電改電袋超低排放技術在水泥窯頭的應用

摘要電除塵器改造為電袋復合除塵器，前級電區繼續保留，后級電場布置為袋區。但要達到顆粒物排放≤10mg/m3，除塵效率達到99.97%，一電場區的結構參數已固定，除了電場修復以外，只能從布袋區的設計、制造、安裝等各個環節去實現。設計時，不僅要科學選擇過濾風速，還要將實物模擬和cfd氣流仿真技術有機結合，解決好氣流均布問題，除塵器的焊縫必須有良好的密封性能、殼體各板之間進行氣密焊；焊縫密封檢測必須做兩次熒光粉檢漏。改造后在線檢測結果為：1號線窯頭廢氣顆粒物排放6.4 mg/m3，2號線3.5 mg/m3。

0 前言

我國經濟快速發展，隨著人們生活水平的提高，對環境保護要求越來越高。我國是水泥生產大國與消費大國，水泥工業生產過程中排放的大氣污染物，危害性極大。2014年3月1日，新修訂的《水泥工業大氣污染物排放標準》（gb4915-2013)正式實施，顆粒物排放限值30mg/m3，重點地區20mg/m3。隨著燃煤電廠的超低排放改造完成，近兩年大部分地區的水泥企業已按燃煤電廠的標準，要求水泥窯顆粒物排放濃度要求≤10mg/m3。

西礦環保作為大氣污染治理的環保企業，緊跟市場需求，研發出水泥窯排放濃度≤10 mg/m3的超低排放除塵設備。目前西礦環保有超低排放技術的袋除塵器、電除塵器及電袋復合除塵器。本文將著重介紹電改電袋超低排放技術及其工程應用。

1 電袋除塵器的工作原理

工業生產煙塵的凈化治理，以電除塵器和布袋除塵器為主，在不同場合各自都發揮了重要作用，同時也存在各自的局限性。結合電除塵器和布袋收塵器各自優缺點，揚長避短，發揮最大潛能[1]，西礦環保推出epb型電袋復合除塵器。

電袋復合除塵器指在一個箱體內緊湊安裝電場區和濾袋區，有機結合靜電除塵和過濾除塵兩種機理的一種除塵器[2]。

含塵氣體通過氣流分布裝置進入電區（1~2個電場），發揮電除塵器的高效作用，除去80~85%的高濃度、大顆粒粉塵（見圖1電除塵效率按指數變化的規律），然后剩余的15~20%帶電的粉塵進入袋區，發揮袋收塵器穩定低排放優勢，同時荷電粉塵在捕集過程，利用互相排斥降低阻力從而達到節能的目的。在收塵機理上，利用荷電粉塵在濾袋上沉積成有序排列,過濾阻力減小、粉塵層疏松、易清灰。荷電粉塵同性排斥，強化了氣溶膠效應，使粉塵濃度分布均勻。靜電凝聚使小顆粒變成大顆粒，減少pm2.5顆粒數量，提高濾袋過濾效率。

電除塵效率曲線

2 項目概況

四川利森建材集團有限公司位于四川省德陽市什邡市，海拔約680米，目前有兩條新型干法水泥生產線，一線規模為3200t/d熟料，二線規模為5000t/d熟料。為了滿足國家日益嚴格的環保要求，需對一線、二線的窯頭電除塵器進行技改以提高除塵效率。2019年4月，利森公司決定，該項目委托西礦環保進行改造，總體要求：兩臺窯頭電除塵保留第一電場，把后邊電場全部清空，用來布置濾袋，保留原有的排灰系統、殼體、灰斗、進氣口、出氣口和進出口風管；原有的非標管道和土建基礎不用變動，改造后窯頭除塵器出口排放≤10mg/m3。

3 電改電袋超低排放措施

電除塵器改造為電袋復合除塵器，前級電區繼續保留，后級電場布置為袋區，是目前投資最小效益最高的方式。但要達到顆粒物排放≤10 mg/m3，除塵效率達到99.97%，一電場區的結構參數已固定，除了電場修復以外，只能從布袋區的設計、制造、安裝等各個環節去實現。

