電除塵器改造為電袋復(fù)合除塵器，前級(jí)電區(qū)繼續(xù)保留，后級(jí)電場(chǎng)布置為袋區(qū)。但要達(dá)到顆粒物排放≤10mg/m3，除塵效率達(dá)到99.97%，一電場(chǎng)區(qū)的結(jié)構(gòu)參數(shù)已固定，除了電場(chǎng)修復(fù)以外，只能從布袋區(qū)的設(shè)計(jì)、制造、安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)去實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要科學(xué)選擇過(guò)濾風(fēng)速，還要將實(shí)物模擬和CFD氣流仿真技術(shù)有機(jī)結(jié)合，解決好氣流均布問(wèn)題，除塵器的焊縫必須有良好的密封性能、殼體各板之間進(jìn)行氣密焊；焊縫密封檢測(cè)必須做兩次熒光粉檢漏。改造后在線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果為：1號(hào)線(xiàn)窯頭廢氣顆粒物排放6.4 mg/m3，2號(hào)線(xiàn)3.5 mg/m3。
關(guān)鍵詞 電除塵器 袋除塵器 電袋除塵器 超低排放
0 前言
我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，隨著人們生活水平的提高，對(duì)環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越高。我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)與消費(fèi)大國(guó)，水泥工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的大氣污染物，危害性極大。2014年3月1日，新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2013)正式實(shí)施，顆粒物排放限值30mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)20mg/m3。隨著燃煤電廠(chǎng)的超低排放改造完成，近兩年大部分地區(qū)的水泥企業(yè)已按燃煤電廠(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，要求水泥窯顆粒物排放濃度要求≤10mg/m3。
西礦環(huán)保作為大氣污染治理的環(huán)保企業(yè)，緊跟市場(chǎng)需求，研發(fā)出水泥窯排放濃度≤10 mg/m3的超低排放除塵設(shè)備。目前西礦環(huán)保有超低排放技術(shù)的袋除塵器、電除塵器及電袋復(fù)合除塵器。本文將著重介紹電改電袋超低排放技術(shù)及其工程應(yīng)用。
1 電袋除塵器的工作原理
工業(yè)生產(chǎn)煙塵的凈化治理，以電除塵器和布袋除塵器為主，在不同場(chǎng)合各自都發(fā)揮了重要作用，同時(shí)也存在各自的局限性。結(jié)合電除塵器和布袋收塵器各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮最大潛能[1]，西礦環(huán)保推出EPB型電袋復(fù)合除塵器。
電袋復(fù)合除塵器指在一個(gè)箱體內(nèi)緊湊安裝電場(chǎng)區(qū)和濾袋區(qū)，有機(jī)結(jié)合靜電除塵和過(guò)濾除塵兩種機(jī)理的一種除塵器[2]。
含塵氣體通過(guò)氣流分布裝置進(jìn)入電區(qū)（1~2個(gè)電場(chǎng)），發(fā)揮電除塵器的高效作用，除去80~85%的高濃度、大顆粒粉塵（見(jiàn)圖1電除塵效率按指數(shù)變化的規(guī)律），然后剩余的15~20%帶電的粉塵進(jìn)入袋區(qū)，發(fā)揮袋收塵器穩(wěn)定低排放優(yōu)勢(shì)，同時(shí)荷電粉塵在捕集過(guò)程，利用互相排斥降低阻力從而達(dá)到節(jié)能的目的。在收塵機(jī)理上，利用荷電粉塵在濾袋上沉積成有序排列,過(guò)濾阻力減小、粉塵層疏松、易清灰。荷電粉塵同性排斥，強(qiáng)化了氣溶膠效應(yīng)，使粉塵濃度分布均勻。靜電凝聚使小顆粒變成大顆粒，減少PM2.5顆粒數(shù)量，提高濾袋過(guò)濾效率。
