窑尾袋除尘器超低排放技术的工程实践

　　摘 要 窑尾袋除尘器改造，要求出口颗粒物排放≤10 mg/m3 ;进出口压差≤1 000 Pa。根据其进风方式及分风结构，保留原壳体，增大过滤面积，降低过滤风速;运用CFD气流模拟仿真技术，科学设计，降低设备运行阻力;选择玻纤覆膜滤袋;采用高净气室结构，降低腐蚀风险;优化加工工艺，提升加工精度;施工现场按图施工、精准安装。改造后颗粒物排放浓度平均值5.6 mg/m3 ，进出口压差573 Pa。

　　本文源自陈贵福; 陈月莉; 任轩; 鲁果; 任保国， 新世纪水泥导报 发表时间：2021-05-19《新世纪水泥导报》(双月刊)创刊于1995年，由成都建筑材料工业设计研究院有限公司、新型干法水泥生产技术研究会主办。内容丰富多彩，可读性强。不少国内外水泥界人士和企业对本刊给予了“技术含量和文献价值高”的好评，众多水泥工作者已视本刊为其事业发展的良师益友。进入新世纪，新型干法窑外分解技术己经是主导我国水泥工业发展的先进技术。

　　关键词 袋除尘器 改造 超低排放

　　0 引言

　　水泥产品在给社会带来财富和提升人们生活水平的同时，也给自然环境带来不同程度的破坏。减少水泥生产过程污染物的排放，是水泥技术工作者不断的追求，水泥工业大气污染物的超低排放是水泥行业顺应大势发展的具体行动。

　　自超低排放概念植入行业以来，部分省份如河北、安徽、河南、浙江等省都陆续下发《水泥工业大气污染物排放标准》地方标准，颗粒物浓度≤ 10 mg/m3 已成为水泥窑除尘器排放的基本要求。

　　市场的需求就是研发的方向，西矿环保研发出排放≤10 mg/m3 除尘器，在袋改袋超低排放项目中得到了成功应用。

　　1 除尘器袋改袋的原因

　　空气过滤技术是袋除尘器的基本原理。袋除尘器是采用过滤方式，将气体中固体颗粒物进行分离的技术[1]。是表面过滤的方式(见图1)。

　　水泥行业原本采用袋除尘器，仍然改造为袋除尘器，原因分析有以下几个方面：

　　(1)设计标准提高：项目建设之初，当时的环保排放标准低(≤20~30 mg/m3 )，导致过滤面积选小。风量一定时，过滤面积偏小，过滤风速就过高，滤袋负荷会增加，直接影响袋除尘器的过滤效率，无法满足排放≤10 mg/m3 。

　　(2)能耗过高：袋除尘器自身结构设计或安装缺陷造成阻力过大，系统电耗高，不满足节能减排降碳的要求。

　　(3)水泥生产线提产现象：袋除尘器超负荷运行。

　　(4)水泥工艺的改进：近年来随着水泥工艺增加了脱硫、脱硝、协同处置固废等，水泥窑废气成分有所变化，特别是窑尾袋除尘器，净气室和烟道时有腐蚀现象发生。

　　2 改造案例

　　四川某水泥公司，有一条2 500 t/d预分解窑水泥生产线，原窑尾是别家企业供应的袋除尘器，使用了近十年时间。改造前运行时窑尾除尘器出口颗粒物排放≤30 mg/m3 ，进出口压差在1 500~ 1 700 Pa，设备有腐蚀情况。

　　该家水泥是一家有社会责任感的企业，在四川省水泥工业大气污染物超低排放地方标准未提出时，公司领导未雨绸缪，于2019年12月决定对该生产线进行增产提效技改，要求窑尾袋除尘器改造后，出口颗粒物排放≤10 mg/m3 ;进出口压差≤1 000 Pa。

　　3 袋改袋超低排放措施

　　原设备是袋除尘器，既是改造，就需最大限度地利旧，保留原设备壳体，灰斗等。然各家袋除尘器结构各异，其进风方式、分风结构等对袋除尘器的阻力影响各有不同，改造后系统处理烟气量增加，排放要求更低。根据CBMP型袋除尘器的供货经验，改造措施从六个方面进行。

　　3.1 增大过滤面积，降低过滤风速

　　降低过滤风速是袋除尘器提效改造首要考虑的因素，如果不改变滤料材质，只有通过增大过滤面积去实现。当前水泥窑尾低压、脉冲袋除尘器滤袋的通用标准直径是Ф160 mm，保持不变，增大总过滤面积有三种方法，一是增加滤袋总数量;二是增加单个滤袋长度;三是既增加滤袋数量又增加单个滤袋长度。本项目的改造，保留原壳体，内部布置滤袋的位置已限定，滤袋数量就限定了，只能采取增加滤袋长度的方法：将原壳体整体拔高1 m，滤袋长度增加1 m，总过滤面积增加17%，达到降低过滤风速的目的。

　　3.2 运用CFD气流模拟仿真技术降低设备运行阻力

　　袋除尘器运行时，其内部气流均布性对除尘效率、阻力都有很大影响。原窑尾袋除尘器灰斗壁进气，运行时进出口压差在1 500~1 700 Pa，阻力过高。取进、出气管道，壳体及袋除尘器内部件等为研究对象，做CFD气流模拟仿真，分析问题产生的原因。为得到更为准确的计算结果，对进气形式尽量还原，模型包括进口烟道和进气烟道中气流分隔板，并做花板、实体滤袋、灰斗进风通道中的导流板等(见图2)，以求尽量还原气流流向，做更准确的模拟计算。分析结果为：进口管道处压差 363 Pa，第一排袋室的烟气流量与平均流量的偏差为58.8%;分风不均匀，在一定程度上影响设备运行阻力。

