窯尾電袋復合式收塵器的研發
2010-06-13 00:00
隨著國家環保政策對水泥生產線煙塵排放要求有了極大的提高，新的《水泥工業大氣污染物排放標準》明確規定，“到2010年1月1日起，現有的水泥生產線窯尾粉塵排放濃度低于50mg/m3(標)，新建水泥窯應保證在生產工藝波動情況下除塵裝置仍能正常運轉，禁止非正常排放。現有水泥窯采用的除塵裝置，其相對于水泥窯通風機的年同步運轉率不得小于99%。”而且有些地方政府已經將煙塵排放標準提高到了20mg/m3(標)。目前水泥窯使用電收塵器在生產工藝波動情況下很難達到這個標準。 因此有的水泥廠加大了電收塵器的規格型號，改為五電場、六電場，有的水泥廠將電收塵器改為長袋低壓脈沖袋式收塵器，有的水泥廠將電收塵器改為電袋復合式收塵器。電袋復合式收塵器是根據電收塵器結合袋式收塵器的特點將電收塵器與袋式收塵器的集塵優點有機的結合起來，采用電收塵器上進氣方式和第一電場捕集大量及大顆粒、磨蝕性強的粉塵，再通過后面的袋式收塵器捕集微細粉塵，達到省電、節省投資、降低維護費用的效果。
電收塵器和長袋低壓脈沖袋式收塵器都屬于高效收塵器，二種設備各有所長，在適合自身特點的工況條件下，均獲得了良好的實際應用效果。電收塵器以其設備阻力低、一次性投資節省、日常維護費用少、設備耐用等特點，多年來廣泛用于水泥廠窯尾、窯頭收塵。但是隨著國家環保政策的不斷完善，大氣污染物排放標準越來越嚴格，電收塵器的應用變得越來越困難和越來越不經濟。特別是近幾年長袋低壓脈沖袋式收塵器技術和濾料技術的飛速發展，水泥廠窯尾、窯頭收塵開始廣泛使用長袋低壓脈沖袋式收塵器。袋收塵器的收塵效率非常高，排放濃度可以達到5mg/Nm3以下，但是也存在著運行阻力大、運行成本高等缺點。這就為開發電袋復合式收塵器帶來了機遇。
電袋復合式收塵器對高粉塵比電阻、高濃度粉塵、工況運行復雜的煙氣粉塵處理更具有技術優勢和經濟優勢。由于做為一級收塵的電收塵器部分捕集了煙氣中將近80%的粉塵量，從而降低了濾袋捕集粉塵的負荷，因此也降低了袋收塵部分的阻力上升速率。同時，電荷后的粉塵變得更為疏松，因此在相同的粉塵負荷下，帶有荷電的粉塵餅層阻力會更小，這樣就會延長濾袋的清灰周期，節省了清灰能耗，延長了濾袋使用壽命、降低了日常維修費用，它比常規長袋低壓脈沖袋式收塵器更節省濾袋投資，而且運行穩定。綜合投資和運行成本低于純粹的電收塵器或袋收塵器。
對于電除塵器、袋式除塵器和電袋復合式除塵器之間的區別，我們可以打一個比喻:就像捕魚，電除塵器是利用大網眼的漁網把比較大的魚撈出來，可是水里還剩下很多漏網的小魚；袋式除塵器就像是用網眼特別小的漁網捕魚，盡管不論大小都能夠撈的干干凈凈，可是一網下來，不論大小的漁網負擔比較重，很容易把漁網撐破；而電袋復合式除塵器用電場先把大顆粒粉塵收集起來，余下的細小粉塵由布袋除塵收集，電除塵收集粉塵總量的80～90%，由布袋除塵器收集剩下10～20%的粉塵，相當于先用大網眼的漁網把大魚撈出來，然后用小網眼的漁網把漏網之魚一網打盡。
電袋復合式收塵器是從北美開始發展起來的，目前世界上主要有二種形式的電袋復合式收塵器，一種是前電后袋；一種是較為復雜的含塵氣體先通過多孔板狀的集塵極再到濾袋過濾室。目前國內應用的還都是前電后袋式。前電后袋式又分為分體式和一體式二種，分體式就是將二臺單獨獨立電收塵器和袋式收塵器中間通過管道連接成電袋復合式收塵器；而一體式是將電收塵器與袋收塵器在一個殼體之內有機的組合在一起，相比分體式，一體式的一次性投資低、占地面積少，但是煙氣的分布均勻性相對較差。
目前水泥廠窯尾、窯頭煙氣處理我們建議采用一體式電袋復合式收塵器。由于電收塵器和袋收塵器兩類收塵設備的結構設計都各具特點，而電一袋收塵器恰是它們各自優勢的技術綜合，所以它的設計必須由對兩種技術都具有豐富設計、實踐經驗的人員來進行，才能使電一袋收塵器這項新技術發揮它的優勢。否則任何一部分的結構設計不當，都會導致性能的下降，甚至不能應用。
設計研發中需考慮的關鍵因素：
1、保證煙塵流經整個電場，提高電收塵部分的收塵效果：煙塵進入電收塵部分，采用上進氣臥式為宜，即煙氣水平流動，類似上進氣臥式電收塵器。但在袋收塵部分，煙氣由下而上流經濾袋，從濾袋的內腔排入上部凈氣室。這樣，采用什么措施能使氣流在袋收塵部分轉向而不影響煙氣在電場中的氣流分布便是一個問題。為了保證電收塵器流量分布均勻，我們在進氣口采用原電收塵器均布板系統。在電袋復合式收塵結合處也設置氣流均布裝置。此處的均布裝置通常有導流板和孔板二種形式。考慮到孔板的形式會增加收塵系統阻力，主要采用導流板的形式。通過實驗和模擬計算，可知煙氣在各個收塵單元的均布不但與導流板的角度有關，還與電場風速有關。實驗證明，當電場風速為1.0米/秒時，導流板的角度應為45°；當電場風速為1.5米/秒時，導流板的角度應為35°；當電場風速為0.5米/秒時，導流板的角度應為55°。由于導流板的設計不同，煙氣在經過導流板進人濾袋之前的氣流分布，情況也是多種多樣的。在實際設計中，可以將各種角度值與導流板間距值進行多種組合。
