水泥窯“電改袋”系統(tǒng)解決方案探討

  為提升企業(yè)環(huán)保水平，挖掘企業(yè)節(jié)能潛力，提升企業(yè)競爭力，促進水泥工作轉(zhuǎn)型升級，中國水泥網(wǎng)在河南鄭州召開了“2014第二屆中國水泥節(jié)能環(huán)保技術(shù)交流大會”。 會議邀請行業(yè)領(lǐng)導，知名專家，水泥企業(yè)總工，節(jié)能技術(shù)負責人，科研院所研究員，廣大水泥行業(yè)服務商共計三百余人齊聚一堂，組織召開了共同探討水泥工業(yè)的節(jié)能環(huán)保政策，交流最新裝備和技術(shù)措施。河南中材環(huán)保有限公司總經(jīng)理李桂亭針對水泥窯“電改袋”系統(tǒng)解決方案進行了探討。

河南中材環(huán)保有限公司總經(jīng)理李桂亭

 一、電收塵器改造為袋收塵器的必要性與可行性

  進入二十一世紀以來，隨著我國經(jīng)濟持續(xù)高速增長，資源能源需求不斷提高，環(huán)境壓力日益突出?！吧硥m暴”、“低碳”、“霧霾”、“PM2.5”等一系列熱門詞匯，更使得環(huán)境保護關(guān)切度尤為突出。黨的十八首次將“努力建設(shè)美麗中國”作為執(zhí)政理念提出，相繼出臺了一系列政策性文件，一方面培育和發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)，兩一方面不斷提高環(huán)保標準，趕超世界先進水平。

  水泥行業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，得到了長足的發(fā)展。截止2013年底，全國水泥產(chǎn)量達到24.1億噸，全國熟料產(chǎn)能18.6億噸，產(chǎn)量13.6億噸，熟料生產(chǎn)線達到1714條。經(jīng)過多年的轉(zhuǎn)型發(fā)展，水泥行業(yè)在淘汰落后產(chǎn)能、污染物治理、余熱發(fā)電等方面都取得了不俗的成績。但是我們應該清醒的看到，水泥行業(yè)仍然是高消耗高排放行業(yè)，這是目前水泥生產(chǎn)的工藝過程所決定的。據(jù)2010年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)的粉塵排放占到全國工業(yè)生產(chǎn)總排放量的31.7%，這樣大的污染物排放總量，給生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力。據(jù)統(tǒng)計目前水泥窯用的除塵設(shè)備80％以上為電除塵器，排放標準普遍在50-100mg/Nm³。 根據(jù)水泥行業(yè)環(huán)?，F(xiàn)狀和國家環(huán)境保護的實際需要，國家多次對水泥行業(yè)粉塵排放標準進行修訂和完善（詳見表一）。

  通過表一看出，國家對水泥生產(chǎn)環(huán)保要求是非常嚴格的，而絕大部分在運行的電除塵設(shè)備將無法滿足這樣高標準的排放要求，而明年7月1日現(xiàn)有企業(yè)將按新標準執(zhí)行，因此對原有電除塵改造勢在必行。

  電除塵器作為高效除塵器的一種，在水泥行業(yè)除塵領(lǐng)域占有絕對的主導地位。但由于電除塵本身除塵機理和水泥生產(chǎn)工藝特點決定了要滿足20mg/Nm³的排放要求，僅對原有電除塵器進行簡單的改造是不行的，必須從除塵機理上改造為袋式除塵器。

  第一、原有的電除塵都是按照排放50、100、150設(shè)計選型的，要滿足新標準，其容量本身不夠，僅簡單的更換部件、更換控制方式，使排放成倍降低是不可能的。增加電場，又受空間場地制約，也不一定能取得好的效果。

表一：新舊標準的比較

  第二、電除塵器受比電阻影響非常大。通過余熱發(fā)電降溫后，若不再進行調(diào)質(zhì)處理，比電阻將超出合理區(qū)間，電除塵器無法滿足低排放要求。

  第三、電除塵器無法避免事故排放。

  以窯尾電除塵為例，水泥窯窯尾使用電除塵時，為了電除塵安全運行，均安裝了CO檢測系統(tǒng)。當CO濃度超過2%時將自動切斷高壓電源。此時，電除塵器僅作為具有沉降作用的煙氣通道，粉塵將對空排放。據(jù)測算，當排放標準按100mg/Nm³考慮時，若CO超標時間按0.5%計算，則由于CO超標引起的電除塵器年超標排放總量與除塵器正常達標排放的總量相當^[1] 。如果按新標準30mg/Nm³考慮，若CO超標時間按0.5%計算，則由于CO超標引起的電除塵器年超標排放總量是除塵器正常達標排放總量的3.3倍。而CO超標時間控制在0.5%以內(nèi)是不可能的，大部分在1%，有的甚至達到2%。因此由于CO超標而造成的事故排放總量將是極其驚人的，這也是新標準絕對不允許的。因此新標準規(guī)定了環(huán)保設(shè)備與主機設(shè)備同步運行率為100%。

