水泥窑炉电除尘器扩容改造方案的应用

　　自2014年3月1日《水泥工业大气污染物排放标准》对粉尘排放限值提高到30 mg/Nm3后，对现有企业设置一年半的宽限期，也正是在这期间，国内水泥厂掀起了一次水泥窑炉电除尘器提效改造的小高潮。作者参与了大量水泥厂的改造工作，每个水泥厂的工艺系统、生产模式、企业文化以及管理水平都存在较大的差异，所以在综合考虑业主意见的情况下，形成了基本路线相同但具体措施各异的改造方案，改造方向总的来说早期是电改袋，用户在总结改造的经验教训后，后期逐渐转向电改电。本文对几种常见改造方案进行简述，并结合一个电改电的改造实例进行讨论。

　　1　电除尘器的改造方案

　　1.1　电除尘器改造为袋除尘器

　　在新标准发布前投运的电除尘器都具有排放不能达标的情形，好简单的方法就是拆除电除尘器的顶盖和内部极板极线，保留灰斗、进出气口和侧墙。重新制作包含花板的顶部净气室，加装出气烟道把净化后的烟气重新引到电除尘器的出气口中。这样改造后除尘器能够轻松达到＜20 mg/Nm3的排放要求[1]。但是电除尘器改造为袋除尘器后，由于是使用滤袋进行物理过滤粉尘，所以除尘器阻力在原电除尘器基础上会增加800~1200 Pa，这就使得排风机需要进行增加全压的改造。为了缩短工期，一般都是更换风机叶轮和更换大功率电动机，保留风机壳体不动，这样不牵涉风机基础的改动，能够在除尘器改造的同时进行风机的改造。电改袋的优点是排放效果有保证，对水泥工艺系统设计的技术要求低，技术实力差一些的环保企业就能够实施这样的改造。缺点是投资相对较大，滤袋袋笼、脉冲阀等配套件价格昂贵。风机功率变大，能源消耗与改造前相比基本翻倍。滤袋的价值能占到整台袋除尘器价值的三分之一，而且滤袋每三年就需要更换一次，均摊到运行成本中时，袋除尘器的日常运行成本要远高于电除尘器的运行成本[2]。

　　1.2　电除尘器扩容改造

　　在新标准发布前好多水泥厂正在使用的电除尘器会出现按照老标准也不能达标的情况，出现这种情况的原因有电除尘器的选型设计偏小；实际烟气量超过设计烟气量；有的水泥厂只是把除尘器当做辅助机械，没有加以重视；除尘器的制造以及安装不合格；除尘器有缺陷；高压电源性能没有达到要求；没有充分利用增湿塔的烟气调质作用等等[3]。

　　造成电除尘器收尘效果差的原因多种多样，本文对多个工厂实例分析研究，有针对性地提出了不进行电改袋而是采用电除尘器扩容改造来提升除尘器性能的方案。在一个工程中可以是一种改造方法，也可以是多个改造方法并用，总的目的是以改造后除尘器的排放浓度达标为前提，尽量节约工期和资金。以下就几种能够有效改造电除尘器的方法进行介绍。

　　2　电除尘器扩容改造的具体方法

　　2.1　在进气口内增加气流反射装置

　　大多数的电除尘器进气烟道没有垂直于电除尘器进气口法兰，见图1。这就造成气流没有垂直进入除尘器，降低了进气口内气体分布板对气流的均布效果，使电场内负荷不均匀，降低电除尘器总的效率。为了降低气流没有垂直进入除尘器带来的影响，可以增加气流反射板来达到整流的作用。每个进气口中一般是安装两排反射板，每个反射板上均布6~15个反射单元。具体结构见图2。

　　图1　不合理的进气管道

　　图2　进气口气流反射板

　　反射板主要是把斜向进入进气口的气流进行重新分配，打乱不均匀的气流，保证通过反射板之后的气流更加均匀地进入后面的气体分布板。另外，烟气中的一部分大颗粒粉尘在机械碰撞的作用下，能够沉降下来，所以反射板还有一定的预除尘作用[4]。

　　2.2　增加蒸汽烟气调质装置

　　近几年水泥厂窑头窑尾都新增了低温余热发电锅炉，即回收了热能，又补充了工厂部分用电。但是余热发电后的烟气粉尘比电阻是上升的，这是一个不利于电除尘器工作的因素。以前通过喷水调质，能够有效地降低烟气粉尘比电阻。现在通过余热发电后，烟气温度已经降低到不能够再进行喷水调质的地步。因为再喷水会进一步降低烟气的温度，当温度降低到烟气露点附近时容易造成除尘器壳体的结露腐蚀。这时，采用从余热锅炉中引出一小股蒸汽对烟气粉尘进行调质的方法可以有效地降低粉尘的比电阻，并且喷蒸汽不会降低烟气的温度。引自余热锅炉的蒸汽也不会增加额外的成本。经过工程验证，在电除尘器前部的烟道内喷入蒸汽是一个有效提升电除尘器除尘效率的方法[4]。

