窯尾袋除塵器超低排放技術(shù)的工程實踐

　　摘 要 窯尾袋除塵器改造，要求出口顆粒物排放≤10 mg/m3 ;進出口壓差≤1 000 Pa。根據(jù)其進風方式及分風結(jié)構(gòu)，保留原殼體，增大過濾面積，降低過濾風速;運用CFD氣流模擬仿真技術(shù)，科學設(shè)計，降低設(shè)備運行阻力;選擇玻纖覆膜濾袋;采用高凈氣室結(jié)構(gòu)，降低腐蝕風險;優(yōu)化加工工藝，提升加工精度;施工現(xiàn)場按圖施工、精準安裝。改造后顆粒物排放濃度平均值5.6 mg/m3 ，進出口壓差573 Pa。

　　本文源自陳貴福; 陳月莉; 任軒; 魯果; 任保國， 新世紀水泥導報 發(fā)表時間：2021-05-19《新世紀水泥導報》(雙月刊)創(chuàng)刊于1995年，由成都建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院有限公司、新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)研究會主辦。內(nèi)容豐富多彩，可讀性強。不少國內(nèi)外水泥界人士和企業(yè)對本刊給予了“技術(shù)含量和文獻價值高”的好評，眾多水泥工作者已視本刊為其事業(yè)發(fā)展的良師益友。進入新世紀，新型干法窯外分解技術(shù)己經(jīng)是主導我國水泥工業(yè)發(fā)展的先進技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞 袋除塵器 改造 超低排放

　　0 引言

　　水泥產(chǎn)品在給社會帶來財富和提升人們生活水平的同時，也給自然環(huán)境帶來不同程度的破壞。減少水泥生產(chǎn)過程污染物的排放，是水泥技術(shù)工作者不斷的追求，水泥工業(yè)大氣污染物的超低排放是水泥行業(yè)順應大勢發(fā)展的具體行動。

　　自超低排放概念植入行業(yè)以來，部分省份如河北、安徽、河南、浙江等省都陸續(xù)下發(fā)《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》地方標準，顆粒物濃度≤ 10 mg/m3 已成為水泥窯除塵器排放的基本要求。

　　市場的需求就是研發(fā)的方向，西礦環(huán)保研發(fā)出排放≤10 mg/m3 除塵器，在袋改袋超低排放項目中得到了成功應用。

　　1 除塵器袋改袋的原因

　　空氣過濾技術(shù)是袋除塵器的基本原理。袋除塵器是采用過濾方式，將氣體中固體顆粒物進行分離的技術(shù)[1]。是表面過濾的方式(見圖1)。

　　水泥行業(yè)原本采用袋除塵器，仍然改造為袋除塵器，原因分析有以下幾個方面：

　　(1)設(shè)計標準提高：項目建設(shè)之初，當時的環(huán)保排放標準低(≤20~30 mg/m3 )，導致過濾面積選小。風量一定時，過濾面積偏小，過濾風速就過高，濾袋負荷會增加，直接影響袋除塵器的過濾效率，無法滿足排放≤10 mg/m3 。

　　(2)能耗過高：袋除塵器自身結(jié)構(gòu)設(shè)計或安裝缺陷造成阻力過大，系統(tǒng)電耗高，不滿足節(jié)能減排降碳的要求。

　　(3)水泥生產(chǎn)線提產(chǎn)現(xiàn)象：袋除塵器超負荷運行。

　　(4)水泥工藝的改進：近年來隨著水泥工藝增加了脫硫、脫硝、協(xié)同處置固廢等，水泥窯廢氣成分有所變化，特別是窯尾袋除塵器，凈氣室和煙道時有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

　　2 改造案例

　　四川某水泥公司，有一條2 500 t/d預分解窯水泥生產(chǎn)線，原窯尾是別家企業(yè)供應的袋除塵器，使用了近十年時間。改造前運行時窯尾除塵器出口顆粒物排放≤30 mg/m3 ，進出口壓差在1 500~ 1 700 Pa，設(shè)備有腐蝕情況。