  第四、袋式收塵器從除塵機理上就克服了電除塵的不足，完全可以避免事故排放。我國袋式除塵從過濾技術(shù)到清灰技術(shù)均取得了長足的進步，濾料壽命大大延長，運行成本大大降低，完全可以滿足新標準的排放要求。

  綜上所述，水泥行業(yè)電除塵改造為袋式除塵器是目前為滿足新標準的必要選擇，也是可行的選擇。

  二、電改袋幾種形式比較

  目前對于電改袋并沒有確切的定義，只要原來使用的電除塵器經(jīng)過改造，其排放效果由袋除塵器保證，都可稱為電改袋。其具體形式有如下幾種：

  1、保留原電除塵器的殼體，僅拆除內(nèi)部構(gòu)件而改造成袋除塵器，簡稱“電改袋”

  2、保留原電除塵器1-2個電場，將剩余電場內(nèi)部拆除改造成袋除塵器，也稱電改為電袋復合除塵器

  3、在原電除塵器基礎(chǔ)上，新建一臺袋除塵器，也稱“電換袋”。

  4、在原電除塵器前或后串聯(lián)一臺袋除塵器。

  5、在原電除塵器旁邊并聯(lián)一臺袋除塵器，并封堵或拆除原電除塵器。

  以上幾種形式在工程實踐中均有應用。就目前國內(nèi)水泥行業(yè)應用最多的是第1和第2種形式。第3種形式等于完全拆除電除塵器，在投資和工期方面均無優(yōu)勢。第4和第5種形式在國外有個別應用，由于場地等原因，顯然是不適合技改的。

  至于采用“電改袋”還是采用“電改電袋復合”方式，在工程應用中存在著不同的看法，有著孰優(yōu)孰略的爭論。實際上只要我們明白為什么要把電除塵改為袋除塵，在改造方式的選擇上就清晰了。之所以電改袋，就是因為原電收塵器無法保證達標排放，而袋除塵能夠保證要求。也就是說，排放達標是由袋除塵保證的，改造首先要保證滿足袋收塵的空間要求。若原電除塵器空間足夠大，保留1-2個電場剩余的空間仍能滿足袋除塵的布置要求，則完全可以保留1-2個電場。反之，則必須全部改為袋式除塵器。

  僅就電袋復合除塵器和袋除塵器比較而言，電袋復合集合了電除塵和袋除塵的優(yōu)點于一身，有其自身的特點和優(yōu)勢。

  首先，電袋復合除塵器前面的電場可以去除80%左右的粗顆粒，大大減輕后面濾袋的負荷。

  其次，粉塵在電場中荷電，由于同電荷排斥的原理，在濾袋表面集結(jié)比較蓬松，易于清灰。

  基于上述因素，濾袋的過濾阻力大大降低（與純袋相比可降低200-300Pa），清灰周期延長，濾袋使用壽命增加。

  需要強調(diào)說明的是，選擇電袋復合作為技改方式，必須保證有足夠的空間，在濾料的選擇上必須選用表面過濾的濾材，否則將適得其反。

  三、電改袋系統(tǒng)解決方案探討

  電收塵器改造為袋收塵器，由于除塵機理的改變，對整個系統(tǒng)均有較大的影響。電改袋后，除了必須滿足排放要求之外，還必須考慮運行成本和濾袋使用壽命，力爭達到低阻、高效、長壽命的要求。因此它絕不僅僅是單機的改造，而需要系統(tǒng)解決方案。

  （一）現(xiàn)場工況的標定及場地勘察

  為了制訂切合實際的改造方案，需要到現(xiàn)場標定現(xiàn)有電除塵器的工況，包括風量標定、煙氣成分標定、運行溫度標定、入口濃度標定等，還需要對施工場地進行必要的勘察。需要仔細查看原電除塵器的圖紙，了解原電除塵器的結(jié)構(gòu)。若找不到圖紙，就必須現(xiàn)場對外形測繪。

  （二）本體改造方案的確定

  首先，根據(jù)現(xiàn)場標定情況和對原電除塵器結(jié)構(gòu)的了解，確定采用“電改袋”方案還是“電改電袋復合”方案。

  其次，根據(jù)方案和使用場合選用濾料。

  對于窯尾而言一般推薦使用玻纖覆膜濾料或P84濾料；對于窯頭一般推薦芳綸濾料或玻纖覆膜濾料。需要說明的是，若采用電改電袋復合形式，則一定要選用覆膜濾料。（幾種濾料性能比較見表二）

  表二  幾種濾料的性能比較

  第三，根據(jù)實際工況風量及選定的濾料，確定過濾風速及總收塵面積，繼而選定方案的具體規(guī)格型號。按照公式確定過濾面積：

  S=Q/60V

  S--總過濾面積m²

  Q--工況風量m3/h

  V--過濾風速m/min[Page]