3.1 設計

3.1.1過濾風速選取

過濾風速是布袋區選型的關鍵因素，過濾風速的選擇關系到出口粉塵排放、細微粉塵捕捉效率、濾袋阻力、使用壽命、設備阻力等。

對于水泥窯頭來說，廢氣中粉塵濃度約為3~30g/m3；廢氣成分同空氣（干），按質量和體積的比例分別為：o2 23%和20.9%；co2 0.05%和0.03%；n2 75.55%和78.13%；其它組分為氖、氦、氮、甲烷等；熟料的粉塵堅硬而顆粒粗，粉塵粒徑小于10μm者占15%左右，小于45μm者占50%左右[4]，粉塵性質一般不變化。本項目窯頭除塵器一電場可以收集大量粗顆粒粉塵。后級袋區過濾風速選低，壓力損失就小，清灰周期變長，細微粉塵捕捉效率高，出口排放濃度小，濾袋壽命長；但同時過濾面積就會增大，經濟成本增加。反之，過濾風速選高，所需濾料面積小，則投資小，但除塵器運行壓力損失大，耗電量大，濾料損傷增加，濾袋壽命短。所以過濾速度選擇要考慮經濟性和對濾塵效率要求等各方面因素。

根據我公司袋除塵器的設備供貨經驗，結合實際工程案例，研究濾袋過濾風速與透氣量、壓力損失三者之間的相互關系，最后選取≤0.9m/min的過濾的風速。（一般袋除塵器過濾風速≤1m/min）

3.1.2氣流均布技術

氣流均布對袋區的性能有顯著影響。若各袋室氣流分配不均衡，流量小的袋室，過濾風速低對除塵系統運行有好處；流量大的袋室，易產生局部高速氣流沖刷濾袋，使濾袋產生破損，同時袋室內氣流紊亂，產生渦流，使袋子晃動，長袋間互相摩擦導致濾袋破損，這都是不利的。

若各袋室氣流均布有以下優勢：

(1)氣流速度可控，避免含塵氣流直接沖刷濾袋。防止濾袋的擺動和碰撞，保證濾袋的長壽；

(2)引導除塵器內含塵氣流的流向，均布上升氣流，控制can速度，利于粉塵沉降；

(3)促使除塵器不同區域的過濾負荷趨于均勻；

(4)降低除塵器的結構阻力。

簡而言之，氣流均布得好，除塵效率高，阻力低，濾袋使用壽命長。

利用cfd氣流仿真技術解決氣流均布問題。整臺設備做cfd氣流仿真，對每個袋室的氣流均布做模擬，通過設置導流板使進入每個袋室的氣流偏差小于5%，（一般袋除塵器袋室氣流偏差小于20%），設備阻力小于1000pa。我公司建造的實驗平臺，將實物模擬和cfd氣流仿真技術有機結合，很好地解決了氣流均布問題。

3.1.3濾袋濾料技術選型

正確地選擇濾料是設計、使用好袋除塵器的關鍵。濾料的選擇，首先考慮濾料的使用環境，包括需要考慮含塵氣體性質、含塵濃度、粉塵顆粒大小、溫度等，還需要考慮的因素有易清灰性能、耐腐蝕性能、耐溫性能、高耐磨性能、高過濾精度等。濾袋的材料性能直接影響除塵器的除塵效率和運行阻力。

綜合性價比較，水泥窯頭的濾料多采用芳綸和玻纖覆膜濾料。芳綸化學名芳香族聚酰胺，具有良好的耐熱性，可在260℃溫度下持續使用1000h,在200℃溫度下持續使用20000h,強度仍保持原始值的90%；有很好的阻燃性，耐大多數酸的腐蝕，穩定性好；但耐水解性差。當要求排放≤10 mg/m3時，芳綸必須做成梯度濾料[5]：即濾料的迎塵面與凈氣面的纖維細度不同，迎塵面添加超細纖維以達到降低排放的要求，凈氣面使用較粗的纖維以降低濾料的阻力。迎塵面添加的超細纖維較多使用1.2 ~1.5dtex超細芳綸纖維，凈氣面使用2.2dtex 的普通纖維, 增加克重到580g/m2左右，制作工藝：燒毛、軋光、ptfe乳液浸漬、熱定型，濾袋縫制時針孔涂膠等措施，可以保證排放≤10 mg/m3。