電除塵效率曲線(xiàn)
2 項(xiàng)目概況
四川利森建材集團(tuán)有限公司位于四川省德陽(yáng)市什邡市，海拔約680米，目前有兩條新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)，一線(xiàn)規(guī)模為3200t/d熟料，二線(xiàn)規(guī)模為5000t/d熟料。為了滿(mǎn)足國(guó)家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，需對(duì)一線(xiàn)、二線(xiàn)的窯頭電除塵器進(jìn)行技改以提高除塵效率。2019年4月，利森公司決定，該項(xiàng)目委托西礦環(huán)保進(jìn)行改造，總體要求：兩臺(tái)窯頭電除塵保留第一電場(chǎng)，把后邊電場(chǎng)全部清空，用來(lái)布置濾袋，保留原有的排灰系統(tǒng)、殼體、灰斗、進(jìn)氣口、出氣口和進(jìn)出口風(fēng)管；原有的非標(biāo)管道和土建基礎(chǔ)不用變動(dòng)，改造后窯頭除塵器出口排放≤10mg/m3。
3 電改電袋超低排放措施
電除塵器改造為電袋復(fù)合除塵器，前級(jí)電區(qū)繼續(xù)保留，后級(jí)電場(chǎng)布置為袋區(qū)，是目前投資最小效益最高的方式。但要達(dá)到顆粒物排放≤10 mg/m3，除塵效率達(dá)到99.97%，一電場(chǎng)區(qū)的結(jié)構(gòu)參數(shù)已固定，除了電場(chǎng)修復(fù)以外，只能從布袋區(qū)的設(shè)計(jì)、制造、安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)去實(shí)現(xiàn)。
3.1 設(shè)計(jì)
3.1.1過(guò)濾風(fēng)速選取
過(guò)濾風(fēng)速是布袋區(qū)選型的關(guān)鍵因素，過(guò)濾風(fēng)速的選擇關(guān)系到出口粉塵排放、細(xì)微粉塵捕捉效率、濾袋阻力、使用壽命、設(shè)備阻力等。
對(duì)于水泥窯頭來(lái)說(shuō)，廢氣中粉塵濃度約為3~30g/m3；廢氣成分同空氣（干），按質(zhì)量和體積的比例分別為：O2 23%和20.9%；CO2 0.05%和0.03%；N2 75.55%和78.13%；其它組分為氖、氦、氮、甲烷等；熟料的粉塵堅(jiān)硬而顆粒粗，粉塵粒徑小于10μm者占15%左右，小于45μm者占50%左右[4]，粉塵性質(zhì)一般不變化。本項(xiàng)目窯頭除塵器一電場(chǎng)可以收集大量粗顆粒粉塵。后級(jí)袋區(qū)過(guò)濾風(fēng)速選低，壓力損失就小，清灰周期變長(zhǎng)，細(xì)微粉塵捕捉效率高，出口排放濃度小，濾袋壽命長(zhǎng)；但同時(shí)過(guò)濾面積就會(huì)增大，經(jīng)濟(jì)成本增加。反之，過(guò)濾風(fēng)速選高，所需濾料面積小，則投資小，但除塵器運(yùn)行壓力損失大，耗電量大，濾料損傷增加，濾袋壽命短。所以過(guò)濾速度選擇要考慮經(jīng)濟(jì)性和對(duì)濾塵效率要求等各方面因素。
根據(jù)我公司袋除塵器的設(shè)備供貨經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際工程案例，研究濾袋過(guò)濾風(fēng)速與透氣量、壓力損失三者之間的相互關(guān)系，最后選取≤0.9m/min的過(guò)濾的風(fēng)速。（一般袋除塵器過(guò)濾風(fēng)速≤1m/min）
3.1.2氣流均布技術(shù)
