5 000t/d窯頭電改袋方案解析

孫海全

5 000t/d窯頭電改袋方案解析

Analysis of ESP Transformation Scheme to Bag House Filter for 5 000t/d Kiln Fire Hood

孫海全

華潤集團(tuán)平南2號(hào)窯窯頭靜電除塵器技改項(xiàng)目是一個(gè)系統(tǒng)改造，既要考慮本體應(yīng)用最優(yōu)化的改造方案，又要對(duì)工藝操作系統(tǒng)有清晰認(rèn)知。雖具有較高同步效率的余熱發(fā)電系統(tǒng)，但仍需增加空氣冷卻器保護(hù)袋除塵器運(yùn)行，并配備節(jié)能可靠的降溫風(fēng)機(jī)和電機(jī)，實(shí)現(xiàn)超低排放、系統(tǒng)低阻力和濾袋壽命長等特點(diǎn)。

除塵器改造；設(shè)備阻力；節(jié)能減排

1 改造原因

原平南2號(hào)窯窯頭靜電除塵器是典型的德國魯奇結(jié)構(gòu)形式，但這種除塵器的設(shè)計(jì)排放濃度已經(jīng)超過現(xiàn)在國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，必須進(jìn)行升級(jí)改造，原電除塵器的具體參數(shù)見表1。

2 改造技術(shù)方案

除塵系統(tǒng)改造的重中之重是除塵器本體改造，但絕不是單純改造好除塵器本體就能保證成功。改造必須充分考慮系統(tǒng)工藝參數(shù)的改變對(duì)生產(chǎn)的影響，保證改造前后工藝生產(chǎn)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定。電除塵器改造為袋除塵器后，過濾機(jī)理變化很大，所有的方案與實(shí)施都要充分了解生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，否則會(huì)使改造效果大打折扣，甚至造成改造失敗。本次改造采用了獨(dú)有的數(shù)字模擬測試系統(tǒng)對(duì)所有參數(shù)進(jìn)行分析優(yōu)化，確定了空氣冷卻器+袋除塵器的布置方案，具體改造外形見圖1。該方案最大限度地利用了空間，減少了管道阻力，確保了改造后的工藝系統(tǒng)正常有序和穩(wěn)定。

2.1 除塵器本體改造方案

以低阻力、低排放為目標(biāo)，結(jié)合標(biāo)定后的風(fēng)量確定了改造后袋除塵器的參數(shù)。原有電除塵器的空間尺寸過小，只能將其改造成為一臺(tái)純袋除塵器，保留原有的輸灰系統(tǒng)、灰斗、殼體、進(jìn)出風(fēng)口及頂梁，而內(nèi)部構(gòu)件、內(nèi)部邊緣阻流板及進(jìn)風(fēng)口的分風(fēng)板等均需拆除。新的袋除塵器為內(nèi)換袋結(jié)構(gòu)形式，此結(jié)構(gòu)具有低漏風(fēng)率、低阻力、結(jié)構(gòu)緊湊并能實(shí)現(xiàn)在線檢修等特點(diǎn)。每個(gè)凈氣室都配備氣動(dòng)百葉閥，一是方便在線檢修；二是較傳統(tǒng)提升閥系統(tǒng)的局部阻力更低。

表1 窯頭電改袋設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 窯頭電改袋改造外形

除塵器內(nèi)部進(jìn)風(fēng)口處增加新的擋風(fēng)板及氣流均布裝置，此氣流均布裝置通過流體力學(xué)軟件模擬后設(shè)計(jì)而成，以便讓氣流更加平穩(wěn)均勻地進(jìn)入濾袋工作區(qū)。

2.2 空氣冷卻器的降溫方案

窯頭除塵器改為袋除塵器一般有兩種降溫方式：一種是空氣冷卻器，另一種是篦冷機(jī)噴水或管道噴水。上述兩種方案均存在各自優(yōu)缺點(diǎn)，一般來說空氣冷卻器降溫效果較好，穩(wěn)定性強(qiáng)，但存在占地空間大且進(jìn)出管道比較長、局部阻力增加導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增大等缺點(diǎn)，而篦冷機(jī)噴水或管道噴水具有占地空間小、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但長期噴水易導(dǎo)致料層發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地勘察，由于窯頭已經(jīng)配備了余熱發(fā)電系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)入除塵器氣體溫度≯150℃，不會(huì)發(fā)生燒毀濾袋情況。如果余熱鍋爐發(fā)生故障或檢修，不能與窯系統(tǒng)同步時(shí)，通過的高溫氣體可以達(dá)到250～450℃，將會(huì)燒毀濾袋，因此通過關(guān)閉和打開管道截止閥切入空氣冷卻器，可使通過的氣流降至合適溫度進(jìn)入袋除塵器。

新增空氣冷卻器需要更改局部工藝流程，由原有的局部單一工藝流程更改為兩種：一種是余熱系統(tǒng)+布袋除塵器；另一種是空氣冷卻器+布袋除塵器。通過各個(gè)截止閥的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)兩種工藝流程的轉(zhuǎn)換，操作簡單，利于袋除塵器的穩(wěn)定工作。