　　2.3　增加收尘面积

　　新标准投运前电除尘器选型一般采用3个电场的居多，因为受到经济成本的限制，工业应用的电除尘器都是以满足业主指标为准，不会增加很大的富余量。而电除尘器的选型是根据业主提供的需要处理的烟气量以及进出口粉尘浓度通过计算确定除尘器的好小规格，也就是确定除尘器的总收尘面积、电场风速、电场长度和电场数等。通过在原电除尘器后部增加1~2个电场是增加收尘面积好常用的办法。一般除尘器的后部都会有加大的空间，改变出气口的出气方向就可以在不改变排风机位置的前提下增加电场[5]。

　　2.4　采用先进的高压电源

　　近年来电除尘器在本体结构上的理论研究达到一定程度后，一直没有本质性的技术突破。这就使得国内外对电除尘器的研发工作改变方向，着重点放到了改进电源上来，也确实开发了不少成果。三相电源、高频电源、高频恒流电源以及脉冲电源等纷纷投入使用。在所使用的电源中，GE公司的SQ300i控制器具有专家控制软件，能够自动跟踪烟气条件的变化，并且根据变化能自动地调整高压电源的控制参数和控制方式，使电除尘器能够工作在不错状态，提高除尘器的收尘效率[5]。

　　3　电除尘器的改造实例

　　3.1　现场概况

　　2014年接到安徽某水泥厂提出的电除尘器提效改造的要求。通过现场勘查，电除尘器是2003年建成投产的8000 t/d生产线，经过十多年的使用，除尘器性能逐步老化下降，粉尘排放指标已经远远不能满足国家环保要求，改造前用肉眼能够清晰看到烟囱口有烟尘排出，说明粉尘排放至少在150 mg/Nm3以上。

　　3.2　窑头电除尘器的改造方案

　　窑头电除尘器具体规格型号按照鲁奇型除尘器的规格表示方法折算后为：窑头规格：2×31/10.973/3×4.36/0.4 m，改造后规格：2×31/11/3×6+12/0.4 m。

　　改造内容为原除尘器更换改造为鲁奇型内部结构，后部增加一个12条带的电场，见图3。

　　图3　窑头电除尘器增加电场

　　具体步骤如下：

　　1）拆除并更换原进出风口分布板，原设计分布板只是斜向放置的网格板，垮塌后进行了简单的支撑，所以这次改造时完全拆除更换为鲁奇型的百叶窗分布板。

　　2）原除尘器壳体和灰斗保留，拆除电除尘器顶盖，顶部增加1　600 mm宽的顶梁。拆除及更换电除尘器所有内部件，阴阳极系统改造为鲁奇的顶部吊挂结构。原设计采用电磁振打，由于振打器年久失修，动作不灵活，造成振打力严重不足，极板极线积灰严重，同时业主反映电磁振打检修和调整振打力度比较困难，所以内部件的振打机构改造为机械锤振打。

　　3）在出风口位置增加一个12条带的电场，将原双室三电场电除尘器改为双室四电场电除尘器，使收尘面积在原来18　164 m2的基础上增加到20445m2。

　　4）把原单相工频可控硅高压电源改造为三相电源，同时采用GE-SQ300i控制器进行除尘器的控制，在同等电场条件下相比较于普通控制器，SQ300i通常可提高收尘效率15%～30%左右[1]。

　　5）电力室至控制柜及设备本体所需的电缆、桥架全部更新。

　　6）新增电场采用钢支架支撑，延长灰斗检修平台并加长拉链机。

　　7）原窑头风机及电动机、烟囱拆除并且后移，修复非标风管。

　　4　电除尘器的改造效果

　　本次电除尘器改造充分克服了原有电除尘器结构上的不利因素，在仔细核对图纸以及现场测绘本体结构后，好可能地利用了原电除尘器的壳体、灰斗以及进出气口，在主体结构不改动的前提下，既节省了工期、资金，又保证了运行效果。电除尘器改造前后的数据对比见表1。

　　表1　窑头电除尘器改造前后参数对比

　　前面介绍的多种改造方法中，在本项目上实施了更换先进电源和增加收尘面积这两项即达到了电除尘器粉尘浓度达标排放的效果，与业主讨论后确定作为预备方案的增加余热蒸汽调质的方案暂时搁置，留待后期电除尘器进一步改造时增加。

　　改造完成投运后，通过2015年12月到2016年8月之间的多次检测。烟囱中粉尘排放浓度稳定在20~27 mg/Nm3，达到了本次改造的目的。

　　5　结束语

　　水泥厂电除尘器在使用过程中，影响其使用效率的因素有很多，并且这些因素都是互相作用共同影响的，从选型、设计、制作、安装、操作、维护等各个环节都是环环相扣的。因此每一家水泥厂在改造电除尘器时都不是一成不变的，要根据现场具体情况具体分析，制定有针对性的方案才能确保改造成功。

　　作者：赵　刚，马文锁

　　作者单位：河南科技大学

　　文章摘自《水泥》杂志2017年第2期