透鏡式電袋復(fù)合除塵技術(shù)在水泥廠窯尾煙氣凈化中的應(yīng)用

　　隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的環(huán)境污染日益加劇，環(huán)保問題也越來越受到國家的重視。水泥工業(yè)作為高污染的行業(yè)之一，在環(huán)保的壓力下受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在國家環(huán)?？偩诸C布的新的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4515-2004）要求：自2010 年1 月1 日起，水泥廠水泥窯及窯磨一體機(jī)煙塵最高允許排放濃度為50mg/Nm³。傳統(tǒng)的電除塵器已很難長期保證高效達(dá)標(biāo)運(yùn)行。國內(nèi)、外研究結(jié)果表明：電除塵器很難除去對(duì)人類特別有害的PM10 和PM2.5，特別是 PM2.5 幾乎無法回收。而袋除塵器可以同時(shí)過濾煙塵中PM10 和PM2.5， 使PM10 和PM2.5 降到對(duì)環(huán)境無害的程度。因此大型的袋式除塵和電袋組合除塵技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

　　透鏡式電袋復(fù)合除塵器是吸收綜合透鏡式電除塵和布袋除塵的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過消化吸收再創(chuàng)新而研發(fā)的新一代高效除塵設(shè)備。具有不因粉塵比電阻、粉塵濃度等的變化而影響出口排放濃度，除塵效率不隨設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加而大幅降低。因前級(jí)電除塵區(qū)收集了80%～90%的粉塵， 后級(jí)布袋區(qū)粉塵濃度小，清灰周期大大延長，延長濾袋的使用壽命，具有節(jié)能、高效，運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。是國家新的環(huán)保排放要求下理想的除塵裝備，本文介紹該技術(shù)在福建龍巖市新羅區(qū)某水泥廠水泥窯磨一體機(jī)窯尾煙氣凈化中的應(yīng)用。

　　1 透鏡式電袋復(fù)合除塵器設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)（見表1）

　　2 電袋復(fù)合除塵系統(tǒng)設(shè)備配置及選型
　　2.1 透鏡式電袋除塵器示意圖（見圖1）

　　2.2 透鏡式電除塵區(qū)
　　（1）透鏡式電除塵區(qū)由3 個(gè)極組成。分別為陽極、陰極、透鏡極。陽極采用麻花電暈線，接正高壓電源；陰極采用采用魚骨針刺線，接負(fù)高壓電源；透鏡極采用SPCC 板組成透鏡板排，為接地極，結(jié)構(gòu)見圖2。頂部采用懸掛結(jié)構(gòu)，透鏡極底部采用側(cè)部撓臂錘振打清灰。陰極線采用頂部電磁錘振打清灰，陽極不設(shè)計(jì)振打。

　?。?）負(fù)電暈極、透鏡極和正電暈極在空間位置交錯(cuò)排列，垂直懸掛于除塵器殼體內(nèi)；透鏡極由透鏡板排平行構(gòu)成，透鏡板排由多塊長條導(dǎo)體薄板制成的透鏡板在同一平面按一定間距平行并列組成，透鏡板排平面相鄰兩塊透鏡板側(cè)向之間的間隙為透鏡口，平行并列兩排透鏡板排連同前后端分流、阻流裝置圍成的空間為收塵室單元，相鄰兩個(gè)收塵室單元之間的區(qū)域?yàn)闊煔馔ǖ?；?fù)電暈極線以一定距離平行排列組成陰極框，垂直吊掛在煙氣通道空間內(nèi)與透鏡極板平面平行的中線位置；正電暈極線懸掛于收塵室單元透鏡口內(nèi)的中心點(diǎn)；每根負(fù)電暈極線和正電暈極線都正對(duì)透鏡口，空間位置與透鏡板平面正交；當(dāng)負(fù)電暈極接入 GGAJ02-0.5A120KV 負(fù)高壓工頻電源、正電暈極接入 GGAJ02-0.5A/40KV 正高壓工頻電源、透鏡極接地時(shí)， 透鏡極是負(fù)電暈極和正電暈極的電離公共響應(yīng)極，正、負(fù)電暈極與透鏡單元形成類似光學(xué)透鏡聚焦作用的收塵電場(chǎng)；進(jìn)入煙氣通道的粉塵在收塵電場(chǎng)中荷電，并在透鏡趨軸效應(yīng)力的作用下穿過透鏡口向收塵室驅(qū)進(jìn)；正電暈極不僅強(qiáng)化了收塵電場(chǎng)，加快了粉塵的驅(qū)進(jìn)速度，而且它所發(fā)射的正電荷可以滿足負(fù)電性粉塵釋放電荷的需要； 進(jìn)入收塵室的粉塵相互碰撞，凝聚，結(jié)粒，最終沉降于灰斗被收集外運(yùn)。