  （三）降溫方式的確定

  袋式除塵器使用濾料的不同，其耐溫不同。無論窯頭和窯尾經(jīng)過預熱發(fā)電后，其溫度基本適合袋子的要求。由于預熱發(fā)電與窯運行存在不同步問題，必須考慮采取降溫措施。對窯尾而言，原電除塵器一般均有增濕塔，可以利用增濕塔作為降溫設(shè)備。對窯頭除塵改造時就必須考慮采用何種降溫措施了（窯頭溫度見表三）。

 表三    窯頭余熱發(fā)電開、停時的溫度比較(單位℃)

   常用的窯頭降溫措施有以下幾種：

  1、列管冷卻器：降溫效果穩(wěn)定可靠，但投資成本較高，而且需要有場地布置，涉及到水泥廠工藝管道及輸灰系統(tǒng)的改造，施工復雜，周期長（可以提前施工）。采用此降溫措施時可采用芳綸材質(zhì)的濾袋。

  2、篦冷機噴水+蝶閥+雙冷風閥：正常余熱發(fā)電停時，篦冷機噴水打開降溫。異常情況時，篦冷機噴水打開，同時關(guān)閉蝶閥，打開蝶閥前后兩個冷風閥，保護濾袋。由于降溫效果不理想，建議采用玻纖覆膜濾袋。

  3、管道增濕：在工藝管道上布置耐高溫、耐磨的霧化效果好的噴槍進行增濕降溫。在正常情況下，預熱發(fā)電停時，用其降溫沒有問題。在異常情況下，由于反應時間問題，其效果不好。

  如果現(xiàn)場場地允許，推薦使用列管冷卻器降溫，可以大大延長濾袋使用壽命。

  （四）風機改造方案的確定

  電改袋后，由于除塵機理的變化，系統(tǒng)的阻力將發(fā)生較大的變化，原系統(tǒng)的風機功率可能不能滿足需要，需對風機進行改造。電改袋后系統(tǒng)阻力變化見表四。

 表四：窯頭、窯尾電改袋后阻力變化情況

   根據(jù)上表阻力變化情況和現(xiàn)有風機的實際情況比較，若現(xiàn)有風機不能滿足要求，則必須對風機進行改造。目前，對風機的改造有以下幾種方式：

  1、整體更換大功率的風機

  2、僅更換電機或變頻

  3、僅更換葉輪（包括軸和聯(lián)軸器）

  具體改造原則，首先必須滿足電改袋后的需要，其次投資節(jié)省和較短的工期。

  （五）電改袋具體制造工藝原則

  電改袋的目的是為了滿足更高標準的排放要求，同時技改項目又有時間的嚴格限制。因此，除了科學的改造方案之外，對制造工藝也提出了較高的要求。在工程實踐中我們總結(jié)了以下應遵循的工藝原則：

  第一，“三配合”原則。

  所謂“三配合”就是對每一個改造項目，濾袋、袋籠和花板孔必須做配合試驗。無論本體供應商、濾袋供應商、袋籠供應商是哪一家，均需有本體供應商首先提供花板樣孔，并組織濾袋、袋籠與花板孔的配合試驗，按照具體的配合結(jié)果再進行濾袋和袋籠的生產(chǎn)。

  第二，關(guān)鍵部件工廠組裝原則.

  電改袋最主要部件的是凈氣室及分氣箱。為保證改造質(zhì)量和改造工期的要求，應盡可能將組件在工廠內(nèi)部完成。為此，我們要求花板組對、凈氣室組裝、氣密性檢查等在工廠內(nèi)完成。分氣箱與脈沖閥的組對、水壓、氣壓試驗在工廠內(nèi)完成。（詳見圖一、二、三）

  圖一、凈氣室組對為整體

  圖二  噴吹管與花板的對中組對

  圖三  分氣箱與脈沖閥的組對及實驗

  （五）現(xiàn)場施工方案的確定

  作為系統(tǒng)解決方案，現(xiàn)場施工是整個改造環(huán)節(jié)的重要一環(huán)。現(xiàn)場施工組織設(shè)計是項目該能否順利實施的關(guān)鍵。典型的的施工工藝有以下步驟^【2】：

  （1）搭建腳手架、拆除電除塵的頂部平臺、防雨板等不影響電除塵器運行的部件，將所有能在地面進行的組對工作完成。

  （2）停窯拆除電除塵的內(nèi)部構(gòu)件及不需的部件，利用不需的部件對殼體進行加固，同時開始風機的改造

  （3）檢修電場頂梁的平面度，安裝凈氣室支撐

  （4）安裝凈氣室、分氣箱

  （5）改做出氣口

  （6）改造安裝氣路系統(tǒng)及噴吹裝置的調(diào)試

  （7）安裝濾袋和袋籠

  （9）系統(tǒng)調(diào)試

  （10）熒光粉檢測

  （11）預涂灰

  （12）試運行

  （13）外保溫改造

  （六）正式運行后的排放檢測

  電改袋的重要目的就是為了適合高標準的排放要求，因此改造完成后進行必要的環(huán)保檢測，以檢驗改造是否成功也是關(guān)鍵的步驟之一。