水泥工業(yè)電袋復(fù)合除塵技術(shù)
引言:現(xiàn)在我國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)線的比重正在快速增長(zhǎng),單機(jī)產(chǎn)量也越來(lái)越大,而國(guó)家環(huán)保要求也越來(lái)越嚴(yán),除塵技術(shù)如何適應(yīng)這種發(fā)展已成為大家關(guān)注的重點(diǎn)。目前應(yīng)用于水泥工業(yè)的除塵設(shè)備主要還是電除塵器和袋除塵器,新世紀(jì)以來(lái),這兩種除塵器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)不斷發(fā)展和成熟,只要正確的選擇和應(yīng)用,都能達(dá)到和超過(guò)《水泥工業(yè)大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2004)中的要求。然而,電、袋除塵都存著固有的缺陷和不足,電袋復(fù)合除塵技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用成為水泥工業(yè)除塵技術(shù)新的方向。
電袋復(fù)合除塵技術(shù)是除塵技術(shù)發(fā)展的重大突破。電袋復(fù)合除塵器有機(jī)結(jié)合了靜電除塵和過(guò)濾除塵兩種原理,充分應(yīng)用兩種除塵技術(shù)的各自優(yōu)勢(shì),形成了電袋復(fù)合除塵機(jī)理。該技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外除塵行業(yè)研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)技術(shù)。
1 電袋復(fù)合除塵器的基本概念
電袋復(fù)合除塵器
定義:在一個(gè)箱體內(nèi)安裝電場(chǎng)區(qū)和濾袋區(qū),將靜電和過(guò)濾兩種除塵技術(shù)復(fù)合在一起的除塵器。
結(jié)構(gòu):電袋復(fù)合除塵器為一箱式結(jié)構(gòu),戶外式。箱體內(nèi)安裝電場(chǎng)區(qū)和濾袋區(qū)。電場(chǎng)區(qū)和濾袋區(qū)可有多種配置形式,目前普遍采用前級(jí)電場(chǎng)區(qū)后級(jí)濾袋區(qū)的組合形式。除塵器配有高壓供電電源、電氣控制裝置和清灰裝置。
電袋復(fù)合除塵器分為:電袋組合除塵器、電袋一體化除塵器、電改袋。
2 水泥窯尾煙氣的特性
水泥窯運(yùn)轉(zhuǎn)正常的情況下,窯尾煙氣溫度在350℃左右;窯況異常時(shí),煙氣溫度會(huì)更高。窯尾煙氣中粉塵濃度高,折合成標(biāo)況時(shí)一般在80-200g/Nm3,且粉塵中含有大量高溫分解成分,細(xì)粉多,20-30μm以下的顆粒占50%以上。此外,由于冷卻方式的不同,如采用增濕塔、對(duì)原料進(jìn)行烘干、摻冷風(fēng)和余熱發(fā)電等,冷卻后的煙氣水分含量會(huì)有很大的不同,煙氣露點(diǎn)溫度也因冷卻方式不同而變化。
3 電除塵器和袋式除塵器主要特點(diǎn)分析
3.1 電除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)
(1)本體壓力損失小,一般〈200Pa,最大 350Pa;
?。?)單機(jī)處理煙氣量大;
?。?)耐高溫,可在400℃高溫下運(yùn)行(特殊設(shè)計(jì));
(4)主要部件使用壽命長(zhǎng),維護(hù)費(fèi)用低。
3.2 電除塵器的主要缺點(diǎn)
除塵效率受煙氣和粉塵的物理化學(xué)特性影響大,因而對(duì)工藝操作要求較高,對(duì)于高比電阻粉塵、微細(xì)和超微細(xì)粉塵等除塵效果不理想,甚至不能使用。
