萬年3#窯尾電收塵一體化改造案例
2010-06-09 00:00
§1 概述
節(jié)能減排是國家的一項基本國策，利用水泥熟料生產中的廢氣余熱發(fā)電已成為不可逆轉的態(tài)勢，而窯尾超低溫余熱發(fā)電鍋爐（下稱SP爐）投運之后，窯尾電收塵器的收塵效果明顯惡化，粉塵排塵量大大增加。另一方面，國家環(huán)保標準不斷提高，環(huán)保執(zhí)法力度又不斷加強，對早年建成的窯尾電收塵器如何滿足新的環(huán)保標準是擺在許多水泥生產企業(yè)面前的重要課題。
§2 萬年3#窯尾電收塵器系統(tǒng)現狀
江西萬年青水泥股份有限公司3號生產線于1986年建成投產，是我國首例利用國產設備建成的2000T/D干法水泥熟料生產線，后通過工藝方面的不斷改進，現實際生產能力達到2700T/D。窯尾配有2臺CDWY85m2雙室四電場電收塵器和一臺Ф9*22m增濕塔，本體由平頂山電收塵器廠制造，電源由龍巖空氣凈化設備廠供貨［共16套，規(guī)格：600mA/66kV］。該電收塵系統(tǒng)自投運以來，本體從未進行過大修，所有清灰振打裝置全部失效，所有低壓控制柜全部失效報廢，高壓供電系統(tǒng)雖經修理維護，有些控制器、控制柜也進行過更新，但都是頭疼醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的做法，各電場運行水平都比較低，有些電場則不能正常投入運行，收塵效果可想而知。前幾年，窯尾又增設了余熱鍋爐，鍋爐投運后，排放濃度進一步增大。
該電收塵一、二電場均為芒刺線，四電場均為星形線，而三電場有一臺配芒刺線、另一臺配以星形線，極板為C485型。因長期振打失效，內部積灰嚴重。
高壓變壓器為戶內式帶分體電抗器，通過高壓電纜向電場供電。
§3 工藝條件
余熱鍋爐（下稱SP爐）布置于增濕塔之前。SP爐停止、生料磨運行時，煙氣分為兩路：一路直接進生料磨，另一路經增濕塔噴霧增濕后進電收塵器；SP爐運行時，窯尾廢氣先經SP爐進行余熱利用，從SP爐排出的煙氣部分進生料磨、其余部分進增濕塔，后匯入電收塵器處理。生料磨停止時，全部煙氣經增濕塔進行噴霧增濕后進電收塵器。
增濕塔入口煙氣量：≤436000m3/h（320℃）
增濕塔入口煙氣溫度：正常——320℃（SP爐停運）或210℃（SP爐運行）
異?！?00℃（SP爐停運）或250℃（SP爐運行）
§4 改造方案的形成及電收塵一體化改造技術原理
§4.1 改造方案的選擇
經過考察，業(yè)主了解到窯尾收塵系統(tǒng)實現達標排放有兩種選擇：其一是把電收塵器推倒重來，采用袋式收塵器實現達標排放。當前，采用袋收塵器已成為新建熟料窯尾收塵的首選方案。但作為已有收塵系統(tǒng)的改造，采用袋收塵方案的難度很大，涉及項目投資、排風機阻力、施工周期等一系列問題。另一種方式，就是利用現有電收塵系統(tǒng)，采用先進技術成果，從煙氣調質、高壓供電、本體內部挖潛等措施達到新的環(huán)保目標。2008年底，經充分醞釀和認證，綜合考慮改造效果、投資額度、施工周期以及投運后對工藝系統(tǒng)的影響等因素，最終決定采用上海激光電源設備有限公司提出的利用原電收塵器進行一體化改造的方案。
§4.2 電收塵系統(tǒng)改造的技術原理與改造方案
本收塵系統(tǒng)原始設計目標為：當產量為日產2000噸水泥熟料時，窯尾電收塵器出口粉塵排放濃度≤100mg/Nm3 。目前，實際生產能力已提高到日產2700噸，2010年1月1日起，國家工業(yè)廢氣執(zhí)行≤50mg/Nm3 的粉塵排放標準。因此，本次改造不單要達到電收塵器最初的環(huán)保設計指標，而且要通過挖潛改造，滿足新的環(huán)保標準。
電收塵器的收塵效率受煙氣和粉塵性質、供電方式和本體狀況三大因素的影響。也就是說，電收塵器實現達標排放的前提是：工況條件、本體結構和電氣控制均應滿足要求并處于完好狀態(tài)。本項改造正是針對工藝條件的改善、供電方式的改變和電收塵器本體消缺改造這三個方面展開。
