窑头电改袋除尘器的设计与应用

和世超

窑头电改袋除尘器的设计与应用

Design and Application of Kiln Hood ETB

和世超

针对新型干法水泥生产线窑头电除尘器不能满足更高的排放标准（30mg/m3）的现状，论证了在保留原电除尘器壳体、灰斗等可用设备和空间位置的前提下，实施电除尘器直接改为袋除尘器的技术方案。采用喷雾降温恒温控制技术，结合复合纤维滤料的应用，达到了一次性投资低、运行方式简单经济、废气达标排放的目的。该技术的成功设计应用，弥补了国内外研究的空白，具有推广示范应用的积极作用。

电收尘器；袋收尘器；喷雾降温；达标排放

1 前言

河南煤化集团焦作千业水泥公司5000t/d熟料新型干法水泥生产线项目由于厂址变更，河南省环保厅环评批复要求窑头电除尘器实施改造[2]。本次改造焦作千业水泥公司和天津水泥工业设计研究院有限公司环保分公司联合研究应用了恒温控制喷雾降温加电改袋系统技术。该项目主要目标是针对原厂工艺布置，最大限度利用原电除尘器有效空间和部件，在降低成本的前提下，合理设置相关参数，在目标值入袋温度设定区域范围内，以经过袋除尘器处理后污染物排放浓度衡量此技术改造效果，同时不改变整个工艺流程，简化系统运行方式。目前，在国内外实施的水泥窑头电改袋除尘工程实例中，温控系统采用喷雾降温恒温控制属国内首例，可参考借鉴的经验和技术参数也有限，虽然目标值喷雾降温恒温控制机理正确，实际降温效果及精度可靠，但长时间连续大量喷水造成篦冷机和管路结皮难以避免。因此，确定科学合理的结构改造方案、正确确定技术参数、摸索简化运行方式等，都是目前急待研究解决的一个课题。

2 技术改造方案的确定

千业水泥公司窑头原配置三电场电除尘器，由河南煤化集团焦作重型机器制造有限公司设计制造安装，本次改造采用天津水泥工业设计研究院有限公司环保分公司研究开发的TDM型行喷脉冲袋式除尘器，改造实施之前，实施了科学详尽的方案论证：

2.1 气体降温系统方案的确定

窑头篦冷机气体降温一般有几种方案：（1）掺入冷风方案，由于窑头废气系统负压不大，特别是在出现异常高温时会出现正压，因此一般需要在掺冷风点增加鼓风机，最终增大系统风量较多，系统不稳定；（2）增加空气冷却器，这是目前较成熟的技术，但真正保证任何工况时温度降到安全入袋除尘器，要求换热面积很大，设备成本很高；（3）喷水降温方案，要求恒温控制，稳定可靠，其降温工艺稳定性和投资成本指标合理，但目前没有成功案例可借鉴，一般温度控制不准或长期大量喷水很难避免管道结皮。

综合考虑上述三种方案认为本次改造同时串入余热锅炉，喷水系统只要控制理念正确，设备元器件性能可靠，作为短期应急降温应该很适合，因此决定采用中天仕名公司的恒温控制喷水降温系统。

2.2 窑头电除尘器改造方案的确定

窑头电除尘器的改造现在有3种方案，一是“电换袋”，即拆除原来的窑头电除尘器，重新安装新袋式除尘器。一般来说，新型袋式除尘器设计结构紧凑，原电除尘器的位置是可以布置一台袋式除尘器的，但千业窑头电除尘器位置布置受限，无法在原场地上安装一台新的袋除尘器，不能实施此方案。

二是“电改电-袋复合”，即保留电除尘器部分壳体和灰斗改为电-袋复合除尘器。电-袋复合除尘器是电除尘器和袋除尘器的组合[3]，现在世界上有两种形式的电袋复合除尘器，一种称为COHPAC，由美国电力研究所（EPRI）的Ramsay Chang博士开发并取得专利，Hamon Rasearch-Cottell公司将之实现工业化应用。另外一种称为Advanced Hybnd（以下简称AH）由美国南达科他大学的能源与环境研究中心（EERC）开发并取得专利。AH的结构比较复杂，还处于工业性试验中。COHPAC就是所谓的“前电后袋”的典型复合除尘器，已经取得了工业性规模的运行业绩。现在我国国内采用的电袋复合除尘器全部为COHPAC方式[4][5][6]。

