萬年3#窯尾電收塵一體化改造案例
本文介紹了萬年水泥廠3#窯尾余熱后電收塵系統(tǒng)的改造，論述了電收塵器一體化技術(shù)的原理及方法，證明了使用多年的看似無法滿足當(dāng)前環(huán)保要求的電收塵器，只要能夠全面分析收塵系統(tǒng)所存在的各種問題，有針對性地制定綜合改造方案并切實付諸實施，就能使早年建成的電收塵器不單能達(dá)到當(dāng)初設(shè)計環(huán)保指標(biāo)，再通過挖掘電收塵器的潛力，還可能使實際收塵效率高于原設(shè)計目標(biāo)、滿足新的環(huán)保要求。本項改造為水泥行業(yè)開展余熱利用、實現(xiàn)窯尾電收塵器的達(dá)標(biāo)排放提供了一種經(jīng)濟(jì)適用的改造途徑。
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§1 概述
節(jié)能減排是國家的一項基本國策，利用水泥熟料生產(chǎn)中的廢氣余熱發(fā)電已成為不可逆轉(zhuǎn)的態(tài)勢，而窯尾超低溫余熱發(fā)電鍋爐（下稱SP爐）投運之后，窯尾電收塵器的收塵效果明顯惡化，粉塵排塵量大大增加。另一方面，國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，環(huán)保執(zhí)法力度又不斷加強，對早年建成的窯尾電收塵器如何滿足新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)是擺在許多水泥生產(chǎn)企業(yè)面前的重要課題。
§2 萬年3#窯尾電收塵器系統(tǒng)現(xiàn)狀
江西萬年青水泥股份有限公司3號生產(chǎn)線于1986年建成投產(chǎn)，是我國首例利用國產(chǎn)設(shè)備建成的2000T/D干法水泥熟料生產(chǎn)線，后通過工藝方面的不斷改進(jìn)，現(xiàn)實際生產(chǎn)能力達(dá)到2700T/D。窯尾配有2臺CDWY85m2雙室四電場電收塵器和一臺Ф9*22m增濕塔，本體由平頂山電收塵器廠制造，電源由龍巖空氣凈化設(shè)備廠供貨［共16套，規(guī)格：600mA/66kV］。該電收塵系統(tǒng)自投運以來，本體從未進(jìn)行過大修，所有清灰振打裝置全部失效，所有低壓控制柜全部失效報廢，高壓供電系統(tǒng)雖經(jīng)修理維護(hù)，有些控制器、控制柜也進(jìn)行過更新，但都是頭疼醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的做法，各電場運行水平都比較低，有些電場則不能正常投入運行，收塵效果可想而知。前幾年，窯尾又增設(shè)了余熱鍋爐，鍋爐投運后，排放濃度進(jìn)一步增大。
該電收塵一、二電場均為芒刺線，四電場均為星形線，而三電場有一臺配芒刺線、另一臺配以星形線，極板為C485型。因長期振打失效，內(nèi)部積灰嚴(yán)重。
高壓變壓器為戶內(nèi)式帶分體電抗器，通過高壓電纜向電場供電。
§3 工藝條件
余熱鍋爐（下稱SP爐）布置于增濕塔之前。SP爐停止、生料磨運行時，煙氣分為兩路：一路直接進(jìn)生料磨，另一路經(jīng)增濕塔噴霧增濕后進(jìn)電收塵器；SP爐運行時，窯尾廢氣先經(jīng)SP爐進(jìn)行余熱利用，從SP爐排出的煙氣部分進(jìn)生料磨、其余部分進(jìn)增濕塔，后匯入電收塵器處理。生料磨停止時，全部煙氣經(jīng)增濕塔進(jìn)行噴霧增濕后進(jìn)電收塵器。
增濕塔入口煙氣量：≤436000m3/h（320℃）
增濕塔入口煙氣溫度：正?！?20℃（SP爐停運）或210℃（SP爐運行）
異常——400℃（SP爐停運）或250℃（SP爐運行）
§4 改造方案的形成及電收塵一體化改造技術(shù)原理
§4.1 改造方案的選擇
