浅议超低排放除尘系统解决方案
2019-08-0916:06:13
1概述
水泥工业GB4915《水泥工业大气污染物排放标准》一直是我国水泥工业环保发展的指南，是我国环保除尘工业发展的写照，标准经历了多版新.总结其历年版各项主要指标控制要求的变化见表1。
其中2013年版变化大，不但指标要求大幅度提高，其控制的排放项目也越来越多。这样一个变化趋势说明了我国对环保的重视和经济发展转型的决心.对人民对世界负责任的。我国经济已经步入新常态。企业应主动调低对宏观经济增速的预期.放低自身增长目标，确立与宏观经济中高速增长新常态相适应的发展规划，同时提高自身社会责任，减排、降耗成为我们发展的主题。
中国建材联合会提出的“代干法水泥技术”理念，环保指标要求提高是其标志之一。例如水泥窑袋除尘器的主要指标如下：排放浓度从20—30mg/Nm降低到5mg/Nm。：本体阻力从1500Pa降低到1200Pa;本体漏风率低于3%，减排与节能并重。
用什么样的技术来达到粉尘排放和除尘器阻力“双降”的目标?近年来，工业除尘大都采用了袋除尘器，原建设的许多不达标的除尘器大都进行了改造，但实现这个“双降”的要求，许多除尘器并没有达到，还需二次改造。根据我们近几年实施的大量改造案例认为，实现上述要求主要有电除尘器自身改造、电袋复合技术和袋除尘器优化等措施。
2除尘系统改造方案
2.1电除尘器的提升改造
目前我国现有处理工业废气的电除尘器有多种技术来源，主流的和大量应用的主要有Lurgi型和EE型等，由于设计选型较早，电场数量较少，电晕效率不高，一般只能达到50mg/Nm。的排放限值，再加上设备老化，要求再低的排放值进行改造升级。
电除尘器升级改造一般遵循以下原则：
1)完善气体调质系统设备.使气体粉尘比电阻适应静电场荷电要求：
2)换老化的电场构件，包括板线以及振打清灰机构等：
3)增加除尘面积，增加电场数量，降低事故排放风险：
4)增加的减少二次扬尘的装置，例如出IZl槽形板等：
5)换新型电源，或增加电流增强器。拓宽对粉尘比电阻的适应范围。
第5项应是改造升级.因为我国大量应用的工频高压电源与电除尘器本体的匹配和电晕效率普遍较低，在电源性能提升上下工夫。高频电源、脉冲电源和电流增强器等拓宽了对粉尘比电阻的适应范围，确实有很好的效果，但新型电源的价格是普通工频电源的几倍到十几倍。
对于电除尘器的提升改造，我们在实际工程应用和改造项目中都有实践.总的体会是：要想达到理想的效果，以上5项原则措施都应考虑，成本投入会偏高，而一旦考虑不周或者投入不到位，设备的运行效果就会达不到目标或运行稳定性不够。
2.2采用电袋复合技术
在袋室的前部增加电场，经过电场预除尘除去大颗粒粉尘，降低后续袋除尘器的负荷，滤袋只需除去烟气中残余的细微粉尘，从而降低排放浓度。这种方法可以除尘器的性能，但从电场和袋室气流合理分布的角度对结构设计要求很高，所以横插袋的电袋
采用多种导流手段，包括导流板、斜隔板、导流体等，以合流分布而尽量缩短过渡区，但结果是过渡区的长度￡≥1/3H(电场高度)才能合理。
这样需要大的设备体积，要有足够的电场空问可利用，总之实现目标的成本会相对提高。
2.3纯袋除尘器的结构优化
为实现粉尘排放和除尘器阻力的“双降”，就要对除尘器本体结构的设计提出高的要求。现代设计需要经过计算机数字流场模拟确定合理结构，才能把单位过滤面积下系统阻力降低。系统阻力是过滤阻力、本体结构阻力和除尘器前后管道阻力之和，过滤阻力的降低我们在后面探讨。要降低本体结构阻力使气体流场均匀合理，我们认为至少要做到：
