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

華潤集團平南2號窯窯頭靜電除塵器技改項目是一個系統改造，既要考慮本體應用最優(yōu)化的改造方案，又要對工藝操作系統有清晰認知。雖具有較高同步效率的余熱發(fā)電系統，但仍需增加空氣冷卻器保護袋除塵器運行，并配備節(jié)能可靠的降溫風機和電機，實現超低排放、系統低阻力和濾袋壽命長等特點。

除塵器改造；設備阻力；節(jié)能減排

1 改造原因

原平南2號窯窯頭靜電除塵器是典型的德國魯奇結構形式，但這種除塵器的設計排放濃度已經超過現在國家環(huán)保標準的規(guī)定，必須進行升級改造，原電除塵器的具體參數見表1。

2 改造技術方案

除塵系統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工藝參數的改變對生產的影響，保證改造前后工藝生產系統的相對穩(wěn)定。電除塵器改造為袋除塵器后，過濾機理變化很大，所有的方案與實施都要充分了解生產系統的特點，否則會使改造效果大打折扣，甚至造成改造失敗。本次改造采用了獨有的數字模擬測試系統對所有參數進行分析優(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，結合標定后的風量確定了改造后袋除塵器的參數。原有電除塵器的空間尺寸過小，只能將其改造成為一臺純袋除塵器，保留原有的輸灰系統、灰斗、殼體、進出風口及頂梁，而內部構件、內部邊緣阻流板及進風口的分風板等均需拆除。新的袋除塵器為內換袋結構形式，此結構具有低漏風率、低阻力、結構緊湊并能實現在線檢修等特點。每個凈氣室都配備氣動百葉閥，一是方便在線檢修；二是較傳統提升閥系統的局部阻力更低。

表1 窯頭電改袋設計參數

圖1 窯頭電改袋改造外形

除塵器內部進風口處增加新的擋風板及氣流均布裝置，此氣流均布裝置通過流體力學軟件模擬后設計而成，以便讓氣流更加平穩(wěn)均勻地進入濾袋工作區(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，另一種是篦冷機噴水或管道噴水。上述兩種方案均存在各自優(yōu)缺點，一般來說空氣冷卻器降溫效果較好，穩(wěn)定性強，但存在占地空間大且進出管道比較長、局部阻力增加導致系統阻力增大等缺點，而篦冷機噴水或管道噴水具有占地空間小、安裝方便等優(yōu)點，但長期噴水易導致料層發(fā)生結塊現象。

經過現場實地勘察，由于窯頭已經配備了余熱發(fā)電系統，正常運行時進入除塵器氣體溫度≯150℃，不會發(fā)生燒毀濾袋情況。如果余熱鍋爐發(fā)生故障或檢修，不能與窯系統同步時，通過的高溫氣體可以達到250～450℃，將會燒毀濾袋，因此通過關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+布袋除塵器；另一種是空氣冷卻器+布袋除塵器。通過各個截止閥的開啟和關閉，實現兩種工藝流程的轉換，操作簡單，利于袋除塵器的穩(wěn)定工作。

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

結合當前標定的風量、達到的最大降溫幅度（廢氣經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℃）設計熱交換面積。在進口煙氣流量一定的情況下，結合相應溫度下煙氣密度計算出煙氣質流量，從傳熱學上查詢相應的熱容值，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，查詢相應溫度下的熱容值并結合煙氣質流量計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。另一方面還需要結合環(huán)境溫度、空氣密度、查詢的熱容值等計算冷空氣帶入的熱量和在冷卻風機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)化此值計算相應的空氣冷卻器規(guī)格。

另外，為了防止意外高溫情況的發(fā)生，在空氣冷卻器進口管道上增設自動冷風閥，此冷風閥的開啟和關閉均由中控操作，當入口溫度較高且降不下來時，必須開啟閥門以保護空氣冷卻器，見圖2。

圖2 流程圖

3 風機及電機配置

風機的選用原則：一是適用性高；二是可靠性強；三是經濟性好（節(jié)能性好），著重強調可靠性和節(jié)能性。可靠性高是指選用的風機的設計、制造、質量完全符合國家有關技術標準，與風機配套的電機、軸承等附件的質量均符合國家有關技術標準，主要體現是運行可靠，使用壽命長。節(jié)能性好是指風機的效率高，耗能低，噪聲低，維護與維修方便。

一般改造后袋除塵器的阻力高于原電除塵器的阻力，需將相應的頭排風機的全壓提高，根據對原有技術參數的核算并經現場實測，結合多年改造項目運行情況的總結，確定技術參數見表2。

表2 改造后風機電機主要技術參數

隨著科技的不斷發(fā)展，用變頻器改變交流電機的轉速方式來進行風機流量的控制，可以大幅度減少以往機械方式調控流量造成的能量損耗。變頻調節(jié)的離心風機調節(jié)范圍很廣，在節(jié)能上有顯著效果。

4 改造后的效果

經過緊張有序的施工，華潤平南2號窯窯頭技改項目提前順利完成，在投料量最優(yōu)的情況下，關閉余熱發(fā)電系統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入袋除塵器，運行一段時間后對系統進行了有序的檢測和考核，排放值得到了當地環(huán)保部門認可，運行參數見表3。

表3 運行參數

考核結果優(yōu)于原定的考核目標，低阻力、低排放、能耗低等一系列優(yōu)勢完全體現出來，有效驗證了設計方案的可靠性和優(yōu)越性。配備的壓差、漏袋、料位計及溫度監(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生產線窯頭除塵器電改袋及運行經驗[J].水泥，2015，（8）：46-48.

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

TQ172.688.3

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2016-10-29；編輯：呂光