电袋复合除尘器在水泥行业除尘改造中的研究与应用

水泥工业炉窑对现役除尘设备进行技术革新和改造已越来越迫切。目前，针对水泥炉窑烟气除尘技术改造主要有3种方案：一是在现役电除尘上增加电场，增加电除尘的收尘面积提高收尘效率(电改电);其二是直接采用布袋除尘器(电改袋);其三是在电除尘器基础上增加布袋除尘器，采用电袋复合除尘技术。三种方案各有利弊，其中电袋复合除尘器有机结合了电除尘器与袋除尘器的收尘特点，在满足高标准排放的条件下，具有改造工程工作量相对较小、占地面积小、性价比高、运行维护简单等优点,在电除尘器提效改造中得到广泛应用。
电袋复合除尘器是在一个箱体内将电除尘和袋式除尘器有机结合在一起的新一代高效除尘设备。电袋复合除尘技术结合了电除尘和袋除尘的优点，其机理为“荷电收尘”和“拦截过滤”。在电场内以较小的能耗去除80%左右的粗颗粒粉尘，减轻滤袋的粉尘负荷;利用荷电粉尘颗粒之间的电凝并作用改善了粉尘层的特性，产生了新的荷电粉尘过滤特性机理：异性电荷颗粒电凝并形成大颗粒粉尘，提高细微颗粒捕集率;同性电荷相互排斥，迅速扩散，形成均匀分布的气胶悬浮状，使达到滤袋表面的粉尘排列规则有序、蓬松，透气性好，粉尘层孔隙率高，剥落性好。因此采用较低的清灰压力(0.25MPa)，能够达到较理想的清灰效果，从而延长了滤袋的清灰周期和滤袋的使用寿命。
在电改电袋工程中，一般保留原除尘器的壳体结构、进口喇叭、排灰装置、气流分布装置以及第一电场(或根据实际条件和用户要求保留前两个电场)保留或进行更新改造。后面几个电场则要改造为袋除尘区。改造完成后，电袋复合除尘器的主要结构组成可大致分为：电区除尘部分、袋区除尘部分、出气烟道、旁路系统、篦冷机喷水降温系统及其它部分。
电改电袋工程需要系统考虑整个除尘器的各大组成部分的特点和作用，以及各部分相互间作用和影响，还要考虑对与除尘器直接相关的引风机的改造。下面主要对电区除尘部分、袋区除尘部分、旁路系统、篦冷机喷水降温系统的设计要点进行阐述。
先看电区除尘部分。电除尘部分位于电袋复合除尘器的最前部，其作用是对进入除尘器的烟气进行一次除尘，去除烟气中大多数的粗颗粒和相当数量的中小颗粒粉尘，大幅度降低进入袋除尘部分的烟气粉尘浓度并对粉尘粒子荷电。在袋除尘部分，粉尘粒子间电荷力的作用使得在客观上，滤袋过滤时在滤袋表面形成的粉尘层相对松散，过滤阻力比纯袋除尘器有大幅度的降低。
在电区部分的改造设计中，一般至少要保证一电场的除尘效率在80%以上，要达到这一要求必须满足以下条件：满足效率的足够的收尘面积;进入电场的气流分布的均匀性;保证原有设备电区正常工作的恢复性检修，包括极间距的调整，振打锤、振打砧的更换。
电区的改造一般以恢复、检修为主，对于原设备使用年限比较长、电区内部损坏比较严重的会采取全部更换内部件来保证电区的正常运行。
袋区除尘部分包含滤袋、喷吹系统的设计、清灰方式的选择。滤袋是除尘器的核心部件，需根据烟气的成分、温度选择合适的纤维材质，然后根据排放要求和滤袋寿命，结合经济性，选用不同的滤料结构。水泥回转窑窑尾袋除尘器滤料可选用P84(聚酰亚胺)滤料、玻纤覆膜滤料、P84玻纤复合毡覆膜滤料;窑头可选用诺梅克斯或玻纤覆膜滤料。