4.2.1高壓供電與低壓控制
高壓供電裝置一方面是電收塵工作的能源，另一方面，其供電特性規(guī)定著電場工作過程的有效性及其對工藝條件和內部構件實際狀態(tài)的適應性，在工藝狀況正常和本體完好的前提下，供電質量決定著收塵效果的好壞。
對于窯尾電收塵器來說，由于工藝狀況存在余熱鍋爐運行、停止，生料磨工作、不工作等多種工作方式，再加上窯尾煙氣含塵濃度高、粉塵性質變化范圍大，原使用的通過改變可控硅觸發(fā)導通角以實現電壓電流調整的常規(guī)高壓供電裝置，運行水平低，工作不穩(wěn)定，再加上設備陳舊老化，供電質量進一步惡化。
在此，以恒流高壓供電裝置進行置換是明智之舉。
恒流源之不同于常規(guī)電源，其供電原理為電流源，即通過LC組件的轉變，使電源輸出恒穩(wěn)的電流，而電壓值則隨電場阻抗的變化而變化［這種變化只受工況變動因素的影響、緩慢而小幅值］，即使在工藝條件不利的情況下，仍能夠保持平穩(wěn)的工作電流和電暈功率，收塵效率總是保持最佳狀態(tài)。事實上，恒流技術常用于難度系數較大的電收塵場合，在治金、有色行業(yè)有著廣泛的應用，建材行業(yè)也有一定的應用案例。實踐告訴我們：僅僅采用恒流電源替換普通電源供電，即能取得明顯的減排效果。
本次改造僅對一、二電場的8套高壓供電系統(tǒng)進行替換，以適應粉塵濃度高、工藝復雜狀況下的電場工作要求，有效提高供電質量，從而提高電場工作效率和收塵效率?？紤]到后級電場粉塵濃度較低、電場工作相對穩(wěn)定，故對三、四電場的原高壓供電系統(tǒng)通過維修，恢復其工作能力。
低壓控制是恢復重制、恢復控制功能，其中包括絕緣加熱裝置的恢復。
4.2.2 煙氣調質
眾所周知，電收塵器對于工藝條件的變化極為敏感，那是因為粉塵的荷電與捕集受到煙氣物性和粉塵比電阻的影響，窯尾粉塵比電阻主要取決于煙氣溫度和煙氣濕度。當窯尾煙氣溫度較高而含水分較少時，粉塵比電阻很高，荷電粉塵被收集到集塵極板上之后，粉塵所吸附的電荷不易釋放，并在集塵極板上形成與電場方向相反的電位梯度，阻礙后續(xù)粉塵的捕集，使收塵效率降低。為此，窯尾予熱器后都配有煙氣調質裝置——增濕塔。增濕塔的作用一是降溫，二是改變煙氣成分（即增加煙氣中的含水率），使粉塵有利于電收塵器的捕集。因該增濕塔使用多年，供水系統(tǒng)及噴霧裝置均已老化，再加上余熱鍋爐的投運，增濕塔入口溫度與目標溫度的溫差變小，霧滴的蒸發(fā)速度變慢，按原有噴霧系統(tǒng)噴出的霧滴因來不及蒸發(fā)而容易形成濕底、使系統(tǒng)不能正常工作。
為提高霧化效果、改善煙氣條件，決定采用回流式、小口徑噴霧系統(tǒng)，以保證SP爐運行時的霧化效果。改造后的噴霧系統(tǒng)還具備以下特殊功能：i)系統(tǒng)配用2臺小功率水泵，當SP爐運行時2臺泵輪換工作，當SP爐停止時2臺泵同時工作，既節(jié)省了造價、又降低了運行電耗。ii)噴槍分組控制，對不工作的噴槍通以壓縮空氣以保護噴嘴，噴嘴壽命大大延長。
本次改造僅改造其供水噴霧系統(tǒng)，塔體保留不動。
4.2.3 本體消缺與功能恢復改造
本體是電收塵有效收塵的基礎。這2臺電收塵器使用20多年，本體存在比較多的問題。根本消除電收塵器存在缺陷，是窯尾煙氣治理的必要前提。本體改造主要針對設備存在缺陷和檢查發(fā)現的問題進行處理和改造，主要內容包括：
?。?）氣流均布裝置的處理
?。?）極間距和兩極變形的調整
?。?）陰極清灰系統(tǒng)的改造和陽極清灰裝置的更新改造
（4）電場四周阻流和擋風板的修復
?。?）陰極吊掛絕緣套管的更換
（6）殼體頂蓋漏風的處理
實際上，通過本次改造，必須做到：徹底恢復電收塵器各部件的工作性能并保證其工作長期可靠。
§4 改造工程的實施