1)需要经过计算机数字流场模拟确定合理结构;
2)总体分风和分室气流合理顺畅;
3)采用低阻力的分室阀门结构;
4)清灰机构是合理和的。
2.4提高本体和滤袋制造精度
提是进一步降低排放的重要途径，实际案例中，滤袋与孔板接口不严，滤袋针孔，甚至焊缝砂眼都是造成排放超标的常见原因。因此我们要充分重视。
提高制造精度主要应做到：
1)孔板加工采用激光切割，孑L径尺寸精度和加工光洁度，同时在喷吹箱加工过程中出现应力变形时进行矫正，袋孑L尺寸与滤袋口密切配合。
2)所有密封焊缝要经过严格的密封试验检测。制造车间密封焊容易质量，但大型除尘器几乎都有现场(工地)密封焊的工序，这道工序恰恰需要严格把关，现场安装工作应本着尽量减少立焊、避免仰焊的原则进行，例如先组焊后吊装焊接。后还要进行严格的渗漏检测，有问题修补直至合格。
3)提高滤袋的制造精度，包括提高滤料制造和滤袋缝制精度，这样可以提高滤袋的过滤效果。滤袋制作要求采用现代的针刺设备、定型设备，的滤料处理工艺，的缝制设备，甚至应附带针孔自动封堵装置。
滤袋、孔板及袋笼的尺寸配合，对提高过滤效率乃至滤袋寿命至关重要。从这个意义上讲，滤袋的采购及质量控制由除尘器制造商OEM是非常的，否则可能无法达到要求。
2.5降低袋除尘器过滤风速
通过对滤料过滤特性的知道，滤料有两种过滤方式，内部过滤与表面过滤。内部过滤又称深层过滤，含尘气体通过洁净滤料，这时起作用的主要是纤维，然后阻留在滤料内部的粉尘将和纤维一起参与过滤，当纤维层达到的容尘量后.后续的尘粒将被阻止通过;表面过滤一般是在过滤基料表面覆盖一层微孔PTFE薄膜.由于薄膜的微孔径可以很小.每个微孑L直径(0.1～0.5p,m)比水分子直径(20～1001.zm)/J~很多，比水蒸气分子f0.0003-0.00041xm)大上万倍.该膜表面每平方厘米能达到十多亿个微孑L，可以使水蒸气通过，而水滴不能通过，因此任何微细粉尘均可被阻挡，且无任何粉尘进入基层滤料。这就是表面过滤不管是深层过滤还是表面过滤。其过滤精度都可达到很高，当然不同的过滤机理需要不同的过滤参数的选择对于深层过滤，滤料表面形成粉尘层后.尘粒渗漏到滤料内部参与过滤阻挡后续粉尘。产生渗漏的吹出滤袋，或者随着附着粉尘的增加，使得滤料伸长，以至于原来被捕集的粉尘渗透出去。在高过滤速度、高压力损失和滤料受振动下，渗漏将加重。因为高过滤速度，将导致粉尘层的压力降增大，使渗漏增多。因此降低过滤风速，将减少粉尘的排放，特别是对于深层过滤而言另外，过滤阻力是与过滤风速的平方基本成正比的。就是说降低过滤风速不但会降低粉尘泄漏量，而且将大幅度降低过滤阻力。同时对于袋除尘器而言也延长了滤袋寿命，它们是相辅相成的。
我们和实际测试统计了入口含尘浓度达到100g/Nm。水泥窑尾f生料磨后1废气除尘的一些参数。表2是采用深层过滤且在相同的滤料不同的过滤风速下对应的不同粉尘排放浓度.同时产生不同的过滤阻力。
通过表2数据推测.将气布比降到0.8m3/(m2˙min)，可使袋除尘器的排放浓度低于10mg/Nm3，即实际过滤风速取到<0.8m/min时超低排放和低阻力的是的。
增加过滤面积的方法可以增加滤袋数量，依据我们的经验也可适当增加滤袋长度。但如果是在实际袋除尘器的提升改造中，简单地增加滤袋数量和加长滤袋提高袋室高度的办法，可能会使分风均匀性和整体结构阻力变得不尽合理，甚至造成滤袋早期破损。因此还需通过模拟试验适当考虑调整除尘器内部分风板角度，增加分室折流板及挡块等结构。这样尽管使设备结构重量有所增加，但对降低阻力和提高滤袋寿命意义重大。
