力變送器，每個凈氣室安裝一個壓差變送器，壓力壓差信送中控顯示畫面，可實時監(jiān)控設備運行壓力、壓差。

  6）針對窯頭高溫煙氣，改造時增加了旁路閥系統(tǒng)和篦冷機噴水降溫系統(tǒng)的雙重濾袋保護裝置。通過溫度控制信號控制旁路閥和篦冷機噴水水泵的啟停。

  電除塵器改造工程完成后，主機運行良好。改造后的電袋復合除塵器出口排放濃度達到14.98mg/Nm³，設備運行阻力600~700Pa，脈沖閥，提升閥動作正常。