电袋复合除尘器的优点在于滤袋的粉尘负荷量降低后，只要过滤风速选得合适，系统阻力可以降低，清灰周期也可以延长。对于改造而言，还可以缩短施工工期，减少一定的设备投资。但缺点有：（1）原电除尘器要有充足的空间才可备留一到两个电场;（2）管理相对复杂；（3）电场部分不能在线维修，整机维修比较困难[7]。若采用此方案改造后的除尘器实际上是两台除尘器（一台电除尘器和一台袋式除尘器）相串联，两种除尘器的缺点也就集中到一起，因此，鉴于对生产的影响明显弊大于利，不被采用。

三是“电改袋”，即在保留原电除尘器部分壳体和灰斗基础上直接改为袋式除尘器。这种改造方案的前提首先是正确选择和安装清灰系统，清灰系统包括压缩空气管线、脉冲阀、汽包、喷吹管等；其次要正确选择和安装滤袋，用新型复合滤袋。关键要采用合理的降温系统，即选用自动喷雾恒温降温装置将废气降至入袋温度，滤料的选择上主要取决于风量、气流温度、湿度、除尘器尺寸、安装使用要求和价格成本等，若选择了不合适的滤料，改造后的袋式除尘器未必优于原有的电除尘器，甚至会出现滤袋磨损破坏快、除尘效果不佳、维护工作量加大的现象[8]。

此方案的优点是可以在减少一定设备投资的基础上缩短施工周期。缺点是受原有电除尘器结构（尤其是电除尘器的梁、柱位置）制约，改造后的袋式除尘器无法构成最佳配置，首先是滤袋在除尘器内很难按最佳方式布置，其次滤袋的间距、每只阀门的数量、（清灰面积）滤袋的长度、清灰气路系统的各项参数等很难做到最佳匹配，影响脉冲清灰效果，第三是电除尘器的进出风位置和方式限制了预除尘及均风装置的效果。

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解决此问题的方法是采用“模块化”设计制作成片，现场组装，这样安装时间完全不会影响改造计划，若各方面配合得当，起吊机具具备，加班加点，安装施工时间还会缩短。因此，从对整个工程的影响、统一配件准备、设备检修等方面考虑，此种方案是一种较完善的方案（图1）。降温控制方法采用喷雾降温恒温控制技术，在一次性投资上还会更经济；滤袋选择经济适用的国产滤料，也会大幅度降低运行维护成本。因此，确定应用配套“电改袋+自动恒温喷雾降温控制技术+复合滤料”的方案实施改造。此改造为该技术的第一家实例工程，也是全国首例。

3 改造情况

3.1 温控系统改造

喷雾降温恒温控制技术的应用在本次工程改造上主要体现在篦冷机的改造。在篦冷机2、3段和篦冷机出口烟道内加装了喷水降温系统（图2），其工作原理是通过篦冷机和烟道上的多个测温点（图3）来监控烟气温度变化，根据烟气温度高低来控制喷水喷头数量位置和喷水量，通过喷水来快速降低烟气温度，以达到降低烟气温度在合理范围内防止滤袋烧毁（120～180℃）的目的。

技术难点在于针对系统不稳定的气体温度及气量实施可靠的出口温度控制,保证喷头喷水的雾化效果，使水雾在喷出瞬间即汽化，防止受潮熟料在篦冷机和烟道内结皮。

篦冷机技术参数见表1。

主要设备及功能：在篦冷机三段篦床上方和出口垂直段管道上，安装一套全自动恒温喷水系统。系统采用回流控制+分组及单枪控制方式，安装远、近程多点温度检测，并将数据即时反馈给中央处理器，超前调整。温度测点a、b、c的对应积算作为初控制，调节喷水量以保证工况波动情况下增湿塔出口温度的稳定性。温度测点d与测点a的对应积算作为最终控制，根据工况变化，自动调整喷水量，使喷水量在3～34t/h之间自由调节，以保证进电除尘器废气温度在要求范围之内。此系统与水泥厂中控室联接通信，系统的开、停由中控室控制，能保证与水泥烧成系统同步稳定运行。

