电改袋除尘器的二次改造

郑金平，喻宏祥，高密军

电改袋除尘器的二次改造

郑金平，喻宏祥，高密军

随着新版《水泥工业大气污染物排放标准（GB 4915-2013）》的发布，重点地区水泥窑及粉磨除尘器排放浓度要求＜20mg/m3（标），已有的电改袋除尘器原设计排放浓度为30mg/m3（标）。企业如何在投资最少的情况下，二次改造电改袋除尘器，使其排放浓度适应越来越严格的环保法规？过滤机理的研究表明，减少排放浓度的最优方法是增加过滤面积，降低过滤速度，工程上通过增加袋室以及CFD仿真模拟来实现。

电改袋；排放浓度；二次改造；过滤面积；过滤速度

1 前言

2004年《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）发布，该标准要求：自2010年1月1日起，水泥窑及粉磨除尘器排放浓度＜50mg/ m3（标）。而2013年《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013）发布，要求重点地区水泥窑及粉磨除尘器排放浓度＜20mg/m3（标）。实际上，从2004年至2013年的水泥行业电除尘器大都是按照排放浓度＜30mg/m3（标）改造的。电改袋工程是一项耗资不菲的项目，如何使已有的电改袋除尘器排放浓度稳定降低到20mg/m3（标）甚至更低，而经济成本最低？本文以鹿泉曲寨水泥有限公司一线2 500t/d窑尾电改袋后续改造的策划和成功实践为范例，阐述了我们的观点和方法。

该厂的原电除尘器2013年改造为袋除尘器，设计排放浓度＜30mg/ m3（标）。同年GB4915-2013标准发布，该厂属于重点地区，因此要求在规定时间内排放浓度达到20mg/m3（标）限值。尽管改造后检测实际排放浓度≯20mg/m3（标），但面对日益严峻的环保法规，如何在投资最小的情况下，再提升电改袋除尘器的性能和降低排放浓度，使其更稳定可靠、更经济地运行是企业的要求，更是我们环保工作者的责任。

2 改造原理

电改袋除尘器如何进一步降低排放浓度，方法有以下几种：

（1）电袋结合

在除尘器的前部再增加电场，经过电场预除尘除去大颗粒粉尘，降低后续袋除尘器的负荷，从而降低排放浓度。这种方法可以改善除尘器的性能，但目前的除尘器内部无空间可用于增加电场。

（2）更换滤料及提高滤料制造精度

提高滤袋的制造精度，降低滤袋的孔隙度，可以提高滤袋的过滤效果。使用新滤袋更换旧滤袋，但两千多条新滤袋的投资很大，另外原有滤袋并未到达更换期，也会造成很大的浪费。

（3）除尘器本体改造

已有的电改袋除尘器，虽有分室，但分室只是对过滤后的干净气体进行了室数划分。各分室的滤袋实际上在同一大室内。这有可能造成各条滤袋受风不均匀，影响除尘性能。可以考虑增加除尘器内部分室隔板及进风通道，使各分室真正互相独立、受风均匀，与全新的袋式除尘器结构一致。但这种方法，对除尘器本体内部的施工，难以保证不损害已安置的滤袋，是得不偿失的。

（4）降低过滤风速

通过对滤料过滤特性的研究知道，滤料有两种过滤方式，内部过滤与表面过滤。内部过滤又称深层过滤，含尘气体通过洁净滤料，这时起作用的主要是纤维。然后阻留在滤料内部的粉尘将和纤维一起参与过滤，当纤维层达到一定的容尘量后，后续的尘粒将沉积在纤维表面，这就是表面过滤。目前广泛使用的覆膜滤料，直接起作用的就是表面过滤。滤料表面形成粉尘层后，尘粒的渗漏也开始。产生渗漏的一种原因是清灰后恢复过滤时，由于清灰变得松散的粉尘被吹出滤袋，或者随着附着的粉尘的增加，使得滤料伸长，以至于原来被捕集的粉尘渗透出去。在高过滤速度、高压力损失和滤料受震动下，渗漏将加重。因为高过滤速度，将导致粉尘层的压力降增大，使渗漏增多。因此降低过滤风速，将减少粉尘的排放。

通过对以上4种方法的分析，很明显降低过滤风速最适合本项目。

另外，研究和实际测试表明，含尘浓度达到100g/m3水泥窑尾（生料磨后）废气，相同的滤料不同的过滤风速对应了不同的粉尘排放浓度。

为进一步减少电改袋除尘器的排放浓度，保证排放＜20mg/m3（标），过滤风速取＜0.85m/min最可靠（见表1）。

3 方案确定

若想降低电改袋除尘器的过滤速度，就需要增加过滤面积。有两种方案可供选择，更换更长滤袋或增加滤袋。

表1 过滤风速与排放浓度

该电改袋除尘器2013年投产运行，设计风量550 000/m3，配备了2 376条ϕ160mm×7 500mm玻纤覆膜滤袋，过滤面积8 957m2，过滤风速1m/min。

