淺談海螺回轉窯粉塵排放濃度如何滿足新標準要求

  自2002年以后，立窯水泥生產(chǎn)受到明顯遏制，新型干法水泥生產(chǎn)得到快速發(fā)展，2000t/d以上規(guī)模為主的工藝線迅速推廣。水泥生產(chǎn)線規(guī)模的擴大，不僅促進了與之配套的環(huán)保設備的大型化，同時促進了環(huán)保裝備及技術的進步。新型干法水泥工藝的創(chuàng)新不僅僅體現(xiàn)在水泥總量的快速增加、產(chǎn)品結構的優(yōu)化，而且在環(huán)境效益改變方面也做出了重大貢獻。

  近年來，國家對環(huán)境保護日益重視，環(huán)保法律、法規(guī)不斷完善，水泥工業(yè)大氣污染物排放標準于1985年首次發(fā)布，經(jīng)歷1996年、2004年、2013年三次修訂，粉塵排放濃度限值從600mg/m³逐次降至30mg/m³(重點地區(qū)特別排放限值20mg/m³) ，達到國際上比較先進的排放標準。新型干法水泥生產(chǎn)線的回轉窯窯尾、冷卻機排放口（俗稱窯頭）是水泥廠最大的粉塵排放源，需采取擴散沉降、重力沉降、離心沉降、慣性沉降、靜電沉降等方式收塵，還需要根據(jù)入口粉塵濃度、粒徑大小、處理風量、流速、煙氣溫度、工藝故障極限和運營中設備整體完好率、檢修人員安全性等各種生產(chǎn)運行情況來綜合考量，最終實現(xiàn)回轉窯顆粒物長期穩(wěn)定達標排放目的。

  一、水泥行業(yè)新型干法水泥熟料生產(chǎn)線收塵器現(xiàn)狀

  1、據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2013年底，國內(nèi)2000t/d以上熟料生產(chǎn)線統(tǒng)計為1519條（含在建的89條），窯頭收塵器電收塵1017臺、袋收塵479臺、電袋復合收塵23臺，窯尾收塵器電收塵718臺、袋收塵763臺、電袋復合收塵38臺。

  2、設計指標逐年提高，粉塵排放濃度限值逐步嚴格。150mg/m³（1996年版）—50mg/m³（2004年版）—30mg/m³ (特別地區(qū)20mg/m³)（2013年版）。

  表1：熟料生產(chǎn)線電收塵器主要設計指標

  二、水泥熟料生產(chǎn)線電、袋收塵器應用對比

  收塵器是水泥工藝系統(tǒng)的關鍵設備，它能否穩(wěn)定運行將直接影響到整個系統(tǒng)的成敗和達標排放與否，而收塵設備的可靠性和故障排放率是由收塵器模塊的組成方式?jīng)Q定。

  1、單體多箱式袋收塵器的收塵模塊組成方式

  袋收塵器的箱體組成采用并聯(lián)方式，單體多箱式袋收塵器的可靠性R=R₁×R₂×···×R_n,其中一個模塊故障和破損時，收塵器可靠性為0。運行中的n個收塵模塊，有1個模塊故障或破損時，將會出現(xiàn)過濾面積減少，或導致1個箱室短路、含塵氣體直排。

  近幾年隨著余熱發(fā)電鍋爐的投入使用，降低了窯尾收塵器入口溫度、提高了通風量均衡性，但在大型生產(chǎn)線運行中（收塵并聯(lián)模塊n數(shù)量多時），導致該收塵工藝設備存在以下致命缺點，（1）運行中濾袋破損時，形成短路，導致煙氣短時事故性直排、粉塵排放濃度無法控制（事故排放）；（2）運行中更換破損濾袋時勞動強度大，存在操作人員安全性問題（危險區(qū)域）；（3）運行周期結束后期事故率高，難以準確判斷損壞濾袋的位置及最佳更換數(shù)量，更換成本高；（4）大型袋收塵器會產(chǎn)生大量破損的廢舊濾袋，由于這些濾袋多數(shù)是合成化纖原料制造生物降解性差，填埋、焚燒又導致二次污染，且因收塵濾袋收集、運輸、清洗、濾袋分類等問題，使得收塵濾袋變廢為寶的問題難以實現(xiàn)，隨意堆放后又會成為新的污染源。

  2、雙室多電場電收塵器的收塵模塊組成

  電收塵器的電場組成采用串聯(lián)方式，雙室多電場電收塵器的可靠性R=1-(1- R₁)*(1-R₂)*···*(1- R_n) ,其中一個模塊故障時，其他模塊提高收塵效率，使該收塵器仍保持較高的可靠性。

  表2：正常運轉水泥熟料生產(chǎn)線電、袋收塵器對比表

  三、水泥窯收塵器穩(wěn)定運行的重要性

  隨著生態(tài)文明建設的加快推進，國家對污染物排放標準會越來越嚴格。環(huán)保行政主管部門除采用在線實時監(jiān)控外，還采取“三不三直” 專項檢查、在線監(jiān)測設備比對等手段強化執(zhí)法檢查，對污染處理設施運行不正常、不能穩(wěn)定達標、超標排污、偷排偷放的企業(yè)，采取依法從重處罰、限產(chǎn)、停產(chǎn)等嚴控手段，這對水泥企業(yè)廢氣排放管理提出了更加嚴格的要求。