　?。?）采用上述配置方案設(shè)計(jì)后，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下進(jìn)步性特點(diǎn)。這種電場(chǎng)的電聚焦作用使絕大部分電風(fēng)穿越透鏡口，把二次流局限在收塵室內(nèi)，從而減少了煙氣在通道中的紊流強(qiáng)度，提高了收塵過程的必然性； 在這種電場(chǎng)中粉塵粒徑越小，受到的聚焦作用越強(qiáng)，所以對(duì)微塵有獨(dú)到的收集性能；同時(shí)，這種電場(chǎng)對(duì)于進(jìn)入收塵室的粉塵還有著良好的流體力學(xué)屏蔽作用，可以有效地減少返流損失；更由于這種電場(chǎng)所收集的粉塵不是主要沉積在極板上，而是在透鏡收塵室空間進(jìn)行碰撞、凝聚和降落，透鏡極板只有少量的粉塵會(huì)停留在透鏡極板和陽極線上， 只需施與輕微的振打力就能振落粉塵，所以能夠極大地減小揚(yáng)塵損失；還有，這種電場(chǎng)的電壓變化過程具有負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)特性，能夠保持獲得穩(wěn)定的聚焦效果。

　　2.3 袋區(qū)部分
　　（1）后級(jí)布袋除塵區(qū)分兩個(gè)除塵大室，每個(gè)大室又分為2 個(gè)小室，小室為方形，內(nèi)部布袋沿氣流方向布置，每個(gè)小室配一個(gè)提升閥，以方便檢修；小室內(nèi)安裝固定式吹灰管，每個(gè)布袋對(duì)應(yīng)一個(gè)噴嘴，每一行布袋的噴吹由一個(gè)淹沒式脈沖電磁閥控制。

　?。?）濾料采用玻纖覆膜，材質(zhì)為PPS，濾料經(jīng)過了防油水、燒光處理，具有優(yōu)異的抗氧化及耐高溫（≤260℃）性能，有效使用壽命≥30000h。由于此種濾料為表面過濾型濾料，故清灰徹底，減少了粉塵在濾袋表面形成粉塵層后板結(jié)的可能，有效地保證了除塵效果。

　　（3）濾袋由袋籠支撐，規(guī)格為：155×6000，袋籠用碳鋼絲制作，為減少濾袋與籠骨的磨擦，延長濾袋的使用壽命及便于拆卸濾袋，濾袋采用圓形結(jié)構(gòu)；為了延長袋籠的使用壽命，籠骨表面采用有機(jī)硅高溫涂料進(jìn)行表面粉末靜電噴涂，使其表面比普通涂料光滑且防腐蝕性能大大提高；再者為保證濾袋與花板間的氣密性，袋口采用彈性漲圈，使其密封牢固可靠。

　?。?）袋區(qū)采用低壓脈沖噴吹方式清灰， 每一個(gè)小室配一個(gè)氣包，氣包采用無逢鋼管制造。單個(gè)氣包進(jìn)氣處設(shè)有截止閥，便于脈沖閥檢修。所有氣包底部設(shè)有手動(dòng)排污閥， 定期對(duì)氣包進(jìn)行手動(dòng)排污。氣包氣源配置不銹鋼手動(dòng)隔離閥、止回閥、壓力調(diào)節(jié)閥（帶有壓力表）、油水分離器；氣包氣路上安裝壓力遠(yuǎn)傳信號(hào)裝置，用于連續(xù)監(jiān)控噴吹氣源壓力和進(jìn)行脈沖閥故障的判斷。系統(tǒng)配兩臺(tái)10Nm³/min 的螺桿式空壓機(jī)（一運(yùn)一備）和一套后處理裝置作為清灰及提升閥控制氣源。