　　将设备加高1 m，建立新的三维模型(见图 3)，再次做CFD气流模拟仿真分析。针对进口管道阻力较大：改善进口管道对接，加大对接管道的口径，气流在此处的通风面积变大，局部阻力大幅度下降，改进后进口管道阻力下降大约300 Pa;袋室内分风不均：按各袋室流量偏差小于10.5%，调整袋室内导流板及气流分隔板的布置，加大灰斗分风管道的口径及调整管道方向，改变气流流向和速度。通过两项措施，各个袋室内的气流基本分配均匀(见图4)，流量偏差10.16%。

　　3.3 滤袋滤料技术选型

　　预分解窑窑尾的常规工艺是：从五级预热器 C1出来的废气温度约280~350 ℃，经过余热锅炉利用余热发电后，约200 ℃的高温烟气进入生料磨烘干生料，之后进入窑尾除尘器;生料磨停机时，高温烟气进入增湿塔，经过喷水降温，进入窑尾除尘器。此时废气的性质是：正常工况下温度90~180 ℃，异常情况瞬时可能达到260 ℃，含湿量6%~8%(体积)，露点温度为40 ℃左右，粉尘颗粒细，粉尘粒径小于10μm者占90%~97%左右，小于2~3μm 者约占50%左右[2];粉尘的另一个特点是比电阻高，有时达到1012 Ω·cm以上。

　　根据窑尾瞬时高温烟气温度，选择耐高温滤料。资料显示，玻璃纤维，长期使用温度260 ℃，瞬时可以耐温290 ℃，有耐高温的特性，且价格比较低廉。将其纤维织成布，表面通过热合工艺，覆上PTFE薄膜。PTFE薄膜内部呈网状结构，厚度约50μm，而每1 cm2 含有14亿个微孔，完全替代毡料类的粉尘初次粘附层。气流中0.2~0.5μm微细粉尘颗粒均能捕集。覆膜滤料不需要粉尘初次粘附层，就可以彻底清除滤料的积灰，真正实现表面过滤，且阻力仅有带有粉尘初次粘层的针刺毡滤料的 2/3。本项目选择玻纤覆膜滤袋。

　　3.4 采用高净气室结构，降低腐蚀风险

　　近年来，随着国家环保要求的提高，水泥生产过程增加脱硫、脱硝工艺，水泥窑尾烟气性质及成分发生较大改变，窑尾袋除尘器净气室有漏风时，冷热气流交汇，产生冷凝水，烟气中的酸性成分或碱性成分，溶于水就会对壳体的碳钢板产生腐蚀现象。为减少漏风，降低腐蚀风险，将顶开盖式净气室改为高箱体结构，新增高箱体大净气室安装于新增壳体顶部，袋笼做成分节形式，在高箱体内完成安装及更换滤袋袋笼，一个净气室只有1个人孔门，供安装施工及操作人员检修用，漏风几率大幅减小，降低了净气室被腐蚀的风险。

　　3.5 优化加工工艺，提升加工精度

　　采用激光切割技术加工花板，保证花板平面度偏差不大于花板长度的 2‰;花板孔中心位置度偏差+0.3 mm、下偏差0 mm;花板孔间距偏差小于上偏差+0.3 mm、下偏差-0.3 mm[3]。花板与加强筋型钢焊接时，采用多道断续焊接，减少焊后变形，同时焊后必须做煤油渗透检验。

　　花板与喷吹管、喷吹管支撑加工完成，在车间内先进行预组装，用对应图号作标记，现场根据标记对应安装，减少安装误差;脉冲阀与气包组装好后整体发货，发货前再做空气压力试验，保证脉冲阀正常运行。

　　3.6 施工现场按图施工、精准安装

　　本项目为改造项目，安装前对原设备袋室壳体进行修补，并根据整体受力情况对局部应力偏大部位进行加固处理。现场对花板、净气室、壳体各板之间全部实施气密焊，焊后采用煤油渗透检验[3]。改造增加的导流板，进口管道及灰斗分风管道，严格按图纸规定要求进行施工。在安装滤袋、滤袋框架之前，对除尘器整体进行彻底的漏风检查，并修补漏点。

　　本设备采用滤袋尺寸较长，制造时严格控制滤袋、袋笼骨架和花板孔的尺寸公差，并进行配合试验。滤袋安装时，在滤袋厂家的指导下，使用保护套细心安装，避免划伤滤袋覆膜。

　　袋除尘器装完滤袋后，进行两次荧光粉检漏。两次荧光粉选用不同颜色[3]。

　　改造后，该除尘器的技术参数见表1。

　　4 结束语

　　2020年4月，改造完成的生产线正式运行。5月 27日，根据合同约定，该公司委托四川某检测公司对该生产线窑尾废气进行采样检测。检测结果：颗粒物排放浓度平均值5.6 mg/m3 ，满足合同约定的≤ 10 mg/m3 ;同步在线监测，进出气口压差573 Pa，满足合同约定的进出口压差≤1 000 Pa的要求。