窑头电收尘器的节能改造

知识点：电收尘器

随着国家环保标准不断提高，并且与之配套的环保法律、法规相继出台，执法力度也逐年加强。水泥生产线熟料篦冷机废气处理设备由于受废气温度限制早期基本采用电收尘器。近年来水泥厂窑头余热发电项目得到了快速发展，窑头含尘气体经过AQC余热锅炉系统后，含尘气体温度降低，造成粉尘比电阻降低，收尘效果差，电改袋成为水泥企业常规改造工程。本文介绍配置有余热发电设备水泥生产线窑头电收尘器改造为袋收尘器的实例工程方案，在改造为袋收尘器的同时考虑收尘器本体前后的管道系统，通过管道系统优化起到降低阻力的作用，使收尘器改造后既满足排放要求，又降低系统运行阻力，降低长期运行费用。

1　窑头电收尘器现况

水泥生产线窑头电收尘器通常采用上进气结构，上进气的进风方式利于粗颗粒粉尘滑落到篦式冷却机内部，杜绝了风管内部积灰，减轻了风管负荷，节省了基建费用。在风管180°弯头处内部增设耐磨涂层，并且在含尘气体进入电收尘器前提供了合理的直段风管，避免偏流现象的发生，提高电收尘器的气流分布状况和收尘效率。但这样的风管布置也造成了系统阻力升高，增加了排风机的电耗。

窑头余热发电系统通常把取风点放在篦冷机的前段高温区，原篦冷机末端到电收尘器风管仍保留，仅增加一个控制阀门，在AQC余热锅炉运行时阀门关闭，AQC余热锅炉停运时阀门打开，这样既能提高发电量，又将原管道作为旁路系统，用来对余热发电系统进行在线检修操作，不影响整条水泥生产线的正常生产。

AQC余热锅炉前段设置高效沉降室，起到了电收尘器上进气结构粉尘预沉降的作用，使含尘气体中的粗颗粒沉降下来。既减轻了废气对AQC余热锅炉的磨损，降低了后续除尘设备的粉尘负荷，又使经过AQC余热锅炉后的含尘气体温度降低，大致从300 ℃左右降低到100 ℃左右，使工况风量相应降低。但相当一部分水泥厂窑头废气在经过AQC余热锅炉后收尘效果恶化。经分析：经过沉降室后粉尘含量降低，温度降低，烟气量减少，这些是有利因素。同时设计选型富裕量偏小，温度降低也造成了粉尘比电阻升高，极易造成低工作电压下形成火花放电而产生大电流，并且易于形成反电晕现象，造成电场电压降低，尤其在含尘气体湿度较低的情况下，导致除尘效率恶化。且受环境气体湿度影响，呈现季节性和区域性分布，即收尘效果夏季优于冬季，南方多雨地区优于北方干旱地区。

为了彻底解决上述问题，近年来窑头电改袋在水泥行业已经形成一种趋势。袋收尘器过滤精度高，不受工况波动影响。但由于受过滤机理的影响，通常会使整个窑头系统运行阻力升高，增大后期的运行费用，这是业主和改造厂家都不得不考虑的问题。

2　改造思路

针对配有余热发电项目的窑头电收尘器改造工程，在保证排放达标的情况下，最大限度降低系统阻力，使改造后窑头收尘器风机和电机不用更换，或电机保留仅更换高效风机即可达到系统稳定运行。配有AQC余热锅炉的窑头电收尘器在改为袋收尘器时，原电收尘器的上进气口及其内部分布板对改造后的袋收尘器作用不大，因此初步选择在原电收尘器上进气的正面板处开孔，作为改造后收尘器的进风口，从而避开原复杂管道系统。

3　改造过程

3.1　原电收尘器的状况

某水泥企业原电收尘器主要参数见表1。该水泥企业窑头在增设AQC余热锅炉后收尘效果恶化，尤其在冬季，烟囱可见明显颗粒物。通过实地考察和业主反馈，AQC余热锅炉运行时，尾排风机工作能力不足，其工艺布置见图1。企业也曾想过一些办法，如在尾排风机处并联一台风机用来增加排风量，由于增加的风机规格小，不但不能达到增加排风量的效果，实际运行起来，还要从小风机出气口回风。