　?。?）袋區(qū)各分室、除塵器進(jìn)出口端均設(shè)有差壓變送器，每個(gè)脈沖閥就地設(shè)有手動(dòng)控制開關(guān)，并安裝在就地控制柜內(nèi)，手動(dòng)控制開關(guān)按行列式布置，行選擇采用多位旋鈕開關(guān)，列選擇采用按鈕開關(guān)。

　　2.4 旁路系統(tǒng)及預(yù)涂灰裝置
　　（1）旁路系統(tǒng)包括旁路提升閥和旁路煙道。除塵器頂部設(shè)計(jì)一個(gè)旁路煙道，旁路煙道配2 個(gè)旁路提升閥，可以在系統(tǒng)煙氣出現(xiàn)異常情況時(shí)開啟盤路系統(tǒng)保護(hù)濾袋。旁路提升閥垂直上下提升布置，閥芯及框架材料為Q235，密封采用耐高溫硅橡膠（滿足200℃工況下長期使用）， 旁路提升閥連桿密封能防止灰塵進(jìn)入和由于高溫而引起的變形或老化。旁路提升閥具有快速開啟的功能，全關(guān)到全開的動(dòng)作時(shí)間≤10s，并可進(jìn)行手動(dòng)操作、就地操作和DCS 遠(yuǎn)程操作，擋板位置（4~20mA DC 兩線制模擬量信號(hào)）和開、關(guān)狀態(tài)反饋進(jìn)入DCS 系統(tǒng)。

　　（2）預(yù)涂灰裝置指透鏡電袋除塵器在投運(yùn)前給新裝濾袋噴涂一層干燥粉煤灰，是防止系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的低溫油、濕煙氣粘污濾袋導(dǎo)致初始阻力增大或糊袋的一種保護(hù)措施。涂灰粉料為干燥的Ⅰ級(jí)粉煤灰。系統(tǒng)布置在除塵器進(jìn)口煙道處， 管道進(jìn)口選用專門密封蝶閥，可與煤灰罐車實(shí)現(xiàn)緊密的連接。

　　2.5 控制系統(tǒng)
　　透鏡式電袋復(fù)合除塵器控制系統(tǒng)分為三個(gè)部分：前級(jí)透鏡電除塵區(qū)控制系統(tǒng)、后級(jí)布袋除塵區(qū)控制系統(tǒng)、旁路煙道報(bào)警保護(hù)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)配置及主要功能介紹如下：

　?。?）前級(jí)透鏡電除塵器控制系統(tǒng)
　　①高壓部分采用以INTEL 公司的16 位單片機(jī) 80C196 芯片為主構(gòu)成的新一代微機(jī)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng).，漢化液晶顯示，具有成熟的高精度火花檢測(cè)和控制功能及臨界反電暈控制功能， 可自動(dòng)選擇全波供電、雙半波間歇供電、單半波間歇供電等運(yùn)行方式，能自動(dòng)快速實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)伏安曲線測(cè)試、雙重火花檢測(cè)、瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)波形自動(dòng)檢測(cè)。具有 RS422/482 通訊接口。實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)和DCS 的連接。 ②低壓部分采用PLC 控制， 具有完備的程序控制功能。振打控制提供連續(xù)振打和周期振打兩種方式； 加熱控制提供連續(xù)加熱和恒溫加熱兩種方式；工作方式、控制溫限和時(shí)間參數(shù)等均可隨時(shí)在線修改?？梢韵蛏衔粰C(jī)傳送除塵器振打、電加熱、卸/輸灰等的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，也可接受來自上位機(jī)的各種參數(shù)的設(shè)定命令。

　?。?）后級(jí)布袋除塵器控制系統(tǒng)
　　①系統(tǒng)配置
　　后級(jí)布袋除塵控制系統(tǒng)和旁路煙道報(bào)警保護(hù)控制系統(tǒng)共用一套Siemens PLC，配用人機(jī)界面TP170B 5.7 寸液晶觸摸顯示屏，安裝于一個(gè)控制柜內(nèi)，同時(shí)配有電源模塊、CPU 模塊、輸入輸出模塊、通信模塊等。在觸摸屏上設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)等轉(zhuǎn)換方式開關(guān)。當(dāng)開關(guān)置于自動(dòng)時(shí)， 由PLC 按設(shè)定的運(yùn)行方式和參數(shù)自動(dòng)控制，當(dāng)置于手動(dòng)時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)控制箱手動(dòng)控制每個(gè)電磁脈沖閥。