經(jīng)過考察，業(yè)主了解到窯尾收塵系統(tǒng)實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放有兩種選擇：其一是把電收塵器推倒重來，采用袋式收塵器實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。當(dāng)前，采用袋收塵器已成為新建熟料窯尾收塵的首選方案。但作為已有收塵系統(tǒng)的改造，采用袋收塵方案的難度很大，涉及項目投資、排風(fēng)機阻力、施工周期等一系列問題。另一種方式，就是利用現(xiàn)有電收塵系統(tǒng)，采用先進(jìn)技術(shù)成果，從煙氣調(diào)質(zhì)、高壓供電、本體內(nèi)部挖潛等措施達(dá)到新的環(huán)保目標(biāo)。2008年底，經(jīng)充分醞釀和認(rèn)證，綜合考慮改造效果、投資額度、施工周期以及投運后對工藝系統(tǒng)的影響等因素，最終決定采用上海激光電源設(shè)備有限公司提出的利用原電收塵器進(jìn)行一體化改造的方案。
§4.2 電收塵系統(tǒng)改造的技術(shù)原理與改造方案
本收塵系統(tǒng)原始設(shè)計目標(biāo)為：當(dāng)產(chǎn)量為日產(chǎn)2000噸水泥熟料時，窯尾電收塵器出口粉塵排放濃度≤100mg/Nm3 。目前，實際生產(chǎn)能力已提高到日產(chǎn)2700噸，2010年1月1日起，國家工業(yè)廢氣執(zhí)行≤50mg/Nm3 的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，本次改造不單要達(dá)到電收塵器最初的環(huán)保設(shè)計指標(biāo)，而且要通過挖潛改造，滿足新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
電收塵器的收塵效率受煙氣和粉塵性質(zhì)、供電方式和本體狀況三大因素的影響。也就是說，電收塵器實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的前提是：工況條件、本體結(jié)構(gòu)和電氣控制均應(yīng)滿足要求并處于完好狀態(tài)。本項改造正是針對工藝條件的改善、供電方式的改變和電收塵器本體消缺改造這三個方面展開。
4.2.1高壓供電與低壓控制
高壓供電裝置一方面是電收塵工作的能源，另一方面，其供電特性規(guī)定著電場工作過程的有效性及其對工藝條件和內(nèi)部構(gòu)件實際狀態(tài)的適應(yīng)性，在工藝狀況正常和本體完好的前提下，供電質(zhì)量決定著收塵效果的好壞。
對于窯尾電收塵器來說，由于工藝狀況存在余熱鍋爐運行、停止，生料磨工作、不工作等多種工作方式，再加上窯尾煙氣含塵濃度高、粉塵性質(zhì)變化范圍大，原使用的通過改變可控硅觸發(fā)導(dǎo)通角以實現(xiàn)電壓電流調(diào)整的常規(guī)高壓供電裝置，運行水平低，工作不穩(wěn)定，再加上設(shè)備陳舊老化，供電質(zhì)量進(jìn)一步惡化。
在此，以恒流高壓供電裝置進(jìn)行置換是明智之舉。
恒流源之不同于常規(guī)電源，其供電原理為電流源，即通過LC組件的轉(zhuǎn)變，使電源輸出恒穩(wěn)的電流，而電壓值則隨電場阻抗的變化而變化［這種變化只受工況變動因素的影響、緩慢而小幅值］，即使在工藝條件不利的情況下，仍能夠保持平穩(wěn)的工作電流和電暈功率，收塵效率總是保持最佳狀態(tài)。事實上，恒流技術(shù)常用于難度系數(shù)較大的電收塵場合，在治金、有色行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，建材行業(yè)也有一定的應(yīng)用案例。實踐告訴我們：僅僅采用恒流電源替換普通電源供電，即能取得明顯的減排效果。
本次改造僅對一、二電場的8套高壓供電系統(tǒng)進(jìn)行替換，以適應(yīng)粉塵濃度高、工藝復(fù)雜狀況下的電場工作要求，有效提高供電質(zhì)量，從而提高電場工作效率和收塵效率?？紤]到后級電場粉塵濃度較低、電場工作相對穩(wěn)定，故對三、四電場的原高壓供電系統(tǒng)通過維修，恢復(fù)其工作能力。