任何物質(zhì)都有荷電的特性,因此從理論上講采用電除塵器是可以達(dá)到零排放,但就我們目前的常用電除塵器來(lái)說(shuō),因?yàn)槭軣煔夂头蹓m特性的限制,在工程實(shí)際中追求零排放是不經(jīng)濟(jì)的,也是很難做到的。同時(shí),由于常規(guī)振打清灰機(jī)制的限制,電除塵器的二次揚(yáng)塵往往是不可避免的,而且隨著設(shè)備的大型化,二次揚(yáng)塵的狀況將更加突出,因此提高電除塵效率的著眼點(diǎn)之一就是減少二次揚(yáng)塵,才能提高除塵效率。而就目前常用的電除塵器來(lái)說(shuō),除了改進(jìn)高壓電源性能、改進(jìn)電場(chǎng)氣流分布和改進(jìn)振打制度和方式外,唯一的辦法是增加電場(chǎng)數(shù),這樣電耗將會(huì)成倍增加,這顯然不符合我國(guó)當(dāng)前節(jié)能減排方針政策的要求。
另一方面所有電除塵器捕集細(xì)微粒子的能力很低,對(duì)于小于10微米(PM10)的塵粒,其捕集率只有60%,而對(duì)于PM2.5的微塵,其捕集率則更低。所以目前電除塵器市場(chǎng)大有被袋式除塵器所替代的趨勢(shì)。
3.3 袋式除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)
?。?)除塵效率受煙氣和粉塵的物理化學(xué)特性影響小,對(duì)工況變化的適應(yīng)能力強(qiáng);
?。?)能捕捉超微細(xì)(≤0.1μm)粉塵,除塵效率高,為今后國(guó)家進(jìn)一步提高排放標(biāo)準(zhǔn)留有余地;
?。?)操作維護(hù)簡(jiǎn)單。
3.4 袋式除塵器的主要缺點(diǎn)
?。?)本體壓力損失大,一般情況下1000—2000Pa;
?。?)受濾料的耐溫限制,不能處理很高的煙氣溫度,一般不超過(guò)260℃;
(3)維護(hù)費(fèi)用高,袋式除塵器的濾袋壽命一般2—3年,若每3年更換一套濾袋,對(duì)大型袋式除塵器來(lái)說(shuō)其費(fèi)用高達(dá)數(shù)百萬(wàn)元,這是一筆不小的費(fèi)用。
袋式除塵器作為除塵設(shè)備,則具有除塵效率高,能捕集微米級(jí)粉塵顆粒,因而它與電除塵器都被稱為高效除塵器。與電除塵器相比,其除塵效率不受粉塵成份的影響,且受粉塵濃度和煙氣量變化的影響也較小,因而非常適合捕集比電阻高、粉塵粒徑細(xì)、煙氣量和粉塵濃度經(jīng)常變化的煙塵。
但由于受過(guò)濾材料的品質(zhì)、耐溫和抗腐蝕性影響,在處理高溫、高粘性、高濕度和有腐蝕性煙氣的粉塵時(shí)比較困難,有時(shí)將達(dá)到無(wú)法使用的程度。而且其濾材的原材料技術(shù)大多被國(guó)外公司所控制,導(dǎo)致濾料的成本投入較大、對(duì)廢舊濾袋的處理較為困難,處理不當(dāng)將引起嚴(yán)重的二次污染,同時(shí)設(shè)備的運(yùn)行阻力高也是一個(gè)重要缺陷,從而間接地增加了電耗。從目前單純電改袋的實(shí)施情況來(lái)看,多數(shù)場(chǎng)合都要加大風(fēng)機(jī)的功率,這不符合當(dāng)前國(guó)家提出的節(jié)能減排的總方針。
4 電袋復(fù)合除塵技術(shù)的提出
從克服當(dāng)前電除塵器和袋式除塵器的缺陷出發(fā),電袋復(fù)合技術(shù)將應(yīng)運(yùn)而生。電袋復(fù)合技術(shù)是建立在電除塵技術(shù)和袋式除塵技術(shù)各自優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,該技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是充分利用物質(zhì)的荷電性和同性相斥、異性相吸的固有特性,而產(chǎn)生的細(xì)微粒子電凝聚和電排斥現(xiàn)象,導(dǎo)致在濾料表面堆結(jié)的粉塵比較松散,從而使濾料阻力降低。同時(shí)由于經(jīng)過(guò)前級(jí)電除塵器的捕集作用,使其煙氣中的含塵濃度大幅度降低,因此對(duì)后面的袋式除塵部分來(lái)講在適當(dāng)選取較高的過(guò)濾風(fēng)速的情況下,也能夠?qū)崿F(xiàn)降低阻力,達(dá)標(biāo)排放的目的。
