技术 | 浅议水泥行业超低排放除尘改造技术
摘要：为实现打赢蓝天保卫战计划，国家政策对大气污染物排放要求日益严峻，根据《水泥工业污染物大气排放标准》GB4915—2013要求，所有水泥企业自2015年7月1日起窑头窑尾的粉尘排放浓度限值为30mg/Nm3，部分地区小于20mg/Nm3，而有些省已经执行水泥行业颗粒物排放不得大于10mg/Nm3的排放标准。为此，以电收尘器改造为袋收尘器和电收尘器改造为电袋复合收尘器为两大主流技术。本文结合两个公司的工程实例对这两大主流技术的应用进行分析探讨。
2018年10月底之前，水泥行业鼓励在水泥熟料企业试点开展超低排放改造。完成超低排放改造后，水泥窑废气在基准氧含量10%的条件下，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度要分别不高于10mg/Nm3、50mg/Nm3、150mg/Nm3。因传统的电收尘器选型只考虑到电收尘器本体大小，电收尘器招标几乎是本体招标，导致运行参数低或排放高，需要二次改造；加之国家政策对环保要求提高，水泥企业纷纷计划对原有电收尘器实施减排改造，各种改造方案和措施也异彩纷呈，目前主要以电改袋、电改电袋复合超低排放收尘方案为主流。本文以这两大主流技改方案的两个典型案例来分析其改造措施和效果。
1电改袋收尘器
1.1基本情况
本次改造为安徽海螺水泥股份有限公司宁国水泥厂一线窑尾电收尘器改造，该企业现拥有生产能力为5000t/d、4000t/d两条新型干法水泥熟料生产线，本次针对一线（5000t/d）窑尾电收尘器进行改造。
改造前后技术参数如表1所示，改造周期：从2018年12月20日开始拆除到安装历时17d完工。
1.2改造措施
1.2.1总体方案
考虑现场空间位置的限制将其改造为袋式收尘器。利用袋式除尘技术过滤原理，将原电收尘器所有电场内部件全部掏空，保留壳体和灰斗，采用大净气室结构，将原第一电场作为沉降室，后面电场更改为袋室，布置8m长的滤袋，增加顶部净气箱体、喷吹系统、提升阀和气路，更换窑尾排风机及高压电动机，增加变频器；每条线增加用气量10m3/min。
1.2.2技术特点
（1）整个收尘器净气室设计8个独立室，每室采用28个3寸进口脉冲阀，每个阀喷吹15条滤袋；每个室配置破袋检测装置，高箱结构净气室抽袋，袋收尘器进出口配置压差变送器；配置袋收尘及输灰系统电气控制柜，PLC控制柜；喷吹气源为1个袋室接1个阀门供气，采用单个控制方式；布袋采用低压脉冲清灰，满足在线/离线/定时/定阻清灰。
（2）滤袋配置：滤布采用具有高比表面积、较高收集效率的P84材料。
（3）过滤风速选取：根据水泥窑尾粉尘性质、工艺状况、所选滤料种类、清灰方式等确定过滤风速为0.8m/min。
（4）结构布置：通过有限元数值模拟Abaqus对花板的布局做分析，使花板的变形控制在有效范围内。
1.3改造效果
本项目自投产以来运行稳定，排放达标，表2为项目现场发来的在线监测排放值。
表2袋收尘器在线监测值（2019年3月18日）
1.4分析总结
1）改造优点
该项目为电改袋收尘器，且保留了壳体和灰斗，所以设计、安装工期短，占地面积小，收尘效率高，处理气体量范围大，不受飞灰成分、浓度和比电阻的影响；结构简单，使用灵活；运行稳定可靠，操作维护简单；大大降低用户改造成本。
2）选择了合适的滤料
滤料是袋式收尘器的关键材料，其优劣直接关系到收尘器性能的好坏。为此，本项目选用纤维耐温性能较好的P84滤料。P84滤袋抗磨损性能好，能在500g/Nm3的含尘量下工作，且P84滤袋特有的三叶型纤维有利于捕集高粉尘浓度的烟气，可用在水泥窑尾收尘中，能有效减少超细颗粒物的排放。
3）对安装质量和滤袋制造安装精度要求高
①花板、净气室安装要求：安装前可在地面先组焊，再吊装焊接，焊接完毕后均需采用煤油渗透检验。有漏焊处补焊，补焊完毕再次做煤油渗透检验。
②滤袋制造精度：提高滤料和滤袋缝制精度，以达到滤袋的过滤效果；滤袋制作要采取先进的针刺设备、定型设备、先进的缝制设备，甚至附带针孔自动封堵装置，滤袋缝线处须涂胶。
