淺議超低排放除塵系統解決方案
2019-08-0916:06:13
1概述
水泥工業GB4915《水泥工業大氣污染物排放標準》一直是我國水泥工業環保發展的指南，是我國環保除塵工業發展的寫照，標準經歷了多版新.總結其歷年版各項主要指標控制要求的變化見表1。
其中2013年版變化大，不但指標要求大幅度提高，其控制的排放項目也越來越多。這樣一個變化趨勢說明了我國對環保的重視和經濟發展轉型的決心.對人民對世界負責任的。我國經濟已經步入新常態。企業應主動調低對宏觀經濟增速的預期.放低自身增長目標，確立與宏觀經濟中高速增長新常態相適應的發展規劃，同時提高自身社會責任，減排、降耗成為我們發展的主題。
中國建材聯合會提出的“代干法水泥技術”理念，環保指標要求提高是其標志之一。例如水泥窯袋除塵器的主要指標如下：排放濃度從20—30mg/Nm降低到5mg/Nm。：本體阻力從1500Pa降低到1200Pa;本體漏風率低于3%，減排與節能并重。
用什么樣的技術來達到粉塵排放和除塵器阻力“雙降”的目標?近年來，工業除塵大都采用了袋除塵器，原建設的許多不達標的除塵器大都進行了改造，但實現這個“雙降”的要求，許多除塵器并沒有達到，還需二次改造。根據我們近幾年實施的大量改造案例認為，實現上述要求主要有電除塵器自身改造、電袋復合技術和袋除塵器優化等措施。
2除塵系統改造方案
2.1電除塵器的提升改造
目前我國現有處理工業廢氣的電除塵器有多種技術來源，主流的和大量應用的主要有Lurgi型和EE型等，由于設計選型較早，電場數量較少，電暈效率不高，一般只能達到50mg/Nm。的排放限值，再加上設備老化，要求再低的排放值進行改造升級。
電除塵器升級改造一般遵循以下原則：
1)完善氣體調質系統設備.使氣體粉塵比電阻適應靜電場荷電要求：
2)換老化的電場構件，包括板線以及振打清灰機構等：
3)增加除塵面積，增加電場數量，降低事故排放風險：
4)增加的減少二次揚塵的裝置，例如出IZl槽形板等：
5)換新型電源，或增加電流增強器。拓寬對粉塵比電阻的適應范圍。
第5項應是改造升級.因為我國大量應用的工頻高壓電源與電除塵器本體的匹配和電暈效率普遍較低，在電源性能提升上下工夫。高頻電源、脈沖電源和電流增強器等拓寬了對粉塵比電阻的適應范圍，確實有很好的效果，但新型電源的價格是普通工頻電源的幾倍到十幾倍。
對于電除塵器的提升改造，我們在實際工程應用和改造項目中都有實踐.總的體會是：要想達到理想的效果，以上5項原則措施都應考慮，成本投入會偏高，而一旦考慮不周或者投入不到位，設備的運行效果就會達不到目標或運行穩定性不夠。
2.2采用電袋復合技術
在袋室的前部增加電場，經過電場預除塵除去大顆粒粉塵，降低后續袋除塵器的負荷，濾袋只需除去煙氣中殘余的細微粉塵，從而降低排放濃度。這種方法可以除塵器的性能，但從電場和袋室氣流合理分布的角度對結構設計要求很高，所以橫插袋的電袋
采用多種導流手段，包括導流板、斜隔板、導流體等，以合流分布而盡量縮短過渡區，但結果是過渡區的長度￡≥1/3H(電場高度)才能合理。
這樣需要大的設備體積，要有足夠的電場空問可利用，總之實現目標的成本會相對提高。
2.3純袋除塵器的結構優化
為實現粉塵排放和除塵器阻力的“雙降”，就要對除塵器本體結構的設計提出高的要求。現代設計需要經過計算機數字流場模擬確定合理結構，才能把單位過濾面積下系統阻力降低。系統阻力是過濾阻力、本體結構阻力和除塵器前后管道阻力之和，過濾阻力的降低我們在后面探討。要降低本體結構阻力使氣體流場均勻合理，我們認為至少要做到：