气包的设计采用大气包原则，这样可以保证喷吹时气包压力损失比较小，但是从制造、安装方便和经济性角度考虑气包却不宜做的太大，因此可以将每一路气包相互连通，既保证了喷吹时压力损失的即时补给又减小了气包的容积。
目前袋除尘器的主要清灰方式是脉冲喷吹技术，主要由脉冲阀、气包、喷吹管及脉冲喷吹控制系统组成。喷吹控制系统采用矩阵电路，通过行列的触发来对脉冲阀进行控制，这样做的优势在于节省PLC的输出点数，减少电缆的数量，降低了投资成本。清灰控制方式采用在线定时清灰、在线定阻清灰、离线清灰、在线离线结合清灰多种方式，这几种方式虽然独立但同时并存，并且可以手动控制和自动控制相互切换。
旁路系统。当系统出现高温烟气时，尤其是在水泥窑头余热锅炉不工作时，需要在气路上设置旁路装置，让大部分烟气从旁路通过，以保护滤袋。在气路上设置旁路装置要求阀门有良好的密闭性，否则将出现烟气短路(只要有千分之一的泄漏)便会使除尘器不能达到排放标准。要达到旁路关闭时“零泄漏”和免维护的要求，一种较为理想的方式是采用整体双层钢制旁路阀，旁路阀挡板处采用上下一定间距的双层挡板阀和对应的阀座来达到双层刚性密封，阀板和阀座在加工时制做成整体。
篦冷机喷水降温系统。窑头电除尘器改袋除尘器或电袋除尘器在没有余热锅炉或余热锅炉停运时运行温度都比较高，为避免高温烟气损坏滤袋，可设置喷水降温装置。在篦冷机上顶部余热锅炉管道和除尘器进口管道之间设置一组喷嘴，冷却水由水箱经截止阀进入变频泵，经单向阀、截止阀、管道与喷嘴的进水口连接从喷嘴口喷入篦冷机，通过调节泵的转速便可调节喷嘴喷入的水量。当喷嘴不喷入冷却水时，为了防止喷嘴被粉尘堵塞，可利用旁路上的压缩空气吹扫喷嘴。喷水降温装置的控制是根据篦冷机上的温度信号由一台PLC控制器进行，烟气进入收尘器的正常温度为<160℃。当温度升至180℃时，控制器应关闭旁路上的压缩空气阀门，启动水泵，当温度升至190℃时，打开泵出口端的截止阀，水便从管道，喷嘴喷入篦冷机。
实际工程应用案例
青海祁连山5000t/d水泥窑头电除尘器单室四电场改造前电除尘器入口烟气参数如下：风量：730000m3/h;气体温度：200——250℃(max400℃);入口含尘浓度：≤30g/Nm3。改造后除尘器性能指标要求：出口排放浓度：≤20mg/Nm3;设备运行阻力：≤1200Pa。
改造方案及实施
1)保留并修复原电除尘器一电场内部构件，修复并校正一电场阳极板，调整极间距，对壳体漏风点进行气密补焊。
2)拆除其余三个电场内部构件布置袋除尘器滤袋，保留原除尘器顶梁，喷吹气包放置在顶梁内，在一电场顶部开孔布置旁路。
3)净气室采用3.75米高的大净气室，方便室内换袋。
4)烟道采用阶梯式，利用CFD气流模拟技术确定合理的烟道阶梯断面和提升阀阀口尺寸，每个室设置2个提升阀可实现在线检修和离线清灰功能。
5)在进、出口各安装一个压力变送器，每个净气室安装一个压差变送器，压力压差信送中控显示画面，可实时监控设备运行压力、压差。
6)针对窑头高温烟气，改造时增加了旁路阀系统和篦冷机喷水降温系统的双重滤袋保护装置。通过温度控制信号控制旁路阀和篦冷机喷水水泵的启停。
电除尘器改造工程完成后，主机运行良好。改造后的电袋复合除尘器出口排放浓度达到14.98mg/Nm3，设备运行阻力600——700Pa，脉冲阀，提升阀动作正常。