表1 篦冷机技术参数

图4 电改袋除尘器建成后

表2 改造前窑头电除尘器技术参数

表3 改造后窑头袋收尘器主要技术参数

3.2 电除尘器的改造

（1）去除电除尘器内部的各种部件，包括极线、极板、振打系统、变压器、上下框架、多孔板等所有工作部件。

（2）安装花板、挡板、气体倒流系统，对管道及进出风口改动以达到最佳效果，在结构内部设计安装净气室。

（3）根据净气室通道位置安装人门孔、走道、扶梯。

（4）安装过滤元件、喷吹清灰系统。该除尘器过滤元件采用德国凯撒专有复合滤料，正常运行温度控制在160℃以下最佳。瞬时极限高温180℃（＜5min/d）。袋除尘器的过滤元件选择至关重要，主要取决于风量、气体温度、除尘器尺寸、安装使用要求及价格成本。选择合适的过滤元件对整个工程成败起着举足轻重的作用，特别对脉冲除尘器高温玻纤滤件，没有合适的过滤介质，改造后的袋除尘器未必会优于原有的电除尘器，更糟糕的是，错误地选择滤袋会导致其快速磨损，增加更多的维护量，除尘效果差。

（5）安装清灰系统。选择先进的脉冲清灰技术是清灰系统的主导。清灰系统主要包括压缩空气管线、脉冲阀、气包、吹管及相关电器元件。运行时尽可能按照压差清灰，避免按时清灰，当控制器感应到压差增到高位时会自动启动脉冲阀喷吹至合适压差，根据不同工艺条件，清灰“开”、“关”点可以分别设置[9]。改造后的窑头袋除尘器见图4。

表4 千业水泥窑头电改袋除尘器废气排放监测结果

4 改造后的效果

4.1 改造前后技术参数（表2、3）

4.2 窑头废气处理效果

本项目改造具有投资省、性能优良、除尘效率高、维修工作量少的优点，改造安装工期短，对接调试顺利，两年多来运行正常，经河南省环境监测站监测，粉尘排放浓度均值为26.1mg/m3，达到国家排放标准。窑头电改袋除尘器监测数据[10]见表4。

5 结语

从表4监测数据和实际运行可以得出该技术的应用结论：项目整体改造效果良好，除尘器运行正常，有效保证了除尘效果，喷水降温系统也保证了袋除尘器的安全工作，废气处理效果较佳，达到了预期改造目的。但由于对实际运行工况恶劣程度（篦冷机热交换效果）估计不足，余热锅炉系统在没有同期接入系统运行时，需要连续超量喷水，造成了熟料受潮结皮的问题。但结合现场跟踪监控，修正运行参数和方式，针对性地进一步对篦冷机和水泵间管道和控制系统进行改造后，随着千业水泥余热发电锅炉的对接运行，解决了结皮问题。

该项目利用目标值喷雾降温恒温控制技术，结合纤维复合滤料，是全国首例窑头应用喷雾降温恒温控制系统的电改袋除尘器，弥补了此项技术在窑头电改袋除尘器上的应用空白，为今后类似新型干法水泥生产窑头电除尘器改造提供了一种新途径。

[1]靳志刚，等,高效长袋行脉冲立窑袋式除尘器的开发及应用[J].山东建材.2003，（5）:24-26.

[2]和世超,千业水泥5000t/d熟料新型干法水泥生产线环保验收执行报告[R].2008.（9）:20-46.

[3]林宏，电-袋复合除尘器的开发与应用[J].中国水泥.2003，（8）：58-64.

[4]Richard Miller etc.Effective vse of both COHPACTM and TOXECONTM the“technology of the future”for particulate and mercurycontrol on coal-fired boilers.International Power-Gen Conference,2003.

[5]Jean Bustard etc.TXU Big Brown COHPAC Performance Improvement with High Permeability Fabric.US EPA/DOE/EPRI Combined Power Plant Air Pollutant Control Symposium.2001.

[6]Jens Madsen and David Schowalter.Flow modeling design optimizstion of an advanced hybrid particulate collector.Clearwater Coal Technology Conference,2006.

[7]吴京杨,电袋复合型除尘器的应用分析[J].能源环境保护.2007，（4）:6-15.

[8]李义宾，梁建英，等.PPDC-8气箱脉冲袋除尘器常见问题及解决措施[J].水泥.2003，（2）：47-49.

[9]刘忠东，钱晓露.窑尾脉冲袋式除尘器在燕山水泥厂的安装使用[J].新世纪水泥导报.2003，（1）:39-41.

[10]吉均凯，等，焦作千业水泥5000t/d熟料生产线环保验收监测报告[R].2008.10:12-21.

TQ172.688.9

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1001-6171（2011）02-0101-04

2010-10-13； 编辑：赵 莲