2、使煙塵性能既適合電收塵的操作又符合袋收塵操作，要求煙塵的化學組成和物理性能。煙氣的化學組成、溫度等對粉塵的比電阻影響很大，很大程度上影響了電收塵部分的收塵效率。所以，在可能的條件下應對煙氣進行調質處理，使電收塵部分的收塵效率盡可能提高。對于袋收塵部分來說最主要的還是煙氣的溫度，一般應小于200℃。
3、在同一殼體內對電場部件和袋收塵元件進行最優組合和布置。尤其是在舊有電收塵器改造為電袋復合收塵器項目中，殼體尺寸已經固定的情況下，這一問題更為突出。在電袋復合收塵器中，由于大部分粉塵已在電場中被捕集，而進入袋收塵部分的粉塵濃度、粉塵細度、粉塵顆粒級配等與進入收塵器時的粉塵發生很大變化，使得過濾風速、清灰周期、脈沖寬度、噴吹壓力等參數也相應發生變化。這些參數的確定，需要在仔細分析各種工況的前提下，慎重選擇。現在國內電袋復合除塵器設計的過濾風速一般在1.2m/min左右，在實際應用中，如果前置電收塵器能夠正常運行時，表現出比純粹的電收塵器或袋收塵器更好的技術性能。
電袋復合式除塵器并不是電除塵器和袋式除塵器的簡單組合疊加，實際上是攻克了很多技術難題才使得這兩種不同原理的除塵技術“喜結連理”。首先要解決在同一臺除塵器內同時滿足電除塵和袋式除塵工作條件的問題；其次，實現兩種除塵方式連接后袋除塵區各個濾袋流量和粉塵濃度均布、提高布袋過濾風速，并且有效降低電袋復合式除塵器系統阻力。在收塵機理上，通過荷電粉塵使布袋的過濾特性發生變化，產生新的過濾機理，利用荷電粉塵的氣溶膠效應，提高濾袋過濾效率，保護濾袋；在除塵器內部結構采用氣流均布裝置和降低整體設備阻力損失的氣路系統；開發出零泄漏旁路技術、噴水降溫系統保護技術、脈沖噴吹技術和電袋自動控制檢測故障識別及安全保障系統等等。
以水泥廠5000t/d窯尾收塵為例，分析一下電袋復合式收塵器的具體結構：
處理風量：920000m3/h
進口溫度：200-250℃
進口含塵濃度：<100g/Nm3
出口含塵濃度：<30mg/Nm3
電收塵部分的技術性能
電場 部 分 的結構參數為:
型號：2×31/12.5/1×9/0.4
電場 斷 面 : 321m2
極板 高 度 : 12.95m
通 道 數 : 62 個
同極 間 距 : 400 mm
電場 長 度 :4 m
極板 型 式 : ZT24
電暈 線 型 式 : V15
配用 電源 : GGAJO2-1.4A/72KV-HW-WE
電場 風 速 : 0. 796 m/s
袋收塵部分的結構性能
室數 :16
濾袋 規 格 :￠160×7000mm
數量 :3744 條
材質 :進口玻纖覆膜濾料
重量 : 570g/m’
脈沖 閥 : 規格:進口3”淹沒閥
數量 :208個
總過 濾 面 積:13104m2
過濾 風 速 :在線:1.17m/min
離線:1.24m/min
相對于長袋低壓脈沖袋式收塵器來說，電袋復合式收塵器增加了電收塵器這一部分，但可以通過適當提高袋式收塵器的過濾風速，減少袋式收塵器的整體投資。如果是電收塵器改造項目，由于可以保留原有電收塵器的一部分，電袋復合式收塵器的設備改造費用將比純粹的電改袋式收塵器的費用低。
水泥廠環保設備除了要降低投資、運行成本，關鍵還是要長期穩定運行。電袋復合式收塵器由于粉塵在第一電場被荷電后帶電的粉塵粒子在濾袋阻隔以后是相互排斥的，只是在濾袋壓差的作用下松散的排列在濾袋表面，非常容易清理下來。這樣就可以進一步降低濾袋的噴吹清灰頻率，延長了濾袋的使用壽命。所以電袋復合式收塵器具有節電節能的優點。而當煙氣流出現瞬時高溫時，前置的電場可以起到保護后置袋收塵濾袋安全的作用。
中建材環保公司于2008年、2009年初先后對葛洲壩1#、2#濕法長窯電收塵器進行了改造，采用了電袋復合式收塵器，經過一年多的運行，排放濃度低于20mg/Nm3，系統阻力低于1000Pa。葛洲壩水泥廠位于荊門市區，通過這次成功的改造，顯著地改善了當地的空氣質量，對當地的社會進步、經濟發展、提高人民的生活質量創造了有利條件。
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