氣流均布對(duì)袋區(qū)的性能有顯著影響。若各袋室氣流分配不均衡，流量小的袋室，過(guò)濾風(fēng)速低對(duì)除塵系統(tǒng)運(yùn)行有好處；流量大的袋室，易產(chǎn)生局部高速氣流沖刷濾袋，使濾袋產(chǎn)生破損，同時(shí)袋室內(nèi)氣流紊亂，產(chǎn)生渦流，使袋子晃動(dòng)，長(zhǎng)袋間互相摩擦導(dǎo)致濾袋破損，這都是不利的。
若各袋室氣流均布有以下優(yōu)勢(shì)：
(1)氣流速度可控，避免含塵氣流直接沖刷濾袋。防止濾袋的擺動(dòng)和碰撞，保證濾袋的長(zhǎng)壽；
(2)引導(dǎo)除塵器內(nèi)含塵氣流的流向，均布上升氣流，控制Can速度，利于粉塵沉降；
(3)促使除塵器不同區(qū)域的過(guò)濾負(fù)荷趨于均勻；
(4)降低除塵器的結(jié)構(gòu)阻力。
簡(jiǎn)而言之，氣流均布得好，除塵效率高，阻力低，濾袋使用壽命長(zhǎng)。
利用CFD氣流仿真技術(shù)解決氣流均布問(wèn)題。整臺(tái)設(shè)備做CFD氣流仿真，對(duì)每個(gè)袋室的氣流均布做模擬，通過(guò)設(shè)置導(dǎo)流板使進(jìn)入每個(gè)袋室的氣流偏差小于5%，（一般袋除塵器袋室氣流偏差小于20%），設(shè)備阻力小于1000Pa。我公司建造的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將實(shí)物模擬和CFD氣流仿真技術(shù)有機(jī)結(jié)合，很好地解決了氣流均布問(wèn)題。
3.1.3濾袋濾料技術(shù)選型
正確地選擇濾料是設(shè)計(jì)、使用好袋除塵器的關(guān)鍵。濾料的選擇，首先考慮濾料的使用環(huán)境，包括需要考慮含塵氣體性質(zhì)、含塵濃度、粉塵顆粒大小、溫度等，還需要考慮的因素有易清灰性能、耐腐蝕性能、耐溫性能、高耐磨性能、高過(guò)濾精度等。濾袋的材料性能直接影響除塵器的除塵效率和運(yùn)行阻力。
綜合性?xún)r(jià)比較，水泥窯頭的濾料多采用芳綸和玻纖覆膜濾料。芳綸化學(xué)名芳香族聚酰胺，具有良好的耐熱性，可在260℃溫度下持續(xù)使用1000h,在200℃溫度下持續(xù)使用20000h,強(qiáng)度仍保持原始值的90%；有很好的阻燃性，耐大多數(shù)酸的腐蝕，穩(wěn)定性好；但耐水解性差。當(dāng)要求排放≤10 mg/m3時(shí)，芳綸必須做成梯度濾料[5]：即濾料的迎塵面與凈氣面的纖維細(xì)度不同，迎塵面添加超細(xì)纖維以達(dá)到降低排放的要求，凈氣面使用較粗的纖維以降低濾料的阻力。迎塵面添加的超細(xì)纖維較多使用1.2 ~1.5dtex超細(xì)芳綸纖維，凈氣面使用2.2dtex 的普通纖維, 增加克重到580g/m2左右，制作工藝：燒毛、軋光、PTFE乳液浸漬、熱定型，濾袋縫制時(shí)針孔涂膠等措施，可以保證排放≤10 mg/m3。
制做濾袋的玻璃纖維基本上使用無(wú)堿玻纖，又稱(chēng)E玻纖。無(wú)堿玻璃纖維熔化溫度在1580℃以上，軟化點(diǎn)840℃，有良好的耐水性，因此用無(wú)堿玻璃纖維做濾袋在耐溫、耐濕方面更具有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)要求排放≤10 mg/m3時(shí)，用無(wú)堿玻纖，纖維直徑3.5~5.5μm，纖維工藝處理：緯向紗高膨化，緯二重結(jié)構(gòu)，機(jī)織素布驗(yàn)收合格后，高溫烘烤脫臘+PTFE乳液浸漬，高溫?zé)岷细睵TFE膜。覆膜后濾料，薄膜孔隙均勻分布，孔徑極小，濾袋縫制時(shí)在針孔處涂硅膠，此法可攔截大部分細(xì)顆粒粉塵；同時(shí)，覆膜的孔隙和摩擦系數(shù)較小，容易清灰。這樣既能保證高效除塵過(guò)濾，又能保證除塵阻力穩(wěn)定[3]。本項(xiàng)目選用玻纖覆膜濾料。
3.1.4 其它注意事項(xiàng)
