除尘器

高效长袋行脉冲布袋除尘器的设计与应用

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-03-04 16:00:52

在中国加入WTO以后,国内对大气排放要求将会逐渐与欧美各国的排放要求接轨。目前,欧共体的平均排放要求是低于20mg/m3。作为立窑水泥厂如果要想烟气排放达到此水平,使用沉降室、水收尘是绝对不行的,虽然性能好的干法电除尘器在正常状态也可实现无烟无尘排放,但由于清灰难,收尘效率受粉尘比电阻值影响较大,存在事故排放,且随着运行时间的延长,效率大多呈下降趋势。

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合肥水泥研究设计院环保所研制的LFEF(Ⅲ)型玻纤布袋除尘器,成功解决了一些立窑废气的消烟除尘问题,排放浓度也稳定在100mg/m3标况以下,受到推广和用户好评。但由于这种除尘器是以玻纤布作为滤袋,其最大过滤风速只在0.4m/mim左右,还因其清灰只能采用分室离线清灰,因此增加了除尘过滤面积,使设备体积庞大,投资较高,占地面积大,工艺布置难,一般只能放在地下,造成管道长,散热大,保温难,加上散件制作,现场拼装,安装周期长;清灰时外加了反吹风量,所以配套风机功率大,对于直径≥3m立窑,配套风机功率一般要90~110kW,电耗大,运行成本高。

针对上述问题,我厂吸收国内外除尘设备的先进技术,结合自己的实际,成功设计出具有当前先进水平的高效长袋行脉冲清灰布袋除尘器。经我厂七台立窑近两年的实践,该布袋除尘器运行情况良好,完全满足了立窑除尘的需要。

1布袋除尘器的结构及工作原理

1.1高效长袋行脉冲布袋除尘器的结构及工作原理

见图1、2。

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该布袋除尘器主要由除尘器壳体系统、清灰系统及超高(低)温控制系统、附属系统等四大部分组成。除尘器壳体系统主要由净空室、多孔板、布袋及笼架、挡风板、箱体、分风板、集灰斗、锁风排灰装置等部分组成。

脉冲清灰系统主要由空压机、储气罐、油水分离器、减压阀、气包、脉冲阀、喷吹管、脉冲控制仪等部分组成。

超高(低)温控制系统主要由温度控制仪、汽缸及翻板蝶阀等部分组成。

附属系统主要由引风机、变频器及电控部分组成。其工作原理是:当引风机启动后,在收尘器箱内形成1600~2474Pa的负压,立窑烟气在负压作用下经布袋除尘器风管从上部进入除尘器内,首先与挡风板剧烈碰撞,加上因箱体断面突然变大而使烟气流速减慢,粗颗粒及火星颗粒失去动能后落入集灰斗底部,细颗粒折下进入灰斗,再上升经滤袋过滤,细颗粒被阻留在滤袋外表面聚集,形成厚0.5mm左右的细粉过滤层,后来的颗粒在细粉过滤层的表面形成松散的尘饼。过滤后的气体通过各滤袋口汇集到净气室,再经出风管、风机排出大气。

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本除尘器壳体我们设计有两种结构型式,一种是净空室顶盖用钢板制作,净空室四周用钢筋混凝土捣制,除尘器四壁用砖混结构,墙体厚300,两侧各砌120墙,中间60用水泥珍珠岩捣实,集灰斗用钢板制作,这种结构型式我们布置在靠近窑房的正侧面,我厂二分厂的1#、2#、3#、一分厂的4#立窑布袋除尘器均采用该种结构型式;另一种型式为全部用钢板制作,布置在窑房二楼与窑面之间空旷的柱网内,壳体支撑在二楼柱网上的框架梁上,梁上砌180砖墙,墙与壳体之间填充膨胀珍珠岩进行保温,我厂一分厂的1#、2#、3#立窑布袋收尘器采用该种结构型式。相对第一种结构型式由于布置在露天,保温效果没有第二种好,但经久耐用,基建部分投入较大,第二种结构型式壳体造价投入少,保温效果好,不怕风吹雨淋,但要求有合适的柱网,二楼与窑面之间有10m以上的高度差,窑面以上有大于5.4m的检修空间,而且要求窑房结构允许,壳体要经防腐处理,否则易锈蚀。