2009年7月，3#窯停窯檢修，歷時12天，噴霧系統(tǒng)、8套高壓電源和低壓控制系統(tǒng)的安裝、陰極陽極振打系統(tǒng)的改造施工全面展開并如期完工。投運后的一個月之內，雖有2個電場由于原電源不能修復而未能投入運行，電收塵器的收塵效果仍令人感到滿意。但一個月之后，相繼出現了3個電場跳停，共5個電場不能正常工作，新投入的噴霧系統(tǒng)也因新功能多、控制程序復雜而不能投入自動檔、必須靠手動操作，2臺水泵不能同時投入工作。熟料生產線一旦投運后則很難給出足夠的時間進行處理，改造進程受阻。
2009年9～10月份，通過對噴霧控制程序的改進和供水管路的整改、系統(tǒng)調試等項工作，終于使噴霧系統(tǒng)進入了正常的設計工作狀態(tài)。
2009年12月底，3#窯再次停窯檢修，檢查發(fā)現：三、四電場有大量電暈線折斷。顯然，由于振打系統(tǒng)長期停運，早期的星形線斷線頻率本來就很高，振打恢復后出現斷線屬正常現象。清除斷線并對其他發(fā)現的問題進行了處理，并追加了4套恒流控制柜。投運后，電收塵器運行很穩(wěn)定，收塵效果達到了期望目標。
對一臺使用20多年的電收塵器，試圖通過改造滿足當前環(huán)保要求，改造過程中經歷一曲折是完全正常的，但最終能取得期望的效果卻需要嚴格而全面的技術支撐并付出足夠的艱辛才能實現。
§5 電收塵一體化技術概念（The Technique of Mechanism, Energization & Conditioning）
電除塵器獲得期望收塵效率的前提是：煙氣條件符合電收塵工作要求、電收塵規(guī)格選型適當、結構合理、制造安裝質量合格、維護管理工作符合規(guī)范要求。這正是電收塵一體化技術的思想基礎。
電收塵一體化技術即通過電除塵器本體機械Mechanism、電控 Energization、煙氣調質Conditioning等的綜合分析使長期達不到期望收塵效率的電收塵通過系統(tǒng)改造實現期望目標的技術解決方案。具體地說，是通過對本體進行消缺或修理、高壓供電方式的改進和對煙氣進行有效調質的方式使現有電除塵器達到最佳除塵效果的改造方案。機、電、調質三項技術的綜合應用是一體化技術的核心。
需要提醒的是：萬年青SP爐窯尾電收塵改造成功，是電收塵器一體化技術成功應用的一個案例。電收塵一體化技術涉及多個方面的技術專業(yè)，必須根據具體情況正確運用，才能切實解決好電收塵器排放超標的實際問題。
§6 電收塵與袋收塵
十年前，我國在大型除塵領域，電除塵獨占鰲頭。其時，國內袋除塵技術很落后。隨著濾料、清灰技術的發(fā)展，國際間的技術滲透和技術交流與日俱增，我國袋除塵逐漸在各行業(yè)嶄露頭角。隨著國家環(huán)境保護標準的提升，特別是國家頒發(fā)的新的環(huán)境保護標準中把工業(yè)廢氣粉塵排放提高到50mg/Nm3以下、并且還有進一步提高的趨勢，國內除塵界即開始爭論電除塵與袋除塵的優(yōu)劣問題，最后形成定論：電收塵已滿足不了今后環(huán)境保護的要求，袋收塵將取而代之。
縱觀世界除塵領域，在發(fā)達國家，電除塵與袋除塵總體來看是平分秋色。我國在以前是電除塵獨占鰲頭，當前有顛倒過來的勢頭，其實都是不正?，F象。
客觀看待電收塵應用的歷程，我國當前電收塵普遍使用效果欠佳是人為造成的。本案例足以說明：運用一體化技術，電收塵完全能夠達到與袋收塵相當的收塵效果。袋收塵的運行維護費用高于電收塵是不爭的事實，節(jié)能減排是并舉的兩個方面，在滿足環(huán)保要求的前提下，電除塵占有明顯的優(yōu)勢。
結論 正確運用電收塵一體化技術，對不能滿足新的環(huán)境保護標準要求的建成多年的電收塵系統(tǒng)，通過綜合考察分析、計算和規(guī)劃，施予本體消缺、電氣改進、煙氣調質等一體化改造措施，對大多數現有電收塵都可以滿足新的環(huán)境標準，使用20多年的萬年青3#窯尾帶SP爐窯尾電收塵系統(tǒng)改造成功是一個例證。在當前以及今后較長歷史時期內，電收塵器與袋收塵一樣，都能夠滿足環(huán)境達標的要求。
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