过滤风速的降低和本体结构的合理调整降低了除尘器总阻力，这就是新结构阻力降低的主要原因。
3实例
要将排放要求降得低，甚至同时要求降低某种丁艺废气中重金属及其他废物排放，需要采取的技术及系统解决方案。
下面结合2010年我们参与拉法基公司的美国拉维纳(Ravena)5000t/d水泥熟料生产线生料磨废气处理系统的投标案例进行分析。我们首先看看美国提出的指标要求(见表3)。
由于该公司位于美国纽约州.是水泥窑协同处理垃圾的项目.对环保的要求相当高，≤2mg/Nm的粉尘排放限值和~4txg/Nm汞排放限值比我国GB4915—2013的要求高很多，可以认为要求是零排放，而且在指标的检测要求上环保指标是零容忍。我们靠什么装备及系统技术方案满足要求呢?以上所谈措施就是我们的思路，但另有降汞和物的排放指标综合考虑。
拉法基公司建议的废气处理设备是“HYBRIDDUST”，即电袋复合除尘器，系统工艺是在前除尘器部分要去除废气中的粉尘，为降低阻力用静电除尘，后部分为袋除尘器，为终除尘器，≤2mg/Nm的粉尘排放限值。为去除重金属汞和其他物.在袋除尘器之前通入活性炭，通过袋除尘器收集循环使用。
鉴于以上技术分析，电袋复合除尘器的电场和袋室之间要有一个很好的过渡导流段，才能实现电袋复合除尘器各自的功效，实际上他们给出的工艺参考图正是这样，见图6。
我们认为，此方案由于后续除尘器重要的作用是进行碳循环吸附物及重金属，因此，一旦前面电除尘器出现事故排放导致粉尘带人碳粉将使碳粉“中毒”失去活性。
因此，我们提出了用两台袋除尘器串联的方案，做到每一台袋除尘器都达到≤2mg/Nm的粉尘排放限值，且为了降低系统阻力，希望在台除尘器设置旁路，一旦工艺废气中无重金属及物排放时打开旁路，可降低一半的除尘系统阻力，总的环保度及系统运行性经济性比“HYBRIDDUST”提高很多。实际上业主采用了我们的双袋除尘器串联的方案，见图7。
4结束语
中材装备集团有限公司近几年获得了很多除尘技术服务的机会，大型除尘器供货近千台，除尘器改造两百台以上，由于在除尘系统方案设计中尽可能采用了前述超低排放技术理念，全部做到了优于新国标排放限值，且许多项目做到了超低排放标准，同时本体运行阻力低，这样的案例很多，例如：2008年2月.2010年8月，2013年7月，2015年3月赞皇金隅水泥有限责任公司水泥3条生产线窑头、窑尾袋除尘器及电改袋除尘器;2009年7月份投产的中材湘潭水泥有限责任公司5000t/d水泥生产线窑尾除尘器：2010年8月投产的LAFARGE遵义三岔拉法基瑞安水泥有限公司及都江堰拉法基水泥有限公司三线5000t/d水泥生产线窑头、窑尾及水泥磨、煤磨等全厂袋除尘器：2009年12月及2014年3月分别改造的大连小野田水泥有限公司4O00t/d水泥生产线窑尾和窑头袋除尘器：2015年7～l0月改造完成的台泥(贵港)水泥有限公司和台泥(英德)水泥有限公司6800t/d水泥生产线7台窑尾袋除尘器。其排放监测值或环保验收数据粉尘排放均在5mg/Nm3左右.低1.4mg/Nm3;许多除尘器在常规清灰状态下长期运行阻力<700Pa，滤袋寿命长达到7年。
大量实践充分说明了我们关注排放和能耗“双降”对于超低排放总体解决方案的探讨和经验是很有意义的，相信是上广泛认可的技术路线，也希望给大家探讨解决越来越严格的环保问题提供一个思路。