低壓控制是恢復(fù)重制、恢復(fù)控制功能，其中包括絕緣加熱裝置的恢復(fù)。
4.2.2 煙氣調(diào)質(zhì)
眾所周知，電收塵器對于工藝條件的變化極為敏感，那是因為粉塵的荷電與捕集受到煙氣物性和粉塵比電阻的影響，窯尾粉塵比電阻主要取決于煙氣溫度和煙氣濕度。當(dāng)窯尾煙氣溫度較高而含水分較少時，粉塵比電阻很高，荷電粉塵被收集到集塵極板上之后，粉塵所吸附的電荷不易釋放，并在集塵極板上形成與電場方向相反的電位梯度，阻礙后續(xù)粉塵的捕集，使收塵效率降低。為此，窯尾予熱器后都配有煙氣調(diào)質(zhì)裝置——增濕塔。增濕塔的作用一是降溫，二是改變煙氣成分（即增加煙氣中的含水率），使粉塵有利于電收塵器的捕集。因該增濕塔使用多年，供水系統(tǒng)及噴霧裝置均已老化，再加上余熱鍋爐的投運，增濕塔入口溫度與目標(biāo)溫度的溫差變小，霧滴的蒸發(fā)速度變慢，按原有噴霧系統(tǒng)噴出的霧滴因來不及蒸發(fā)而容易形成濕底、使系統(tǒng)不能正常工作。
為提高霧化效果、改善煙氣條件，決定采用回流式、小口徑噴霧系統(tǒng)，以保證SP爐運行時的霧化效果。改造后的噴霧系統(tǒng)還具備以下特殊功能：i)系統(tǒng)配用2臺小功率水泵，當(dāng)SP爐運行時2臺泵輪換工作，當(dāng)SP爐停止時2臺泵同時工作，既節(jié)省了造價、又降低了運行電耗。ii)噴槍分組控制，對不工作的噴槍通以壓縮空氣以保護(hù)噴嘴，噴嘴壽命大大延長。
本次改造僅改造其供水噴霧系統(tǒng)，塔體保留不動。
4.2.3 本體消缺與功能恢復(fù)改造
本體是電收塵有效收塵的基礎(chǔ)。這2臺電收塵器使用20多年，本體存在比較多的問題。根本消除電收塵器存在缺陷，是窯尾煙氣治理的必要前提。本體改造主要針對設(shè)備存在缺陷和檢查發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行處理和改造，主要內(nèi)容包括：
?。?）氣流均布裝置的處理
（2）極間距和兩極變形的調(diào)整
?。?）陰極清灰系統(tǒng)的改造和陽極清灰裝置的更新改造
?。?）電場四周阻流和擋風(fēng)板的修復(fù)
?。?）陰極吊掛絕緣套管的更換
?。?）殼體頂蓋漏風(fēng)的處理
實際上，通過本次改造，必須做到：徹底恢復(fù)電收塵器各部件的工作性能并保證其工作長期可靠。
§4 改造工程的實施
2009年7月，3#窯停窯檢修，歷時12天，噴霧系統(tǒng)、8套高壓電源和低壓控制系統(tǒng)的安裝、陰極陽極振打系統(tǒng)的改造施工全面展開并如期完工。投運后的一個月之內(nèi)，雖有2個電場由于原電源不能修復(fù)而未能投入運行，電收塵器的收塵效果仍令人感到滿意。但一個月之后，相繼出現(xiàn)了3個電場跳停，共5個電場不能正常工作，新投入的噴霧系統(tǒng)也因新功能多、控制程序復(fù)雜而不能投入自動檔、必須靠手動操作，2臺水泵不能同時投入工作。熟料生產(chǎn)線一旦投運后則很難給出足夠的時間進(jìn)行處理，改造進(jìn)程受阻。
2009年9～10月份，通過對噴霧控制程序的改進(jìn)和供水管路的整改、系統(tǒng)調(diào)試等項工作，終于使噴霧系統(tǒng)進(jìn)入了正常的設(shè)計工作狀態(tài)。
2009年12月底，3#窯再次停窯檢修，檢查發(fā)現(xiàn)：三、四電場有大量電暈線折斷。顯然，由于振打系統(tǒng)長期停運，早期的星形線斷線頻率本來就很高，振打恢復(fù)后出現(xiàn)斷線屬正?，F(xiàn)象。清除斷線并對其他發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了處理，并追加了4套恒流控制柜。投運后，電收塵器運行很穩(wěn)定，收塵效果達(dá)到了期望目標(biāo)。