1)需要經過計算機數字流場模擬確定合理結構;
2)總體分風和分室氣流合理順暢;
3)采用低阻力的分室閥門結構;
4)清灰機構是合理和的。
2.4提高本體和濾袋制造精度
提是進一步降低排放的重要途徑，實際案例中，濾袋與孔板接口不嚴，濾袋針孔，甚至焊縫砂眼都是造成排放超標的常見原因。因此我們要充分重視。
提高制造精度主要應做到：
1)孔板加工采用激光切割，孑L徑尺寸精度和加工光潔度，同時在噴吹箱加工過程中出現應力變形時進行矯正，袋孑L尺寸與濾袋口密切配合。
2)所有密封焊縫要經過嚴格的密封試驗檢測。制造車間密封焊容易質量，但大型除塵器幾乎都有現場(工地)密封焊的工序，這道工序恰恰需要嚴格把關，現場安裝工作應本著盡量減少立焊、避免仰焊的原則進行，例如先組焊后吊裝焊接。后還要進行嚴格的滲漏檢測，有問題修補直至合格。
3)提高濾袋的制造精度，包括提高濾料制造和濾袋縫制精度，這樣可以提高濾袋的過濾效果。濾袋制作要求采用現代的針刺設備、定型設備，的濾料處理工藝，的縫制設備，甚至應附帶針孔自動封堵裝置。
濾袋、孔板及袋籠的尺寸配合，對提高過濾效率乃至濾袋壽命至關重要。從這個意義上講，濾袋的采購及質量控制由除塵器制造商OEM是非常的，否則可能無法達到要求。
2.5降低袋除塵器過濾風速
通過對濾料過濾特性的知道，濾料有兩種過濾方式，內部過濾與表面過濾。內部過濾又稱深層過濾，含塵氣體通過潔凈濾料，這時起作用的主要是纖維，然后阻留在濾料內部的粉塵將和纖維一起參與過濾，當纖維層達到的容塵量后.后續的塵粒將被阻止通過;表面過濾一般是在過濾基料表面覆蓋一層微孔PTFE薄膜.由于薄膜的微孔徑可以很小.每個微孑L直徑(0.1～0.5p,m)比水分子直徑(20～1001.zm)/J~很多，比水蒸氣分子f0.0003-0.00041xm)大上萬倍.該膜表面每平方厘米能達到十多億個微孑L，可以使水蒸氣通過，而水滴不能通過，因此任何微細粉塵均可被阻擋，且無任何粉塵進入基層濾料。這就是表面過濾不管是深層過濾還是表面過濾。其過濾精度都可達到很高，當然不同的過濾機理需要不同的過濾參數的選擇對于深層過濾，濾料表面形成粉塵層后.塵粒滲漏到濾料內部參與過濾阻擋后續粉塵。產生滲漏的吹出濾袋，或者隨著附著粉塵的增加，使得濾料伸長，以至于原來被捕集的粉塵滲透出去。在高過濾速度、高壓力損失和濾料受振動下，滲漏將加重。因為高過濾速度，將導致粉塵層的壓力降增大，使滲漏增多。因此降低過濾風速，將減少粉塵的排放，特別是對于深層過濾而言另外，過濾阻力是與過濾風速的平方基本成正比的。就是說降低過濾風速不但會降低粉塵泄漏量，而且將大幅度降低過濾阻力。同時對于袋除塵器而言也延長了濾袋壽命，它們是相輔相成的。
我們和實際測試統計了入口含塵濃度達到100g/Nm。水泥窯尾f生料磨后1廢氣除塵的一些參數。表2是采用深層過濾且在相同的濾料不同的過濾風速下對應的不同粉塵排放濃度.同時產生不同的過濾阻力。
通過表2數據推測.將氣布比降到0.8m3/(m2˙min)，可使袋除塵器的排放濃度低于10mg/Nm3，即實際過濾風速取到<0.8m/min時超低排放和低阻力的是的。
增加過濾面積的方法可以增加濾袋數量，依據我們的經驗也可適當增加濾袋長度。但如果是在實際袋除塵器的提升改造中，簡單地增加濾袋數量和加長濾袋提高袋室高度的辦法，可能會使分風均勻性和整體結構阻力變得不盡合理，甚至造成濾袋早期破損。因此還需通過模擬試驗適當考慮調整除塵器內部分風板角度，增加分室折流板及擋塊等結構。這樣盡管使設備結構重量有所增加，但對降低阻力和提高濾袋壽命意義重大。