　　該家水泥是一家有社會責任感的企業(yè)，在四川省水泥工業(yè)大氣污染物超低排放地方標準未提出時，公司領(lǐng)導未雨綢繆，于2019年12月決定對該生產(chǎn)線進行增產(chǎn)提效技改，要求窯尾袋除塵器改造后，出口顆粒物排放≤10 mg/m3 ;進出口壓差≤1 000 Pa。

　　3 袋改袋超低排放措施

　　原設(shè)備是袋除塵器，既是改造，就需最大限度地利舊，保留原設(shè)備殼體，灰斗等。然各家袋除塵器結(jié)構(gòu)各異，其進風方式、分風結(jié)構(gòu)等對袋除塵器的阻力影響各有不同，改造后系統(tǒng)處理煙氣量增加，排放要求更低。根據(jù)CBMP型袋除塵器的供貨經(jīng)驗，改造措施從六個方面進行。

　　3.1 增大過濾面積，降低過濾風速

　　降低過濾風速是袋除塵器提效改造首要考慮的因素，如果不改變?yōu)V料材質(zhì)，只有通過增大過濾面積去實現(xiàn)。當前水泥窯尾低壓、脈沖袋除塵器濾袋的通用標準直徑是Ф160 mm，保持不變，增大總過濾面積有三種方法，一是增加濾袋總數(shù)量;二是增加單個濾袋長度;三是既增加濾袋數(shù)量又增加單個濾袋長度。本項目的改造，保留原殼體，內(nèi)部布置濾袋的位置已限定，濾袋數(shù)量就限定了，只能采取增加濾袋長度的方法：將原殼體整體拔高1 m，濾袋長度增加1 m，總過濾面積增加17%，達到降低過濾風速的目的。

　　3.2 運用CFD氣流模擬仿真技術(shù)降低設(shè)備運行阻力

　　袋除塵器運行時，其內(nèi)部氣流均布性對除塵效率、阻力都有很大影響。原窯尾袋除塵器灰斗壁進氣，運行時進出口壓差在1 500~1 700 Pa，阻力過高。取進、出氣管道，殼體及袋除塵器內(nèi)部件等為研究對象，做CFD氣流模擬仿真，分析問題產(chǎn)生的原因。為得到更為準確的計算結(jié)果，對進氣形式盡量還原，模型包括進口煙道和進氣煙道中氣流分隔板，并做花板、實體濾袋、灰斗進風通道中的導流板等(見圖2)，以求盡量還原氣流流向，做更準確的模擬計算。分析結(jié)果為：進口管道處壓差 363 Pa，第一排袋室的煙氣流量與平均流量的偏差為58.8%;分風不均勻，在一定程度上影響設(shè)備運行阻力。

　　將設(shè)備加高1 m，建立新的三維模型(見圖 3)，再次做CFD氣流模擬仿真分析。針對進口管道阻力較大：改善進口管道對接，加大對接管道的口徑，氣流在此處的通風面積變大，局部阻力大幅度下降，改進后進口管道阻力下降大約300 Pa;袋室內(nèi)分風不均：按各袋室流量偏差小于10.5%，調(diào)整袋室內(nèi)導流板及氣流分隔板的布置，加大灰斗分風管道的口徑及調(diào)整管道方向，改變氣流流向和速度。通過兩項措施，各個袋室內(nèi)的氣流基本分配均勻(見圖4)，流量偏差10.16%。

　　3.3 濾袋濾料技術(shù)選型

　　預分解窯窯尾的常規(guī)工藝是：從五級預熱器 C1出來的廢氣溫度約280~350 ℃，經(jīng)過余熱鍋爐利用余熱發(fā)電后，約200 ℃的高溫煙氣進入生料磨烘干生料，之后進入窯尾除塵器;生料磨停機時，高溫煙氣進入增濕塔，經(jīng)過噴水降溫，進入窯尾除塵器。此時廢氣的性質(zhì)是：正常工況下溫度90~180 ℃，異常情況瞬時可能達到260 ℃，含濕量6%~8%(體積)，露點溫度為40 ℃左右，粉塵顆粒細，粉塵粒徑小于10μm者占90%~97%左右，小于2~3μm 者約占50%左右[2];粉塵的另一個特點是比電阻高，有時達到1012 Ω·cm以上。