表1　原电收尘器主要参数

根据图1分析，通常情况下原电收尘器取风管阀门常闭，锅炉出风管阀门常开，AQC余热锅炉与水泥生产线同步运行。含尘气体流向：锅炉出风管①→原电收尘器斜管②→原电收尘器垂直风管③→180°弯头④→电收尘器上进气口⑤，最后进入电收尘器收尘电场或改造后滤袋区。分析可知，含尘气体在整个流动过程中改变5次方向，阻力损失较大。现场测试仪表显示，自锅炉出风口到电收尘器上进气口位置压力损失500~600 Pa。

结合实际运行情况及环保形势所迫，决定将电收尘器改造为袋收尘器，且为了降低阻力，在收尘器进气口正面板开孔，使出余热锅炉的含尘气体直接进入收尘器壳体内部。

3.2　改造方案确定

电收尘器改造为袋收尘器后，因窑头废气干燥，不含腐蚀性成分，为便于在线检修采用低箱内置烟道，出口设置百叶阀，可实现离线清灰或在线检修。改造后袋收尘器主要参数见表2。

原收尘器正面板垂直高度12.5 m，宽10.2 m，在中心线上、中、下三处都具有开孔条件，根据改造后气流是否冲刷滤袋及系统运行阻力大小为判断依据，从中寻找合适的开孔位置。经过CFD仿真模拟，比较风管入口在进气口面板的上部位置、中部位置和下部位置的速度分布图，可以得出：将风管入口设置在进气口面板下部位置时，气体速度分布相对更均匀一些，可以得到更好的流场分布和减小压损。同时为了获得更好效果，选择在入口管道弯管处增加导流板，见图2。

表2　改造后袋收尘器主要参数

图2显示，进口管道内增加导流板后，进口管道弯管和进气口面板中的气体流量和气体速度分布均匀性有所改善。气体从进口管道流入收尘器进气口正面板中，由于原电收尘器百叶窗式分布板的阻挡，气体向四周流动，在上进气口凸台和进气口面板中产生回流现象，形成一定的涡流。

图2　管道内增加导流板及其气体流线分布

进气口改造工艺见图3，管道1与管道2为并联结构，正常工作时管道2打开，管道1作为旁路管道处于关闭状态。

图3　改造后窑头烟道系统

改造后的袋区前端保留了原电收尘器的百叶窗式分布板，原电收尘器的流通截面129.5 m2，因此气流速度很低，并且为保证各区滤袋均匀负荷，在第一电场进气端新增多孔板，进一步阻挡含尘气体直接冲刷滤袋，使更多的气体向末端扩散，模拟显示滤袋迎风面、袋底和袋口风速在3~6 m/s，达到了预期目的。

3.3　改造效果

该水泥企业将原电收尘器改为袋收尘器，采用新的进风方式，在管道和新增进口内设置导流板，在原电收尘器壳体内部设置过滤单元，并在过滤单元前设置一整套多孔板，用于阻挡、避免含尘气体直接冲刷滤袋，保护滤袋，延长使用寿命。改造后滤袋过滤阻力400~500 Pa（实测），总计运行阻力~1?100 Pa，满足风机改造厂家要求，即风机电机不变，仅更换高效风机。经过2年多的运行，管道内部导流板有磨蚀现象，进风喇叭口、袋区分布板磨蚀量很小，证明当初导流板、分布板设计的合理性。经过测算按降低500 Pa的运行阻力，风量480?000 m3/h，以每年300 d，系统效率0.8，电费0.5元/kWh计算，年可节约费用30万元（不含原电收尘器高压电源部分）。

4　结束语

受环保政策的影响，水泥行业除尘设备改造项目很多，不但有窑头、窑尾电改袋，还有水泥磨、输送、破碎等扬尘点。作为除尘设备本身的改造不管是选型设计，还是工程实施都积累了大量的实践经验。但作为改造项目不仅要实现粉尘排放达标，还要考虑改造设备的后期运行费用。把改造设备放在整个管道系统中考虑，尤其对早期建设的水泥生产线，其后期增设余热发电项目，再后来选择电改袋，同时增设空气冷却器，随着老生产线设备增加多，改造工程的分期进行，在最后电改袋工程实施的时候，原有管道系统复杂，新增管道空间受限，致使许多管道设计方案仅仅考虑如何把设备之间连接起来，而不去考虑设备运行的系统阻力。因此建议在改造方案确定前，应该对除尘设备进行实地考察，确定最佳改造方案，不但要改好，还要用好。

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1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范