窯尾袋除塵器超低排放技術的工程實踐

　　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。根據其進風方式及分風結構，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，科學設計，降低設備運行阻力;選擇玻纖覆膜濾袋;采用高凈氣室結構，降低腐蝕風險;優化加工工藝，提升加工精度;施工現場按圖施工、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 發表時間：2021-05-19《新世紀水泥導報》(雙月刊)創刊于1995年，由成都建筑材料工業設計研究院有限公司、新型干法水泥生產技術研究會主辦。內容豐富多彩，可讀性強。不少國內外水泥界人士和企業對本刊給予了“技術含量和文獻價值高”的好評，眾多水泥工作者已視本刊為其事業發展的良師益友。進入新世紀，新型干法窯外分解技術己經是主導我國水泥工業發展的先進技術。

　　關鍵詞 袋除塵器 改造 超低排放

　　0 引言

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

　　自超低排放概念植入行業以來，部分省份如河北、安徽、河南、浙江等省都陸續下發《水泥工業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的方向，西礦環保研發出排放≤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[1]。是表面過濾的方式(見圖1)。

　　水泥行業原本采用袋除塵器，仍然改造為袋除塵器，原因分析有以下幾個方面：

　　(1)設計標準提高：項目建設之初，當時的環保排放標準低(≤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：袋除塵器自身結構設計或安裝缺陷造成阻力過大，系統電耗高，不滿足節能減排降碳的要求。

　　(3)水泥生產線提產現象：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象發生。

　　2 改造案例

　　四川某水泥公司，有一條2 500 t/d預分解窯水泥生產線，原窯尾是別家企業供應的袋除塵器，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，設備有腐蝕情況。

　　該家水泥是一家有社會責任感的企業，在四川省水泥工業大氣污染物超低排放地方標準未提出時，公司領導未雨綢繆，于2019年12月決定對該生產線進行增產提效技改，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

　　原設備是袋除塵器，既是改造，就需最大限度地利舊，保留原設備殼體，灰斗等。然各家袋除塵器結構各異，其進風方式、分風結構等對袋除塵器的阻力影響各有不同，改造后系統處理煙氣量增加，排放要求更低。根據CBMP型袋除塵器的供貨經驗，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，如果不改變濾料材質，只有通過增大過濾面積去實現。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，一是增加濾袋總數量;二是增加單個濾袋長度;三是既增加濾袋數量又增加單個濾袋長度。本項目的改造，保留原殼體，內部布置濾袋的位置已限定，濾袋數量就限定了，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氣流模擬仿真技術降低設備運行阻力

　　袋除塵器運行時，其內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，殼體及袋除塵器內部件等為研究對象，做CFD氣流模擬仿真，分析問題產生的原因。為得到更為準確的計算結果，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備運行阻力。

　　將設備加高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;袋室內分風不均：按各袋室流量偏差小于10.5%，調整袋室內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 濾袋濾料技術選型

　　預分解窯窯尾的常規工藝是：從五級預熱器 C1出來的廢氣溫度約280~350 ℃，經過余熱鍋爐利用余熱發電后，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，經過噴水降溫，進入窯尾除塵器。此時廢氣的性質是：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薄膜內部呈網狀結構，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 采用高凈氣室結構，降低腐蝕風險

　　近年來，隨著國家環保要求的提高，水泥生產過程增加脫硫、脫硝工藝，水泥窯尾煙氣性質及成分發生較大改變，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生腐蝕現象。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構，新增高箱體大凈氣室安裝于新增殼體頂部，袋籠做成分節形式，在高箱體內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 優化加工工藝，提升加工精度

　　采用激光切割技術加工花板，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]?；ò迮c加強筋型鋼焊接時，采用多道斷續焊接，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，在車間內先進行預組裝，用對應圖號作標記，現場根據標記對應安裝，減少安裝誤差;脈沖閥與氣包組裝好后整體發貨，發貨前再做空氣壓力試驗，保證脈沖閥正常運行。

　　3.6 施工現場按圖施工、精準安裝

　　本項目為改造項目，安裝前對原設備袋室殼體進行修補，并根據整體受力情況對局部應力偏大部位進行加固處理。現場對花板、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，該除塵器的技術參數見表1。

　　4 結束語

　　2020年4月，改造完成的生產線正式運行。5月 27日，根據合同約定，該公司委托四川某檢測公司對該生產線窯尾廢氣進行采樣檢測。檢測結果：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。