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(dǎo)，知名專家，水泥企業(yè)總工，節(jié)能技術(shù)負責(zé)人，科研院所研究員，廣大水泥行業(yè)服務(wù)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的排放要求，而明年7月1日現(xiàn)有企業(yè)將按新標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(dāng)排放標(biāo)準(zhǔn)按100mg/Nm³考慮時，若CO超標(biāo)時間按0.5%計算，則由于CO超標(biāo)引起的電除塵器年超標(biāo)排放總量與除塵器正常達標(biāo)排放的總量相當(dāng)^[1] 。如果按新標(biāo)準(zhǔn)30mg/Nm³考慮，若CO超標(biāo)時間按0.5%計算，則由于CO超標(biāo)引起的電除塵器年超標(biāo)排放總量是除塵器正常達標(biāo)排放總量的3.3倍。而CO超標(biāo)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(biāo)而造成的事故排放總量將是極其驚人的，這也是新標(biāo)準(zhǔn)絕對不允許的。因此新標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(yīng)用。就目前國內(nèi)水泥行業(yè)應(yīng)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(yīng)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(fù)合”方式，在工程應(yīng)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(biāo)排放，而袋除塵能夠保證要求。也就是說，排放達標(biāo)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(fù)合除塵器和袋除塵器比較而言，電袋復(fù)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(fù)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(fù)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(biāo)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(biāo)定現(xiàn)有電除塵器的工況，包括風(fēng)量標(biāo)定、煙氣成分標(biāo)定、運行溫度標(biāo)定、入口濃度標(biāo)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(biāo)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(fù)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(fù)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(fēng)量及選定的濾料，確定過濾風(fēng)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(fēng)量m3/h

  V--過濾風(fēng)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(yù)熱發(fā)電后，其溫度基本適合袋子的要求。由于預(yù)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(fù)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(fēng)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(fēng)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(yù)熱發(fā)電停時，用其降溫沒有問題。在異常情況下，由于反應(yīng)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(fēng)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(fēng)機功率可能不能滿足需要，需對風(fēng)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(fēng)機的實際情況比較，若現(xiàn)有風(fēng)機不能滿足要求，則必須對風(fēng)機進行改造。目前，對風(fēng)機的改造有以下幾種方式：

  1、整體更換大功率的風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(yīng)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(yīng)商、濾袋供應(yīng)商、袋籠供應(yīng)商是哪一家，均需有本體供應(yīng)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(yīng)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)?，F(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(fēng)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(yù)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(biāo)準(zhǔn)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。