③滤袋安装精度：孔板必须激光切割，保证滤袋口与孔板紧密贴合。
4）本体结构的合理布置
①科学布置花板，在滤袋安装完后可减少其变形，避免滤袋长期受到集中气流冲刷，从而降低粉尘排放。
②选择合理的阀口风速和烟道风速，以此布置阀板和烟道，从而有效改善内部气流分布。
5）改造的局限性
设备运行阻力较大，平均运行阻力在1500Pa左右，另外，滤袋易破损、脱落，旧袋难以有效回收利用。
2电改电袋复合收尘器
2.1基本情况
本次改造为福建塔牌水泥有限公司一线窑头电收尘改造，该企业隶属广东塔牌集团有限公司，现拥有两条5000t/d新型干法水泥熟料生产线，本次针对一线（5000t/d）窑头电收尘器进行改造。改造前后技术参数如表3所示，改造周期：从2017年3月拆除到安装历时15d完工。
2.2改造措施
2.2.1总体方案
在原有电收尘器的基础上采用电袋复合式收尘器改造方案，不加长柱距，不加宽跨距，即保留1#电场并更换1#电场内部全部配件，掏空其余电场，利用拆除后的空间改为袋室，在不增加基础成本的前提下，通过加1个小袋室来增加过滤面积。将该收尘器改造成6个袋室，共3060个滤袋。每室30个3寸进口脉冲阀，前4个室，每个阀喷吹18条滤袋，后2个室，每个阀喷吹15条滤袋。增加顶部净气箱体、喷吹系统、提升阀和气路。先利用电收尘器的优点将约80%的粉尘收集，剩余约20%粉尘通过袋区收集，从而实现烟气净化。
（1）电区改造：更换原有老化的极板、极线，更改振打清灰方式，将拨叉振打更改为侧部振打。进出气口气流均布，做气流分布模拟试验，重新布置导流板。
（2）袋区改造：布袋收尘器采用分室结构，可以在运行时实现不停窑分室检修，即可以进行更换布袋操作。布袋采用低压脉冲清灰，在线/离线/定时/定阻清灰，清灰系统采用脉冲反吹清灰装置和袋式收尘器的反吹清灰控制。
2.2.2技术特点
（1）保持原设备基础不变，对原设备钢结构应进行强度荷载核算，满足改造要求，将排风机改造为高效节能风机，电动机利旧，有效地节约成本。
（2）滤布采用防水、防油、防腐、防糊袋、抗氧化，长期允许220℃的滤料，本项目选用的是芳纶滤料。
（3）根据水泥窑头粉尘性质、工艺状况、所选滤料种类、清灰方式等合理选取过滤风速为0.97m/min。
（4）通过CFD气流模拟对进气口内部增加导流板来实现均流。
（5）电区改用侧部振打：侧部振打力度大，更有利于电区清灰。
（6）将原有卸料器改造为双层气动排灰阀（含料位检测装置），确保实际运行收尘器良好的锁风效果，并采取篦冷机增湿和旁路系统，同时加装冷风阀对烟气降温以达到保护滤袋、延长滤袋寿命的目的。
2.3改造效果
改造后该台设备运行稳定，且达到超低排放要求，表4为闽西职业技术学院环境检测中心实验室的在线监测结果。
表4改造后一线窑头电袋复合收尘器在线监测结果
2.4分析总结
（1）运行阻力低，电场预收尘后，降低袋收尘的负荷，延长了滤袋寿命。
（2）电区更换老化内部结构件，更改振打系统可除去大量的大颗粒粉尘，既降低了粉尘排放浓度又可延长滤袋寿命。
（3）滤袋选用优质的芳纶材料具有高强度、高模量、耐腐蚀、低密度、不熔融、耐热性、耐疲劳性和耐磨性好等优点。
（4）提高了安装质量和滤袋制造安装精度。
（5）增加过滤面积，在原收尘设备尺寸条件允许情况下，可增加滤袋数量或增加滤袋长度来增加过滤面积。
（6）降低过滤风速，合理布置本体结构。
（7）改造的局限性：由于兼有电收尘和布袋收尘两套单元，运行维护较为复杂，且芳纶滤料压缩性差，压缩强度还不到拉伸强度的1/5。
3结论
超低排放改造边界条件的确定决定于设计方案的选择，而可行的设计方案是建立在对原有收尘器的过滤风速和过滤面积做技术评估和改造路线及水泥工况的基础上的。只要在过滤面积和滤料选择方面做出适当调整，就基本实现了对粉尘排放的超低控制。
大量实践充分说明了对于超低排放改造方案的技术探讨是很有意义的，相信也是业内广泛认可的改造技术路线，也希望给大家探讨和解决愈来愈严峻的环保问题提供一个思路。
作者单位：西安西矿环保科技有限公司
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