本次设计将过滤风速调整为约0.8m/min，需要总过滤面积为11 196m2。

方案1：更换更长的滤袋。经计算，除尘器所有的2 376条滤袋都需更换为ϕ160mm×9 000mm，才能确保总过滤面积和过滤速度。

方案2：增加原有规格滤袋，经计算需增加572条。新增加的袋室会加剧除尘器内部气流流动的复杂性。需根据CFD仿真模拟结果，在新增袋室内部设置导流装置并与原有导流装置协同作用。

方案2即使增加导流装置的钢耗，其费用仍小于方案1的总和。方案2增加滤袋，不仅降低了过滤风速，还降低了滤袋底部的can速度，将极大改善除尘器除尘性能。方案1将导致滤袋和袋笼提前报废，造成巨大浪费。另外，方案1选用9m超长滤袋，原除尘器壳体结构不能确保各个分室的滤袋之间相互独立，将难以保证滤袋的使用性能。如果采用超长滤袋低压行喷吹除尘器，将需要相应的结构改造。方案对比数据见表2。

表2 各方案费用分析

图1 工程示意图

图2 排放浓度测定

所以，优选方案2。

4 施工方案

原电改袋除尘器已使用了所有的壳体空间，布局为2列，每列3袋室结构。采用新增滤袋的方案，就需要考虑原电改袋除尘器新增的袋室放置在何处，且不影响原袋室的使用。经分析，只有除尘器入口或出口还有剩余空间。如果选择放置在入口，含尘气流极易冲刷滤袋，降低滤袋使用寿命。因而新增加的袋室应放置在除尘器出口侧，含尘气流在此处运动缓慢，有利于过滤小粒径尘粒。

原ϕ2 990mm主排风管道垂直连接风机入口，如果利用此空间，拆除工作量非常大，而利用出气口空间更方便。拆除除尘器出口后，新增袋室只能放置在图1宽为“3 534”区域，空间有限。经计算只能新增两列，每列1个袋室，每室可配286条ϕ160mm× 7 500mm滤袋，增加过滤面积2 156m2，过滤风速降低至0.82m/min。

具体的施工顺序如下：

（1）拆除原除尘器出风口，但需要保留壳体出风口处的风撑和底梁，确保除尘器整体结构不发生变化。拆除过程中需设置屏障保护原除尘器与施工区相邻的滤袋不因施工损坏。

（2）新增袋室的壳体部分，采用倾斜支撑方式与原除尘器出口侧立柱连接。这种结构不仅有利于粉尘落入灰斗，也有利于结构稳定。新增载荷将作用在除尘器出口侧的立柱上，经校核立柱可以承受。

（3）新增袋室的其余部分包括净气室、喷吹装置和储气罐。采用模块化的安装方案，先地面组对，再整体吊装坐落于壳体顶部。

（4）净气室顶部增加一小截出风管道与原电改袋除尘器总出风管道连接。

（5）新增袋室喷吹控制，采用原有电改袋除尘器的控制柜，只增加少量电控原件。

以上工作，尤其是模块化安装方案，很好地保证了施工质量和进度要求。

5 运行与效果

2015年2月初电改袋除尘器的二次改造项目施工完成并投入运行。经4个月的运行，测量得出除尘器粉尘排放浓度＜3mg/m3（标），运行阻力＜800Pa，而改造之前为20mg/m3（标），获得了业主的肯定。该厂剩余的电改袋除尘器将全部接受二次改造。

本项目的成功运行，给2013年之前投产的电改袋除尘器展示了一个新的方法，用最低的经济成本完成二次改造，能适应越来越严格的环境保护法规。

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[6]孙熙，柳静献.除尘技术基础[M].沈阳：东北大学出版社，2003.

[7]李海涛.新型干法水泥生产技术与设备[M].北京：化学工业出版社，2005.■

The Second M odification of Bag Filter Reformed from ESP

ZHENG Jinping，YU Hongxiang，GAO Mijun
(Sinoma Technology&Equipment Group Co.,Ltd.,Tianjin 300400,China)

According to the newly issued“Emission standard of air pollutants for cement industry(GB 4915-2013)”,the emission concentration values of dust collectors for cement kiln and grinding system have been restricted to less than 20mg/Nm3in importantprotection areas.However,the designed value ofexisted bag filter reformed from ESP is 30mg/Nm3.How tomeet the increasingly stringentenvironmental regulationsaccord⁃ing to the secondmodification of existed bag filters reformed from ESPwith least investment is the key issue for cement plants.Based on the filtermechanism,the optimizedmethod to decrease the emissions is to increase the filter area and reduce the filtration velocity.The aim can be realized in practice bymeans of CFD simulations and addingnew bag compartments.

reforming bag filter from ESP;emission concentration;secondmodification;filter area;filtration ve⁃locity

TQ172.688.1

A

1001-6171（2015）06-0085-03

中材装备集团有限公司，天津300400；

2015-04-13；编辑：吕光