過濾風速的降低和本體結構的合理調整降低了除塵器總阻力，這就是新結構阻力降低的主要原因。
3實例
要將排放要求降得低，甚至同時要求降低某種丁藝廢氣中重金屬及其他廢物排放，需要采取的技術及系統解決方案。
下面結合2010年我們參與拉法基公司的美國拉維納(Ravena)5000t/d水泥熟料生產線生料磨廢氣處理系統的投標案例進行分析。我們首先看看美國提出的指標要求(見表3)。
由于該公司位于美國紐約州.是水泥窯協同處理垃圾的項目.對環保的要求相當高，≤2mg/Nm的粉塵排放限值和~4txg/Nm汞排放限值比我國GB4915—2013的要求高很多，可以認為要求是零排放，而且在指標的檢測要求上環保指標是零容忍。我們靠什么裝備及系統技術方案滿足要求呢?以上所談措施就是我們的思路，但另有降汞和物的排放指標綜合考慮。
拉法基公司建議的廢氣處理設備是“HYBRIDDUST”，即電袋復合除塵器，系統工藝是在前除塵器部分要去除廢氣中的粉塵，為降低阻力用靜電除塵，后部分為袋除塵器，為終除塵器，≤2mg/Nm的粉塵排放限值。為去除重金屬汞和其他物.在袋除塵器之前通入活性炭，通過袋除塵器收集循環使用。
鑒于以上技術分析，電袋復合除塵器的電場和袋室之間要有一個很好的過渡導流段，才能實現電袋復合除塵器各自的功效，實際上他們給出的工藝參考圖正是這樣，見圖6。
我們認為，此方案由于后續除塵器重要的作用是進行碳循環吸附物及重金屬，因此，一旦前面電除塵器出現事故排放導致粉塵帶人碳粉將使碳粉“中毒”失去活性。
因此，我們提出了用兩臺袋除塵器串聯的方案，做到每一臺袋除塵器都達到≤2mg/Nm的粉塵排放限值，且為了降低系統阻力，希望在臺除塵器設置旁路，一旦工藝廢氣中無重金屬及物排放時打開旁路，可降低一半的除塵系統阻力，總的環保度及系統運行性經濟性比“HYBRIDDUST”提高很多。實際上業主采用了我們的雙袋除塵器串聯的方案，見圖7。
4結束語
中材裝備集團有限公司近幾年獲得了很多除塵技術服務的機會，大型除塵器供貨近千臺，除塵器改造兩百臺以上，由于在除塵系統方案設計中盡可能采用了前述超低排放技術理念，全部做到了優于新國標排放限值，且許多項目做到了超低排放標準，同時本體運行阻力低，這樣的案例很多，例如：2008年2月.2010年8月，2013年7月，2015年3月贊皇金隅水泥有限責任公司水泥3條生產線窯頭、窯尾袋除塵器及電改袋除塵器;2009年7月份投產的中材湘潭水泥有限責任公司5000t/d水泥生產線窯尾除塵器：2010年8月投產的LAFARGE遵義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線5000t/d水泥生產線窯頭、窯尾及水泥磨、煤磨等全廠袋除塵器：2009年12月及2014年3月分別改造的大連小野田水泥有限公司4O00t/d水泥生產線窯尾和窯頭袋除塵器：2015年7～l0月改造完成的臺泥(貴港)水泥有限公司和臺泥(英德)水泥有限公司6800t/d水泥生產線7臺窯尾袋除塵器。其排放監測值或環保驗收數據粉塵排放均在5mg/Nm3左右.低1.4mg/Nm3;許多除塵器在常規清灰狀態下長期運行阻力<700Pa，濾袋壽命長達到7年。
大量實踐充分說明了我們關注排放和能耗“雙降”對于超低排放總體解決方案的探討和經驗是很有意義的，相信是上廣泛認可的技術路線，也希望給大家探討解決越來越嚴格的環保問題提供一個思路。