该布袋除尘器设计为在线清灰,每行为一组,每组数条。由于立窑所用除尘器的处理风量较小,清灰瞬间整个除尘器内处于正压状态,并采用了隔多行循环清灰的方式,相对除尘器的入口浓度而言,“二次扬尘”并不是一种非常严重的现象,所以采用在线清灰是完全可行的。若设计为离线清灰,除增加气体切换阀外,还必须把除尘器分室,增加了除尘器的造价和维护量。再者,离线清灰除尘器完成一个气室的清灰后,此气室的滤袋阻力将比其他正在过滤的气室滤袋阻力低,这时候打开切换阀,气室内滤袋将承受很高的过滤负荷,导致滤料的负荷变化循环太高,会缩短滤料的使用寿命。而在线清灰每次只是降低一行滤袋的阻力,除尘器内部的其它众多数量的滤袋仍然会连续进行过滤工作,这样对刚喷吹后的滤袋所承受的过滤负荷变化相对来说就比较温和。

布袋除尘器的清灰采用安装压差计的时序控制方法。该清灰是用脉冲时间控制仪控制的,清灰时间间隔为30~90s,可根据压差的变化,人工进行调节,使之更加科学并接近实际,能够节约压缩空气的消耗,增强滤料的工作寿命。

1.2超高(低)温控制系统的控制方法

见图3。

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(1)用热电阻测量法(在两条烟筒混合后进除尘器管道的两侧设两支热电阻水平测量)控制进除尘器烟气温度在57~127℃之间为正常工况。此时第一、二冷风阀和直排阀关闭,烟气进风阀打开

(2)当任何一只热电阻测量温度低于57℃时,第二冷风阀和直排阀打开,第一冷风阀和烟气进风阀关闭。布袋除尘器处于抽真空非作业状态,所有的烟气全部排入大气,此种情况应尽量避免。

(3)当任何一只热电阻测量温度超过127℃时,第一冷风阀和烟气进风阀打开,第二冷风阀和直排阀关闭。高于127℃时第一冷风阀打开的作用是为了降低烟气的温度。

(4)当任何一只热电阻测量温度超过157℃时,第二冷风阀也打开进入更多的室温空气,同时直排阀也打开分流部分烟气,此种情况应尽量避免。此时第一冷风阀和烟气进风阀处于打开状态。

(5)当任何一只热电阻测量温度超过177℃时,烟气进风阀关闭,第一、二冷风阀和直排阀打开,布袋除尘器不过滤任何的烟气,全部的烟气完全经沉降室排出,此种情况应尽量杜绝。

(6)停窑即电器电路处于开路状态时,直排阀和第二冷风阀应处于打开状态,以便把有害烟气排除室外,这时第一冷风阀和烟气进风阀处于关闭状态。

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2布袋除尘器的主要特点

(1)本布袋除尘器布袋选用普通的涤纶针刺毡(ZLN-D500)作滤料,价格低廉,每条布袋30多元,而且“再生”过滤能力强,除尘效率高,出口排放浓度在20mg/m3左右,平时看不到水蒸气和烟尘,非常适用于环保要求较高的地区。

(2)采用长袋内笼架外滤结构,长度达6m,过滤风速可达0.8~1m/min,布袋除尘器体积小、造价低、重量轻、安装周期短、工艺布置容易,可放在窑房的正侧面,也可放在二楼与窑面之间。

(3)清灰方式采用高新技术的行脉冲喷吹方式,清灰彻底,设备运行阻力低,不伤袋。

(4)采用在线清灰方法。

(5)采用下进气结构。

(6)制作成箱式钢结构或砖混结构,安装工期大大缩短,只需20d左右。

(7)由于是采用外滤式结构,机外换袋只需一个台班,安全方便。

(8)采用PC机温控仪自动控制超高(低)温系统。

(9)由于所选滤料的连续使用温度要求小于130℃,瞬间使用温度要求小于150℃,再加上烟气低温结露时影响滤料的透气度,甚至使滤料失效,所以,本布袋除尘器只适用于浅暗火或暗火操作的场合,采用热电阻测量管道内烟气温度。控制在57~157℃之间。