  四、海螺集團2007 年以后的電收塵器設計選型和工藝優(yōu)化要求

  1、“n+1”選擇法

  對電收塵器的規(guī)格選擇采用“n+1”的方法，也就是在正常選擇的基礎上再增加一個電場，這樣即使在工作中有一個電場出現(xiàn)故障也能保證收塵效率，提高了電收塵器的工作可靠性。

  2、電收塵器長高比的選擇

  在電收塵器的規(guī)格設計中，要考慮收塵器的長高比，即電場長度與電場高度的比值?，F(xiàn)在由于市場競爭的需要，許多供貨商將長高比選得很小，可以降低收塵器的重量，但收塵效果會變差。海螺要求收塵器的長高比≥0.8，比值越大則收塵效果越好，但設備重量越大。

  3、無火花放電技術

  電收塵器用于新型干法水泥生產(chǎn)線窯尾，當煙氣中CO濃度超標時，由于電收塵器內(nèi)的火花放電而有可能發(fā)生爆炸。通常在這種時候，會停止向收塵器供電，收塵器不工作造成超標排放。

  海螺電收塵器采用了無火花放電技術，當CO濃度超標時，自動運行在無火花放電方式下，不必停止向電場供電，雖然收塵效率有所降低（主要是電功率的降低，不會超過5%），但由于電收塵器規(guī)格是按照n+1的方法選擇，排放濃度仍滿足國家規(guī)定的排放標準。

  4、工藝布置上采用三風機流程

  在工藝布置中，海螺選用三風機流程，即高溫風機、原料磨循環(huán)風機及原料廢氣排風機，2009年及以后建設的熟料生產(chǎn)線在原料磨出口設置有四個高效的旋風收塵器，極大地降低了電收塵的入口粉塵濃度，減輕了電收塵器的負擔。

  三風機系統(tǒng)將燒成、生料制備和窯、磨廢氣處理各系統(tǒng)隔離開來，各系統(tǒng)之間界面明確、相對獨立，盡量避免相互干擾，確保了各系統(tǒng)操作的可靠性和穩(wěn)定性，降低電收塵器的收塵負荷，減少電收塵器內(nèi)部負壓。由于窯尾電收塵器在低濃度、低負壓下操作，提高了系統(tǒng)收塵效果，減輕電收塵器日常維護工作量，而且降低了生料工序電耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。

  原料粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

  五、海螺集團回轉窯粉塵治理的最優(yōu)配置技術路線

  根據(jù)新型干法熟料生產(chǎn)線廢氣系統(tǒng)分析和電、袋收塵器的應用對比，為確保回轉窯粉塵排放濃度長期穩(wěn)定滿足《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2013）要求，海螺集團的回轉窯粉塵治理的工藝設備當前最優(yōu)配置標準為：窯頭窯尾余熱發(fā)電（降低入收塵器的廢氣溫度和均勻分布入收塵器廢氣）+窯頭4電場（3電場達標、4電場保標）+廢氣三風機系統(tǒng)（合理調(diào)節(jié)和減少總廢氣量）+窯尾5電場（4電場達標、5電場保標）=收塵器正常運轉周期內(nèi)粉塵排放濃度控制在15 -30mg/m³。

  海螺水泥2014年最優(yōu)配置技術路線粉塵排放濃度部分統(tǒng)計表

  六、海螺回轉窯電收塵器的技改方案

  為確保粉塵排放濃度長期穩(wěn)定達到新標準要求，海螺集團從2014年開始對不能滿足新標準的電收塵器進行系統(tǒng)分析，由安全環(huán)保部、海螺設計院、生產(chǎn)調(diào)度中心、裝備成套部、機電保全部等部門共同參與電收塵器技改方案（電改電、電改袋、電袋復合）調(diào)研論證。經(jīng)分析研討，將《電收塵器高壓控制系統(tǒng)升級改造方案》作為海螺集團電收塵器重點技改方案之一，宣城海螺1#窯尾列為首次試點項目。

  該項目于2014年7月2日-19日完成內(nèi)部檢修和升級改造，升級改造主要內(nèi)容：對8臺電收塵高壓控制柜進線供電電源進行改造，由兩相電源改為三相電源，各增加一根電纜；對原有8臺電收塵高壓控制全部進行更換，每個電場增加兩根信號監(jiān)測電纜（控制柜至整流變壓器）；對原有8臺整流變壓器進行更換（底座及連接法蘭調(diào)整）。改造后電場二次電壓能達到70kV以上、二次電流能達到1100mA以上，經(jīng)安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站檢測粉塵排放濃度低于20mg/m³。