制做濾袋的玻璃纖維基本上使用無堿玻纖，又稱e玻纖。無堿玻璃纖維熔化溫度在1580℃以上，軟化點840℃，有良好的耐水性，因此用無堿玻璃纖維做濾袋在耐溫、耐濕方面更具有優勢。當要求排放≤10 mg/m3時，用無堿玻纖，纖維直徑3.5~5.5μm，纖維工藝處理：緯向紗高膨化，緯二重結構，機織素布驗收合格后，高溫烘烤脫臘+ptfe乳液浸漬，高溫熱合覆ptfe膜。覆膜后濾料，薄膜孔隙均勻分布，孔徑極小，濾袋縫制時在針孔處涂硅膠，此法可攔截大部分細顆粒粉塵；同時，覆膜的孔隙和摩擦系數較小，容易清灰。這樣既能保證高效除塵過濾，又能保證除塵阻力穩定[3]。本項目選用玻纖覆膜濾料。

3.1.4 其它注意事項

窯頭電除塵器改造為袋或電袋時，需要在除塵器前增加專用降溫設施。篦冷機正常工作出來的廢氣溫度一般在200~250℃，進行余熱利用之后在100℃左右。篦冷機異常時廢氣溫度達到300~400℃，電除塵器可以經受高溫考驗，布袋若在300℃的高溫下會導致被燒毀，所以改造為袋或電袋之后控制除塵器入口溫度非常重要。目前窯頭降溫設施有：篦冷機增濕或空氣冷卻器。

電除塵器改造為電袋或布袋除塵器后，設備整體阻力增加，對原排風機需進行增壓校核或增壓改造。

3.2制造

設備要求排放≤10 mg/m3，袋除塵器需要精密制造技術來保證。本項目花板采用激光切割加工方式，花板厚度6mm,花板平面度偏差不大于花板長度的 1‰；花板孔中心位置度公差為φ1.5mm；花板孔徑偏差小于上偏差+0.3mm、下偏差0mm；花板孔間距偏差小于上偏差+0.3mm、下偏差-0.3mm?；ò迮c支撐槽鋼焊接后，必須做煤油滲透檢驗。

3.3安裝

3.3.1焊接控制技術

常規的除塵器安裝，現場焊縫只要是連續焊縫即可，超低排放的除塵器焊縫必須有良好的密封性能，殼體各板之間進行氣密焊，特別是凈氣室與花板安裝必須嚴格保證氣密性，安裝完畢后，花板四周焊縫和花板之間拼接焊縫采用煤油滲透檢驗。本項目安裝過程中，項目技術負責人駐扎現場，對施工過程中的難點、要點進行指導和檢查。

3.3.2焊縫密封檢測改進技術

常規的袋除塵器安裝完畢僅需做一次熒光粉檢漏，驗證并判定濾袋裝置安裝是否達到規定密封要求。超低排放的袋除塵器必須做兩次，所有查出的泄漏點及時整改，兩次用不同顏色超細熒光粉進行檢漏。

3.4 運行

專業的維護與操作有助于設備穩定實現超低排放，設備調試時，特別選派有經驗的技術人員與業主技術部門一起，引導操作員正確熟練操作除塵器，使設備最佳狀態下運行。

4改造效果

改造后，四川利森窯頭除塵器改造后技術參數見表1.

2019年10月30日，四川利森建材集團有限公司依據技改合同，邀請四川某檢測有限公司對兩條生產線進行了在線檢測，檢測結果1號線窯頭廢氣顆粒物排放6.4 mg/m3，2號線3.5 mg/m3。均滿足超低排放要求。

5 結束語

電袋除塵器是電除塵器和袋除塵器兩種除塵機理的融合，兩種機理優勢互補，投資小，性價比高，特別適合于電除塵的提效改造。再從設計、制造、安裝、運行各個環節去控制，超低排放電袋技術已成為滿足當前超低排放政策的優選技術之一。