為實(shí)現(xiàn)第二種工藝流程，現(xiàn)將空氣冷卻器布置在篦冷機(jī)出口和袋除塵器進(jìn)口之間，且與余熱鍋爐并聯(lián)。此現(xiàn)場窯頭除塵器周邊已被電氣室、儲(chǔ)藏室及道路等占用，相鄰的生產(chǎn)線也沒有多余的空間放置空氣冷卻器，經(jīng)過綜合比較，決定將空氣冷卻器布置在篦冷機(jī)廠房的頂面?？諝饫鋮s器采用下部進(jìn)氣、上部出氣的連接方式，進(jìn)出非標(biāo)管道布置簡單、合理，無需新增支撐架，且灰斗下的輸灰系統(tǒng)方便連接到原有的粉塵輸送帶上。

結(jié)合當(dāng)前標(biāo)定的風(fēng)量、達(dá)到的最大降溫幅度（廢氣經(jīng)過空氣冷卻器溫度正常工況由450℃降至200℃，異常工況由250℃降至150℃）設(shè)計(jì)熱交換面積。在進(jìn)口煙氣流量一定的情況下，結(jié)合相應(yīng)溫度下煙氣密度計(jì)算出煙氣質(zhì)流量，從傳熱學(xué)上查詢相應(yīng)的熱容值，從而得出熱煙氣帶入總熱量；在知道出口煙氣溫度的情況下，查詢相應(yīng)溫度下的熱容值并結(jié)合煙氣質(zhì)流量計(jì)算出熱煙氣帶出總熱量，兩種總熱量差值即為需要交換的總熱量ΔQ1。另一方面還需要結(jié)合環(huán)境溫度、空氣密度、查詢的熱容值等計(jì)算冷空氣帶入的熱量和在冷卻風(fēng)機(jī)作用下出口空氣帶出熱量，兩者的差值即是空氣總的帶走熱量ΔQ2，上述總熱量的誤差≯2%[（ΔQ1-ΔQ2）/ ΔQ1]，通過優(yōu)化此值計(jì)算相應(yīng)的空氣冷卻器規(guī)格。

另外，為了防止意外高溫情況的發(fā)生，在空氣冷卻器進(jìn)口管道上增設(shè)自動(dòng)冷風(fēng)閥，此冷風(fēng)閥的開啟和關(guān)閉均由中控操作，當(dāng)入口溫度較高且降不下來時(shí)，必須開啟閥門以保護(hù)空氣冷卻器，見圖2。

圖2 流程圖

3 風(fēng)機(jī)及電機(jī)配置

風(fēng)機(jī)的選用原則：一是適用性高；二是可靠性強(qiáng)；三是經(jīng)濟(jì)性好（節(jié)能性好），著重強(qiáng)調(diào)可靠性和節(jié)能性。可靠性高是指選用的風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量完全符合國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與風(fēng)機(jī)配套的電機(jī)、軸承等附件的質(zhì)量均符合國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要體現(xiàn)是運(yùn)行可靠，使用壽命長。節(jié)能性好是指風(fēng)機(jī)的效率高，耗能低，噪聲低，維護(hù)與維修方便。

一般改造后袋除塵器的阻力高于原電除塵器的阻力，需將相應(yīng)的頭排風(fēng)機(jī)的全壓提高，根據(jù)對(duì)原有技術(shù)參數(shù)的核算并經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，結(jié)合多年改造項(xiàng)目運(yùn)行情況的總結(jié)，確定技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 改造后風(fēng)機(jī)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

隨著科技的不斷發(fā)展，用變頻器改變交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速方式來進(jìn)行風(fēng)機(jī)流量的控制，可以大幅度減少以往機(jī)械方式調(diào)控流量造成的能量損耗。變頻調(diào)節(jié)的離心風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)范圍很廣，在節(jié)能上有顯著效果。

4 改造后的效果

經(jīng)過緊張有序的施工，華潤平南2號(hào)窯窯頭技改項(xiàng)目提前順利完成，在投料量最優(yōu)的情況下，關(guān)閉余熱發(fā)電系統(tǒng)出口的截止閥并打開旁路截止閥，氣流通過空氣冷卻器降至合適溫度進(jìn)入袋除塵器，運(yùn)行一段時(shí)間后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了有序的檢測和考核，排放值得到了當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門認(rèn)可，運(yùn)行參數(shù)見表3。

表3 運(yùn)行參數(shù)

考核結(jié)果優(yōu)于原定的考核目標(biāo)，低阻力、低排放、能耗低等一系列優(yōu)勢完全體現(xiàn)出來，有效驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可靠性和優(yōu)越性。配備的壓差、漏袋、料位計(jì)及溫度監(jiān)測等裝置有效保障了除塵器穩(wěn)定、高效的工作。

[1]李永琴，李娟，宋傳亮，等.5 000t/d生產(chǎn)線窯頭除塵器電改袋及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[J].水泥，2015，（8）：46-48.

[2]冀舒寧.淺談新型干法水泥生產(chǎn)線窯頭除塵器電改袋應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2013，（4）.■

TQ172.688.3

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2016-10-29；編輯：呂光