  集團公司領導非常重視電收塵器升級改造，首次技改成功后，作出進一步擴大試驗范圍的指示，確保滿足不同工藝配置和地方環(huán)保要求。2014年8月根據(jù)《公司污染物達標排放推進計劃》，從海螺水泥的分布區(qū)域、窯型、電收塵器型號、窯尾風機系統(tǒng)配置等因素考慮篩選出4家公司7臺電收塵器作為第一批工業(yè)試驗，均達到預期效果；2014年10月集團公司啟動第二批工業(yè)試驗項目；2015年1月集團公司大規(guī)模推廣電收塵器升級改造。截止2015年6月底，海螺集團已完成對粉塵排放濃度設計指標大于30mg/m³電收塵器的升級改造。每臺電收塵器升級改造前由海螺設計院和業(yè)主公司進行全方面、立體式的“體檢”，編制電收塵器內(nèi)部維修整改方案和審查確認高壓控制系統(tǒng)技改相關參數(shù)，為確保技改項目達到預期效果提供了技術支撐，技改前后由海螺設計院負責對比監(jiān)測。經(jīng)地方環(huán)境監(jiān)測站對技改項目的粉塵排放濃度進行監(jiān)測，均達到新標準要求。

  表3：電收塵器升級改造項目部分統(tǒng)計表

  七、海螺集團水泥窯電收塵器的管理要求

  為提高收塵效率和確保收塵設備穩(wěn)定運行，海螺集團及時修改完善了原有操作工藝管理規(guī)程，并要求熟料基地公司在完成技改的同時，做好以下電收塵器日常管理工作：

  1、通過優(yōu)化配料方案，保證窯的穩(wěn)定運轉和電收塵器在最佳狀態(tài)下運行；加強窯系統(tǒng)的操作管理控制廢氣中CO含量；通過控制煙氣濕度和溫度，將粉塵比電阻調(diào)至最佳（104-1011Ω.cm），提高收塵效率。

  2、利用廢氣處理系統(tǒng)區(qū)域的自動控制程序，對電收塵器的入口煙氣參數(shù)和電收塵器的電場電流、電壓和振打次數(shù)等信號的收集和調(diào)控，從而保障燒成系統(tǒng)的熱工穩(wěn)定，避免電收塵器的工況波動，確保電收塵器在原料磨開停機時能穩(wěn)定達標運行。

  3、加強電收塵器密閉漏風管理，防止電場內(nèi)煙氣結露腐蝕殼體和極絲極板，防止系統(tǒng)漏風導致收塵極二次揚塵的加大；加強電收塵振打裝置的檢查維護保養(yǎng)，保證陰陽極振打裝置處于良好狀態(tài)。

  4、每次停機檢修時需要觀察極板、極絲框架、分布板是否變形損壞，極絲是否斷裂或松弛；清理兩極上的積灰，對積灰過多的極絲極板分析原因，做出處理或調(diào)整；檢查極距偏差是否在規(guī)定范圍內(nèi)，振打錘是否移位或松脫、擊打力量是否符合要求，氣體分布板、煙道、積灰斗排放口有沒有堵塞等。

  八、結 語

  布袋收塵器由于阻力大，電耗高，破袋、故障率高等原因，導致“電改袋”雖然能在理論上有效降低了粉塵的排放濃度，但是技改成本偏高(因阻力增大，相應風機和電機需擴容或更換)、運行成本增高、維護管理不便。

  由于電收塵器的收塵效率高、運行可靠、成本低、維護管理簡單方便等特點，使其在4000t/d及以上新型干法水泥熟料回轉窯的收塵領域中成了佼佼者，回轉窯的窯尾、烘干機、原料磨機、熟料冷卻機等均可采用電收塵器進行凈化。隨著極板、極絲、極間距、氣體分布板、清灰掙打的技術進步，加上應用“n+1”電場、無火花放電技術、高壓電源技術等創(chuàng)新技術，明顯提高了電收塵器的收塵效率，改善了運行的穩(wěn)定性和適用性。只要我們充分認識和掌握電收塵器的性能和特點，管理好、維護好、運行好電收塵器，是完全可以適應環(huán)保新常態(tài)。

  在當前生態(tài)環(huán)境保護的新形勢下，海螺集團從頂層設計上統(tǒng)籌規(guī)劃，全面指導和推進集團公司電收塵器技改工作，憑借多年的電收塵器在新型干法生產(chǎn)線的應用實踐經(jīng)驗，充分發(fā)揮科技先導引領作用，成功探索出工期短、投資省、技改方式簡單的 “電改電”方案，在國內(nèi)水泥行業(yè)電收塵器改造的技術路線上實現(xiàn)了創(chuàng)新和運用。經(jīng)過海螺集團工業(yè)試驗證明，實施“高壓控制系統(tǒng)升級改造”和海螺集團最優(yōu)配置技術路線及加強日常工藝管理，能保證海螺集團現(xiàn)有生產(chǎn)線長期穩(wěn)定運行，粉塵排放濃度均可滿足2013年版新國標要求，該技術路線對海螺水泥向綠色企業(yè)轉型具有積極意義。