(10)由于清灰瞬间是0.1s,没有外加反吹风量,故处理同一规格窑所用引风机的功率同玻纤布袋除尘器相比要小。如对Φ3×10m立窑,选用风机功率为55kW,电机电流在60~90A之间,包括空压机在内,吨熟料收尘电耗4~5度。可回收粉尘400kg/h左右。

(11)风机采用变频调速控制,,根据烟气,天气温度变化及时调整,方便操作而且节约电能。

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3本布袋除尘器技术性能

我厂窑型有Φ3×10M和Φ3×11m两种型式,分别配R60.4和L700×1000(一台用L93WD)罗茨风机,按熟料产量12t/h计算,立窑烟气废气量实际在42000m3/h以下(按闭门烧窑,无明显漏风计)。我们选择Y4-73NO.11D风机,配55kW电动机和变频调速器。根据实际的布置空间,按照过滤风速0.7~0.9m/min设计,又考虑到Φ3×11m窑将来扩径的需要,布袋数量有所增加。当然,选择布袋过滤风速越低,滤料的寿命就越长,但造价就越高。设计后的性能如表1。

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4本布袋除尘器的实际应用与管理

4.1温度

除尘器开机运行后,需要注意温度的变化是否达到设计要求。因为温度的变化将直接影响滤料的使用寿命,如果长期出现高温或低温高湿的情况,就容易出现布袋碳化或粉尘水解的现象,使得滤料失效。经我厂实践证明:若烟气温度低于70℃,布袋除尘器连续运转超过90min,布袋除尘器阻力将急剧增加,最后导致糊袋失效,这时必须停止加料,快速提火,烟气温度控制在100~127℃之间,30min后布袋才会逐渐恢复到正常状态。

4.2喷吹压力

除尘器运行一段时间后,喷吹压力应根据除尘器运行阻力的高低来调整。我厂喷吹压力刚投产时设定为0.3MPa,中期为0.35MPa,后期为0.48MPa,但不能超过0.5MPa,因为我们采用的是DMYⅡ-80脉冲阀,这是一种低压阀,由于其价格低廉,安全储备系数较大,所以我们低压中用,经近两年的实践看,在0.5MPa压力下使用是安全的,故障较少。

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4.3滤料糊袋

本除尘器使用好的关键是能否有效地解决滤料糊袋问题。解决方法有三个:一是加强保温。工艺布置时,进出烟气管道尽量要短,整个系统。窑罩,风管,除尘器等,全部都要保温,这是除尘器正常运转的重要保证,我厂仅此费用投入已超过2万元。再者,整个系统绝对不能漏风,重点搞好灰斗底部和检视门处的密封工作。二是保证清灰系统不失效,即压缩空气管道,气包,电磁阀绝对不能漏气。因为漏气后喷吹进滤袋的压缩空气清灰力度不能有效地把粘附在滤料上的灰尘打掉,使除尘器的阻力升高,滤料糊袋。同时,系统漏气后烟气阀门汽缸不能正常开关,造成糊袋或烧袋。三是布袋除尘器不能长期在烟气温度低于70℃下运行,烟气温度控制要时高时低或保证在70℃以上,而且加料时要连续均匀,细水慢流,一旦发现布袋阻力超过设计阻力要及时提火。

立窑煅烧、烟气温度升高一般都是有一个过程的,只要认真控制,烧袋是完全可以避免的,但如果无征兆塌窑,瞬间大量高温气流,火星冲入除尘器内,烧袋那是难免的。

4.4本布袋除尘器的运行维护

(1)除尘器运行一段时间后,要打开观察门检查布袋的工作状况,根据表面粉尘的状况判断控制温度,清灰压力是否正常。

(2)如果停机时计划拆除笼架检查或清理滤袋表面的积尘,最好停机前使进入除尘器的烟气温度高一点,使滤袋热胀一些,否则,可能笼架抽不出。抽出的滤袋不能在空气中停留太长时间,否则,滤袋表面的粉尘可能与空气中的水分发生水化反应,使布袋糊死失效。