電袋復(fù)合除塵器,是一種有機(jī)集成靜電除塵和過(guò)濾除塵兩種除塵機(jī)理的新型節(jié)能高效除塵器。電袋復(fù)合除塵器采用高頻高壓電源供電、整體式布局,電、袋區(qū)過(guò)渡結(jié)構(gòu)等多項(xiàng)特色技術(shù),具有結(jié)構(gòu)緊湊、清灰周期長(zhǎng),濾袋使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠,維護(hù)費(fèi)用低等節(jié)能和高可靠性特點(diǎn)。
4.1 電袋復(fù)合除塵工作原理
在電除塵器和袋式除塵器工作原理基礎(chǔ)上,有機(jī)結(jié)合兩者除塵優(yōu)點(diǎn):前級(jí)電場(chǎng)預(yù)收煙氣中70~80%以上的粉塵量;后級(jí)袋式除塵裝置攔截收集煙氣中剩余量的粉塵。其中,前級(jí)電場(chǎng)的除塵作用和荷電作用為提高電袋復(fù)合除塵器的性能起到了重要作用。
電場(chǎng)除塵作用1:
降低濾袋的粉塵負(fù)荷量即降低了阻力上升率。
電場(chǎng)預(yù)除塵作用2:
延長(zhǎng)濾袋的清灰周期、節(jié)省清灰能耗、延長(zhǎng)濾袋使用壽命。
電場(chǎng)荷電作用1:
改善濾袋表面的粉層結(jié)構(gòu):煙氣粉塵通過(guò)前級(jí)電場(chǎng)電暈荷電后,荷電粉塵在濾袋上沉積的顆粒之間排列規(guī)則有序,同極電荷相互排斥使形成的粉塵層孔隙率高、透氣性好,易于剝落。
電場(chǎng)荷電作用2:
可降低濾袋阻力 P :
濾袋阻力 P= 粉塵層①阻力P1 + 表面處理層②阻力P2 + 濾袋結(jié)構(gòu)層③阻力P3。
電場(chǎng)除塵作用3:
避免煙氣粉塵中粗顆粒磨損濾袋 煙氣粉塵中的粗大顆粒經(jīng)過(guò)前級(jí)電場(chǎng)沉降和除塵后,進(jìn)入后級(jí)袋式除塵的粉塵顆粒小,對(duì)濾袋的磨損影響小。當(dāng)煙氣中含有粗顆粒粉塵時(shí)(如循環(huán)流化床鍋爐煙氣),使用電袋復(fù)合除塵器可以有效避免濾袋的不正常磨損損壞。
4.2 電袋復(fù)合除塵器技術(shù)性能特點(diǎn)
(1 )適用高比阻粉塵收集,除塵效率具有高效性和穩(wěn)定性。 電袋復(fù)合除塵器的效率不受高比電阻細(xì)微粉塵影響,排放濃度容易實(shí)現(xiàn)在50mg/Nm3以下,且長(zhǎng)期穩(wěn)定。
?。?)運(yùn)行阻力比純袋式除塵器低500Pa,可以減少引風(fēng)機(jī)功率消耗。 運(yùn)行阻力比純袋式除塵器低500Pa,每10000m3/h風(fēng)量引風(fēng)機(jī)功率可減少1.74kW。
(3)清灰周期長(zhǎng)、氣源能耗小。 由于濾袋收集的粉塵量少,阻力上升緩慢,其清灰周期時(shí)間是純袋式除塵器的2倍以上,壓縮空氣消耗量不到純袋式除塵器的1/3。
(4)延長(zhǎng)濾袋使用壽命運(yùn)行阻力低、濾袋的負(fù)荷低延長(zhǎng)了濾袋使用壽命。清灰周期長(zhǎng)、清灰次數(shù)少延長(zhǎng)了濾袋使用壽命。在相同運(yùn)行條件下電袋的使用壽命比純袋式除塵器的壽命延長(zhǎng)2~3年。
(5)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低,適量提高過(guò)濾風(fēng)速可減少濾袋、閥件等數(shù)量以降低設(shè)備成本及費(fèi)用,運(yùn)行能耗低和濾袋使用壽命長(zhǎng)降低了運(yùn)行及維護(hù)成本。
4.3 電袋復(fù)合除塵器技術(shù)性能指
出口排放濃度:≤50mg/Nm3。
濾袋前后壓差:≤600Pa。
除塵器進(jìn)出口阻力:≤1000Pa。
濾袋使用壽命比常規(guī)袋式除塵延長(zhǎng)2~3年。
4.4 電袋復(fù)合除塵器使用場(chǎng)合
電除塵難以高效收集的高比電阻、特殊煤種等煙塵的凈化處理。要求≤50mg/Nm3排放的工業(yè)煙氣凈化。尤其適合舊電除塵器的增效改造。
綜上所述,電袋復(fù)合除塵器著重解決了當(dāng)前除塵器常見(jiàn)的三大難題:
——電除塵器的超標(biāo)排放的難題。
——袋式除塵器的運(yùn)行阻力大的難題。
——袋式除塵器濾袋使用壽命短的難題。
5 水泥工業(yè)電袋復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用案例
5.1 工程案例參數(shù)
序號(hào) |