對一臺使用20多年的電收塵器，試圖通過改造滿足當(dāng)前環(huán)保要求，改造過程中經(jīng)歷一曲折是完全正常的，但最終能取得期望的效果卻需要嚴(yán)格而全面的技術(shù)支撐并付出足夠的艱辛才能實現(xiàn)。
§5 電收塵一體化技術(shù)概念（The Technique of Mechanism, Energization & Conditioning）
電除塵器獲得期望收塵效率的前提是：煙氣條件符合電收塵工作要求、電收塵規(guī)格選型適當(dāng)、結(jié)構(gòu)合理、制造安裝質(zhì)量合格、維護(hù)管理工作符合規(guī)范要求。這正是電收塵一體化技術(shù)的思想基礎(chǔ)。
電收塵一體化技術(shù)即通過電除塵器本體機械Mechanism、電控 Energization、煙氣調(diào)質(zhì)Conditioning等的綜合分析使長期達(dá)不到期望收塵效率的電收塵通過系統(tǒng)改造實現(xiàn)期望目標(biāo)的技術(shù)解決方案。具體地說，是通過對本體進(jìn)行消缺或修理、高壓供電方式的改進(jìn)和對煙氣進(jìn)行有效調(diào)質(zhì)的方式使現(xiàn)有電除塵器達(dá)到最佳除塵效果的改造方案。機、電、調(diào)質(zhì)三項技術(shù)的綜合應(yīng)用是一體化技術(shù)的核心。
需要提醒的是：萬年青SP爐窯尾電收塵改造成功，是電收塵器一體化技術(shù)成功應(yīng)用的一個案例。電收塵一體化技術(shù)涉及多個方面的技術(shù)專業(yè)，必須根據(jù)具體情況正確運用，才能切實解決好電收塵器排放超標(biāo)的實際問題。
§6 電收塵與袋收塵
十年前，我國在大型除塵領(lǐng)域，電除塵獨占鰲頭。其時，國內(nèi)袋除塵技術(shù)很落后。隨著濾料、清灰技術(shù)的發(fā)展，國際間的技術(shù)滲透和技術(shù)交流與日俱增，我國袋除塵逐漸在各行業(yè)嶄露頭角。隨著國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的提升，特別是國家頒發(fā)的新的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)中把工業(yè)廢氣粉塵排放提高到50mg/Nm3以下、并且還有進(jìn)一步提高的趨勢，國內(nèi)除塵界即開始爭論電除塵與袋除塵的優(yōu)劣問題，最后形成定論：電收塵已滿足不了今后環(huán)境保護(hù)的要求，袋收塵將取而代之。
縱觀世界除塵領(lǐng)域，在發(fā)達(dá)國家，電除塵與袋除塵總體來看是平分秋色。我國在以前是電除塵獨占鰲頭，當(dāng)前有顛倒過來的勢頭，其實都是不正常現(xiàn)象。
客觀看待電收塵應(yīng)用的歷程，我國當(dāng)前電收塵普遍使用效果欠佳是人為造成的。本案例足以說明：運用一體化技術(shù)，電收塵完全能夠達(dá)到與袋收塵相當(dāng)?shù)氖諌m效果。袋收塵的運行維護(hù)費用高于電收塵是不爭的事實，節(jié)能減排是并舉的兩個方面，在滿足環(huán)保要求的前提下，電除塵占有明顯的優(yōu)勢。
結(jié)論 正確運用電收塵一體化技術(shù)，對不能滿足新的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求的建成多年的電收塵系統(tǒng)，通過綜合考察分析、計算和規(guī)劃，施予本體消缺、電氣改進(jìn)、煙氣調(diào)質(zhì)等一體化改造措施，對大多數(shù)現(xiàn)有電收塵都可以滿足新的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，使用20多年的萬年青3#窯尾帶SP爐窯尾電收塵系統(tǒng)改造成功是一個例證。在當(dāng)前以及今后較長歷史時期內(nèi)，電收塵器與袋收塵一樣，都能夠滿足環(huán)境達(dá)標(biāo)的要求。
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