　?、谥饕刂乒δ?BR>　　后級(jí)布袋除塵控制系統(tǒng)主要是控制布袋的清灰和提升閥的動(dòng)作，其工作方式可選擇在線清灰、離線清灰、定時(shí)清灰、定壓清灰。在觸摸屏上設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)等轉(zhuǎn)換方式開關(guān)，設(shè)在自動(dòng)時(shí)人機(jī)界面操作終端上每個(gè)分室可單獨(dú)設(shè)投入/退出。壓差信號(hào)上下設(shè)定值可調(diào)，電磁脈沖閥以矩陣控制輸出，在任何時(shí)候，不允許兩個(gè)及兩個(gè)以上的脈沖電磁閥工作。表2 為清灰狀態(tài)設(shè)定值。

　?。?）旁路煙道報(bào)警保護(hù)控制系統(tǒng)
　　①系統(tǒng)配置
　　旁路煙道報(bào)警保護(hù)控制系統(tǒng)主要是旁路閥控制信號(hào)測(cè)量設(shè)備，測(cè)量儀器包括量程0~1MPa 的壓力表（清灰氣包壓力測(cè)點(diǎn)）、量程0~8 000Pa 的壓力表（煙道進(jìn)口壓力測(cè)點(diǎn)）、量程0~400℃的測(cè)溫?zé)犭娮瑁ㄔ鰸袼隹跓煖販y(cè)點(diǎn)）。

　?、谥饕刂乒δ?BR>　　報(bào)警保護(hù)控制主要為煙溫報(bào)警， 默認(rèn)狀態(tài)下高/ 低溫都是報(bào)警狀態(tài)。當(dāng)高溫保護(hù)允許時(shí)，增濕塔出口煙氣溫度＞200℃時(shí)開旁路閥，關(guān)提升閥；當(dāng)?shù)蜏乇Ｗo(hù)允許時(shí)，增濕塔出口煙氣溫度＜80℃時(shí)開旁路閥，關(guān)提升閥。旁路閥操作在低壓柜上設(shè)有旁路操作禁止、允許轉(zhuǎn)換開關(guān)和旁路強(qiáng)制開按鈕，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于允許位置時(shí)， 按下旁路強(qiáng)制開按鈕時(shí)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)入旁路狀態(tài)，如果轉(zhuǎn)換開關(guān)置于禁止位置時(shí)，操作旁路強(qiáng)制開按鈕不起作用。

　　3 使用效果
　　該系統(tǒng)于2008 年8 月竣工并投入運(yùn)行，2008 年 12 月9 日，該廠組織環(huán)保驗(yàn)收，測(cè)試結(jié)果為除塵器出口排放濃度平均21.8mg/Nm³ 見表3， 阻力850Pa，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　4 小結(jié)
　　（1）從應(yīng)用后測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，透鏡式電袋復(fù)合除塵技術(shù)在水泥窯磨一體機(jī)窯尾收塵上的應(yīng)用是成功的，除塵器出口濃度21.8mg/Nm³，遠(yuǎn)低于國家環(huán)保要求≤50mg/Nm³，對(duì)今后環(huán)保要求的提高具有廣泛的適應(yīng)性，特別對(duì)老舊電除塵的達(dá)標(biāo)改造具有很大的優(yōu)越性；

　　（2）前級(jí)透鏡電除塵區(qū)與常規(guī)兩級(jí)式電除塵結(jié)構(gòu)比較，由于采用超寬間距，收塵面積是兩級(jí)式電除塵的三分之一，大大降低鋼材消耗量，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；

　?。?）后級(jí)布袋除塵區(qū)與常規(guī)布袋除塵比較，由于前級(jí)透鏡電除塵區(qū)收集大部分粉塵，濾袋粉塵負(fù)荷量少，過濾風(fēng)速提高（普通袋除塵器小于1m/min），清灰周期延長，可達(dá)2h，普通濾袋清灰周期≤30min，有效的減少噴吹清灰次數(shù)，延長了濾袋的使用壽命，收塵器的總壓力降可以保持在600~900Pa 之間，使設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于袋式收塵器；

　?。?）系統(tǒng)采用PLC 控制，自動(dòng)化程度高，設(shè)備的全部運(yùn)行情況直觀的顯示在顯示屏上， 參數(shù)設(shè)置、修改方便、控制簡單。