基本參數(shù)項(xiàng)目 |
計(jì)量單位 |
參數(shù)值 |
1 |
規(guī)格型號(hào) |
|
2×28/12.5/1×9/0.4—LJP28178-2×6 |
2 |
進(jìn)出口方式 |
|
上進(jìn)中出 |
3 |
處理風(fēng)量 |
m3·h-1 |
800000 |
4 |
進(jìn)口風(fēng)溫 |
℃ |
≤180, 瞬間最大200 |
5 |
進(jìn)口含塵濃度(標(biāo)況) |
g·m-3 |
≤50 |
6 |
出口含塵濃度(標(biāo)況) |
mg·m-3 |
≤30 |
7 |
煙氣露點(diǎn) |
℃ |
>25 |
8 |
電場(chǎng)風(fēng)速 |
m·s-1 |
0.77 |
9 |
過(guò)濾風(fēng)速 |
m·s-1 |
1.02 |
10 |
收塵效率 |
% |
99.99 |
11 |
壓力損失 |
Pa |
<1500 |
12 |
工作壓力 |
Pa |
-3500 |
13 |
電場(chǎng)數(shù) |
|
1 |
14 |
室數(shù) |
|
12 |
15 |
電場(chǎng)橫斷面 |
m2 |
290 |
16 |
電場(chǎng)高 |
m |
12.95 |
17 |
電場(chǎng)長(zhǎng) |
m |
17.28 |
18 |
同極間距 |
mm |
400 |
19 |
沉淀極板總面積 |
m2 |
6266 |
20 |
通道數(shù) |
|
2×28 |
21 |
濾袋規(guī)格 |
mm |
Ф160×8000 |
22 |
總過(guò)濾面積 |
m2 |
13125 |
23 |
袋籠特點(diǎn) |
|
兩節(jié) |
24 |
每次壓縮空氣耗氣量(標(biāo)況) |
m3 |
0.6 |
25 |
脈沖寬度 |
s |
0.1-0.15 |
5.2 應(yīng)用效果
電袋復(fù)合除塵器第一部分為電除塵器的一個(gè)電場(chǎng),粉塵氣體經(jīng)過(guò)電場(chǎng)后,煙氣中的絕大部分粉塵被收集下來(lái),有效降低袋式除塵器的負(fù)荷,可大大延長(zhǎng)袋式除塵器的清灰周期,實(shí)測(cè)可以延長(zhǎng)至3倍以上,從而延長(zhǎng)濾袋和脈沖閥的使用壽命。電袋復(fù)合除塵器將電除塵器與袋式除塵器的除塵機(jī)理溶為一體,將電、袋式除塵器的優(yōu)勢(shì)互相補(bǔ)充。
通過(guò)電除塵器的作用,可有效收集大顆粒粉塵,粉塵比電阻不再是決定排放的主要因素;對(duì)于袋式除塵器而言,可以實(shí)現(xiàn)高過(guò)濾風(fēng)速下的高收塵效率,PM10和PM2.5的微細(xì)粉塵也能得到高效的收集,可輕松達(dá)到國(guó)家要求的50mg/Nm3排放標(biāo)準(zhǔn),甚至達(dá)到10mg/Nm3以下。
5.3 運(yùn)行阻力和清灰周期
——結(jié)構(gòu)阻力:進(jìn)出口均采取直通式設(shè)計(jì),在線清灰,設(shè)備結(jié)構(gòu)阻力小。
——粉塵荷電后,由于同性排斥,濾袋上的粉塵將呈有序排列,使粉塵層疏松,更易清灰;粉塵荷電還強(qiáng)化粉塵在煙氣中的氣溶膠效應(yīng),使粉塵濃度分布均勻,可以明顯的降低濾袋的阻力,實(shí)測(cè)小于1000Pa。清灰周期延長(zhǎng)到了50分鐘以上,大大低于純袋式除塵器20~25分鐘的清灰周期。設(shè)備在低阻力下穩(wěn)定運(yùn)行,可以減少因阻力波動(dòng)對(duì)窯系統(tǒng)的影響。
6 結(jié)論
電袋復(fù)合除塵技術(shù)在水泥工業(yè)得到成功的應(yīng)用,取得良好的效果。電袋復(fù)合技術(shù)充分發(fā)揮了電除塵器和袋式除塵器各自的優(yōu)勢(shì),做到了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),為除塵器實(shí)現(xiàn)低阻、高效、長(zhǎng)壽命開(kāi)辟了新的實(shí)現(xiàn)途徑,值得深入的研究,大力的推廣應(yīng)用。
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