　　根據(jù)窯尾瞬時高溫煙氣溫度，選擇耐高溫濾料。資料顯示，玻璃纖維，長期使用溫度260 ℃，瞬時可以耐溫290 ℃，有耐高溫的特性，且價格比較低廉。將其纖維織成布，表面通過熱合工藝，覆上PTFE薄膜。PTFE薄膜內(nèi)部呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，厚度約50μm，而每1 cm2 含有14億個微孔，完全替代氈料類的粉塵初次粘附層。氣流中0.2~0.5μm微細粉塵顆粒均能捕集。覆膜濾料不需要粉塵初次粘附層，就可以徹底清除濾料的積灰，真正實現(xiàn)表面過濾，且阻力僅有帶有粉塵初次粘層的針刺氈濾料的 2/3。本項目選擇玻纖覆膜濾袋。

　　3.4 采用高凈氣室結(jié)構(gòu)，降低腐蝕風險

　　近年來，隨著國家環(huán)保要求的提高，水泥生產(chǎn)過程增加脫硫、脫硝工藝，水泥窯尾煙氣性質(zhì)及成分發(fā)生較大改變，窯尾袋除塵器凈氣室有漏風時，冷熱氣流交匯，產(chǎn)生冷凝水，煙氣中的酸性成分或堿性成分，溶于水就會對殼體的碳鋼板產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。為減少漏風，降低腐蝕風險，將頂開蓋式凈氣室改為高箱體結(jié)構(gòu)，新增高箱體大凈氣室安裝于新增殼體頂部，袋籠做成分節(jié)形式，在高箱體內(nèi)完成安裝及更換濾袋袋籠，一個凈氣室只有1個人孔門，供安裝施工及操作人員檢修用，漏風幾率大幅減小，降低了凈氣室被腐蝕的風險。

　　3.5 優(yōu)化加工工藝，提升加工精度

　　采用激光切割技術(shù)加工花板，保證花板平面度偏差不大于花板長度的 2‰;花板孔中心位置度偏差+0.3 mm、下偏差0 mm;花板孔間距偏差小于上偏差+0.3 mm、下偏差-0.3 mm[3]。花板與加強筋型鋼焊接時，采用多道斷續(xù)焊接，減少焊后變形，同時焊后必須做煤油滲透檢驗。

　　花板與噴吹管、噴吹管支撐加工完成，在車間內(nèi)先進行預組裝，用對應圖號作標記，現(xiàn)場根據(jù)標記對應安裝，減少安裝誤差;脈沖閥與氣包組裝好后整體發(fā)貨，發(fā)貨前再做空氣壓力試驗，保證脈沖閥正常運行。

　　3.6 施工現(xiàn)場按圖施工、精準安裝

　　本項目為改造項目，安裝前對原設(shè)備袋室殼體進行修補，并根據(jù)整體受力情況對局部應力偏大部位進行加固處理。現(xiàn)場對花板、凈氣室、殼體各板之間全部實施氣密焊，焊后采用煤油滲透檢驗[3]。改造增加的導流板，進口管道及灰斗分風管道，嚴格按圖紙規(guī)定要求進行施工。在安裝濾袋、濾袋框架之前，對除塵器整體進行徹底的漏風檢查，并修補漏點。

　　本設(shè)備采用濾袋尺寸較長，制造時嚴格控制濾袋、袋籠骨架和花板孔的尺寸公差，并進行配合試驗。濾袋安裝時，在濾袋廠家的指導下，使用保護套細心安裝，避免劃傷濾袋覆膜。

　　袋除塵器裝完濾袋后，進行兩次熒光粉檢漏。兩次熒光粉選用不同顏色[3]。

　　改造后，該除塵器的技術(shù)參數(shù)見表1。

　　4 結(jié)束語

　　2020年4月，改造完成的生產(chǎn)線正式運行。5月 27日，根據(jù)合同約定，該公司委托四川某檢測公司對該生產(chǎn)線窯尾廢氣進行采樣檢測。檢測結(jié)果：顆粒物排放濃度平均值5.6 mg/m3 ，滿足合同約定的≤ 10 mg/m3 ;同步在線監(jiān)測，進出氣口壓差573 Pa，滿足合同約定的進出口壓差≤1 000 Pa的要求。