(3)由于喷吹管内气流冲力比较大,使用一段时间后喷吹孔中心线可能后移,与布袋中心线错位或分离,降低清灰效果,应及时复位并固定牢固。

(4)必须定时打开储气罐、油水分离器、气包底部的排污球阀,把油、水及时排掉。

(5)停机较长时间后再开机时,应把烟气温度控制高一点(100~120℃),待整个除尘器和布袋内的水分蒸发掉后,才进入正常煅烧。

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4.5减少烟气直排时间并做到合格排放所采取的措施

同玻纤布袋除尘器相比,该除尘器选用滤料的使用温度范围要窄,因此,为了避免糊袋和烧袋,我们设计了非正常状态下使用的烟气直排旁路系统,这是环保要求所不允许的,但只要措施得当,减少甚至杜绝烟气的直排是完全可能的。

(1)牢固树立环保第一的指导思想,当生产与环保有冲突时,生产应为环保让路。

(2)确立立窑的中心地位,抓好从原材料进厂、化验室配方、生料磨制、成球质量等窑前工艺,为立窑的正常煅烧打下坚实基础,减少不正常窑况的出现,从而有效地减少直排时间。

(3)落实窑长责任制,加强立窑煅烧。窑长根据温度控制仪两边的指示温度做好布料工作,布料要做到细水长流,使窑温波动小,窑工做到勤松边,保证在正常工况下连续煅烧。

(4)应在动态下处理偏火、抽心等不正常窑况。可用大块熟料、烧粘土等物料填充在偏火处起疏风作用,通过变频器加大收尘风机风量(使部分冷风从窑门进入),减小立窑风机风量在半明火工况下处理偏火、抽心等不正常窑况,从而保证立窑烟气不直排。

(5)出现严重炼边时,可停风卸低料面把炼边打掉后,先布一层生料再开风。

(6)正常停窑维护设备时,应把窑温控制在110~120℃再停窑,从而避免开窑时因窑温太低而直排。开窑时因窑温太低可短时间(不要超过3分钟)启用手动按扭强行把烟气抽入布袋除尘器,使立窑不直排。

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(7)加强生产线各设备隐患的汇报工作,把设备隐患消灭在定检工作日,从而减少立窑停机次数,降低直排概率。

(8)每五天检查一次布袋除尘器净空室是否积尘,每十天检测一次布袋除尘器排放浓度,并做好立窑塌边塌窑的及时汇报工作,从而得知布袋是否有烧袋、破损现象,确保烟气的合格排放。

(9)实行除尘器排放浓度(小于50mg/m3为合格),直排时间(以月计小于5%为合格)直接与分厂各级管理人员、窑长职务补贴挂钩的奖惩制度,并作为与窑工是否续签劳动合同的重要依据。布袋除尘器排放浓度长期控制在20mg/m3左右,直排时间在1%以下(每月每窑累计少于5小时)。

(10)一分厂1#、2#窑实行不允许直排作试点,即立窑煅烧时直排阀不允许打开,超出控制温度时烟气直接从窑门排出,从而提高了窑工的责任心,使每窑每月直排不超出30分钟。

(11)布袋使用一年半后因其阻力变大,喷吹压缩空气要求较高,收尘风机消耗功率也较高,从平衡生产成本出发,即使布袋还可继续再用,但还是更换新的合算。

(12)为使窑温处于相对稳定状态,要求布料时间要尽可能长些,料球水份要合适(控制在11.5%~14%为合格),此两项指标与窑工、成球工的奖金挂钩。

5效果

该布袋除尘器由我们厂自己设计、制作、采购,每台布袋除尘器从土建施工到投入使用工期约110天左右,全部投资(包括土建、设备、保温等)在30~35万之间。

从我厂七台立窑近两年来的运行实践看,该布袋除尘器能够连续高效运行,维护运行费用低(吨水泥维护运行费用考核车间为0.3元,吨水泥立窑收尘用电为4度),除环保局每季度不定期突击抽查一次外,我厂还每个月对每台窑自检三次(表2为二分厂1#、2#窑环保局验收结果和三月份厂环保科自检结果),粉尘排放浓度一直达到国家一级排放标准。除冬天夜间外,用眼直观,无尘、无水蒸气,彻底达到了消烟除尘的效果,取得了良好的经济效益和社会效益。

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