窯頭電除塵器改造為袋或電袋時(shí)，需要在除塵器前增加專(zhuān)用降溫設(shè)施。篦冷機(jī)正常工作出來(lái)的廢氣溫度一般在200~250℃，進(jìn)行余熱利用之后在100℃左右。篦冷機(jī)異常時(shí)廢氣溫度達(dá)到300~400℃，電除塵器可以經(jīng)受高溫考驗(yàn)，布袋若在300℃的高溫下會(huì)導(dǎo)致被燒毀，所以改造為袋或電袋之后控制除塵器入口溫度非常重要。目前窯頭降溫設(shè)施有：篦冷機(jī)增濕或空氣冷卻器。
電除塵器改造為電袋或布袋除塵器后，設(shè)備整體阻力增加，對(duì)原排風(fēng)機(jī)需進(jìn)行增壓校核或增壓改造。
3.2制造
設(shè)備要求排放≤10 mg/m3，袋除塵器需要精密制造技術(shù)來(lái)保證。本項(xiàng)目花板采用激光切割加工方式，花板厚度6mm,花板平面度偏差不大于花板長(zhǎng)度的 1‰；花板孔中心位置度公差為Φ1.5mm；花板孔徑偏差小于上偏差+0.3mm、下偏差0mm；花板孔間距偏差小于上偏差+0.3mm、下偏差-0.3mm?；ò迮c支撐槽鋼焊接后，必須做煤油滲透檢驗(yàn)。
3.3安裝
3.3.1焊接控制技術(shù)
常規(guī)的除塵器安裝，現(xiàn)場(chǎng)焊縫只要是連續(xù)焊縫即可，超低排放的除塵器焊縫必須有良好的密封性能，殼體各板之間進(jìn)行氣密焊，特別是凈氣室與花板安裝必須嚴(yán)格保證氣密性，安裝完畢后，花板四周焊縫和花板之間拼接焊縫采用煤油滲透檢驗(yàn)。本項(xiàng)目安裝過(guò)程中，項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人駐扎現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)施工過(guò)程中的難點(diǎn)、要點(diǎn)進(jìn)行指導(dǎo)和檢查。
3.3.2焊縫密封檢測(cè)改進(jìn)技術(shù)
常規(guī)的袋除塵器安裝完畢僅需做一次熒光粉檢漏，驗(yàn)證并判定濾袋裝置安裝是否達(dá)到規(guī)定密封要求。超低排放的袋除塵器必須做兩次，所有查出的泄漏點(diǎn)及時(shí)整改，兩次用不同顏色超細(xì)熒光粉進(jìn)行檢漏。
3.4 運(yùn)行
專(zhuān)業(yè)的維護(hù)與操作有助于設(shè)備穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)超低排放，設(shè)備調(diào)試時(shí)，特別選派有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員與業(yè)主技術(shù)部門(mén)一起，引導(dǎo)操作員正確熟練操作除塵器，使設(shè)備最佳狀態(tài)下運(yùn)行。
4改造效果
改造后，四川利森窯頭除塵器改造后技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1.
2019年10月30日，四川利森建材集團(tuán)有限公司依據(jù)技改合同，邀請(qǐng)四川某檢測(cè)有限公司對(duì)兩條生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行了在線(xiàn)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果1號(hào)線(xiàn)窯頭廢氣顆粒物排放6.4 mg/m3，2號(hào)線(xiàn)3.5 mg/m3。均滿(mǎn)足超低排放要求。
電袋除塵器是電除塵器和袋除塵器兩種除塵機(jī)理的融合，兩種機(jī)理優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，投資小，性?xún)r(jià)比高，特別適合于電除塵的提效改造。再?gòu)脑O(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)去控制，超低排放電袋技術(shù)已成為滿(mǎn)足當(dāng)前超低排放政策的優(yōu)選技術(shù)之一。
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