旋窑窑尾除尘系统(除尘器)技术方案

　　一、概述

　　中阳县桃园水泥有限责任公司有一台φ2.5×42m旋窑生产线，目前窑尾采用一台五电场电除尘，但效果不理想，对环境造成一定的污染，同时也让费了一定的资源。为了适应国家环保要求，减少粉尘对人体健康的危害，同时也为了公司的自身发展，该司决定于近期对这台旋窑进行粉尘治理，将原来电除尘改为袋式除尘器，以期尾窑粉尘排放达标，彻底改善厂区的生产环境。

　　二、设计依据及相关标准

　　2.1中阳县桃园水泥有限公司提供的有关资料

　　2.2《水泥厂大气污染物排放标准》（GB4916-2004）

　　2.3《通风除尘系统手册》

　　2.4《水泥工程师手册》

　　2.5《水泥厂工艺设计手册》

　　2.6《旋窑水泥厂粉尘治理技术文集》

　　三、窑尾除尘技术综述

　　水泥窑运转正常的情况下，窑尾烟气温度在350度左右；窑况异常时，烟气温度会更高。窑尾烟气中粉尘浓度高，折合成标况时一般在40～80g/Nm³；且粉尘中含有大量高温分解成分，细粉多，20～30um以下的颗粒占50％以上。此外，由于冷却方式的不同，如采用增湿塔、对原料进行烘干、掺冷风和余热发电等，冷却后的烟气水份含量会有很大的不同。烟气露点温度也因冷却方式不同而变化。

　　过去国内水泥生产线窑尾不论其规模大小基本上都是采用电除尘器，20世纪70年代，仅有少量的水泥生产企业窑尾烟气采用了袋除尘器，但这些厂的处理烟气量一般都在200000m³/h以下。2000t/d规模的干法水泥生产线窑尾烟气处理应用袋除尘器始于90年代北京水泥厂，根据当时引进的美国富乐技术生产的反吹风袋除尘器，后来山西水泥厂2000t/d干法水泥生产线建设时其窑尾烟气量采用了低压分室脉冲喷吹布袋除尘器。从此大型干法水泥生产线窑尾烟气治理应用低压分室脉冲喷吹袋除尘技术得到水泥工作者的认同。《水泥工业大气污染排队放标准》的发布，极大的促进了窑尾袋除尘器的推广应用。窑尾烟气除尘系统经历了电除尘器、袋除尘器两大技术的应用阶段，目前大型节能高效袋除尘器正在推广之中，同时，行业内也出现了电改袋技术的新动向。

　　3.1电除尘器

　　电除尘器作为一种高效除尘器，在我国发展新型干法水泥生产线中得到了广泛的应用。特别是20世纪80年代中期、90年代中期天津水泥工业设计研究院引进德国鲁奇公司技术后，做了大量的消化吸收再创新工作。鲁奇电除尘技术大量应用于2000～10000t/d新型干法水泥生产线的窑头窑尾除尘，把电除尘在水泥工业窑头窑尾上的应用推到了一个新高度。

　　电除尘器的主要优点：

　　(1)本体压力损失小，一般小于200Pa,最大300Pa；

　　(2)单机处理烟气量大

　　(3)耐高温，可在400度高温下运行；

　　(4)主要部件使用寿命长，维护费用低。

　　电除尘器的主要缺点是：

　　除尘器效率受烟气和粉尘的物理化学特性影响大,因而对工艺操作有求较高，对于高比电阻粉尘、微细和超微细粉尘等除尘效果不理想，甚至不能使用。随着国家新的排放标准的推行，电除尘将会被淘汰。

　　3.2袋除尘器

　　随着低压分室脉冲喷吹布袋除尘器在水泥工业窑头窑尾烟气处理中的应用，标志着布袋除尘器在水泥工业生产中的成熟。其主要优点：

　　（1）除尘效率受烟气和粉尘的物理化学特性影响小，对工况变化的适应能力强。

　　（2）排放低，一般不超过30mg/m³，远低于国家的排放标准，这也是电除尘器无法比拟的。能捕捉超微细粉尘，除尘效率高，为今后国家进一步提高排放标准有余地；

　　（3）操作维护简单。

　　3.3电改袋

　　20世纪90年代前期设计的水泥生产线窑尾采用电除尘器，在环保、节能等方面如何达到新标准的要求，是一个等待解决的问题，电改袋是一种有效途径之一。

　　1)电改袋常见技术方案

　　将原电除尘器改造为低压脉冲喷吹袋除尘器，保留原电除尘器基础和大部分壳体，如进气口、除尘器壳体、灰斗、排灰系统等，尽可能的节省费用和缩短工期；拆除原电除尘器的全部结构及其振打装置。

　　2)总体结构

　　袋除尘器采用原电除尘器钢结构外壳。壳体的上部增加净气室的出气阀，净气室底部为花板，在花板上安装滤袋、袋笼及喷吹系统。进气口完全利用原电除尘器进气喇叭和分布板，烟气靠进气端隔板导流后进入袋室进行过滤。改后袋除尘器采用低压脉冲喷吹清灰方式。

　　3)工作原理

　　当含尘气体从进气口进入除尘器后，首先碰到进气口中的分布板和导流隔板，气流便均匀流向袋室，同时气流速度变慢。由于惯性的作用，使气流中的粗颗粒粉尘直接落入灰斗，起到预防收尘的作用。进入袋室的气流通过内部装有金属骨架的滤袋，粉尘被捕集在滤袋的外表面，净化后的气体进入袋室上部的净气室，各净气室出口汇集到一个排气总管与原电除尘器出气管道连接，气体从此排出。

　　四、脉冲喷吹除尘器技术说明

　　4.1综述

　　我公司生产的ADMC脉冲喷吹布袋除尘器技术是日本A.BITION(艾立信)借鉴国内外先进除尘技术，研制成功的新型高效袋除尘器。该设备广泛应用于水泥、电力、钢铁、冶金、化工等行业烟气除尘及物料回收、粉尘治理，是一种处理风量大、清灰效果好、除尘效率高，占地面积小，运行稳定、性能可靠，维修方便的大型除尘设备。

　　我公司推出的ADMC脉冲袋式除尘器运用了许多专有技术，这些专有技术得到了各设计院、专家的认同并获得了实践的考证。主要有：

　　1)高效脉冲喷吹技术：新型低阻、高效、长寿命膜片电磁脉冲阀的合理选用，加上喷吹管的独到设计和加工手段，使布袋除尘器的清灰方式得到了彻底的改变。

　　2)高性能滤料应用技术：结合窑尾烟气的特性，采用性价比高的LF耐高温P84复合滤料，解决窑尾烟气高温高粘的问题。

　　3)PLC可编程控制器技术：采用SIEMENS公司提供的PLC可编程控制器进行控制, 可具备与系统DCS的通讯接口，可以实现对布袋除尘器进行手/自动控制。

　　4)设备的阻力控制：通过在设备设计上的一系列独到考虑，从设备结构和滤料两方面保证设备整体阻力的安全和可靠。

　　以上一系列先进技术的运用，保证了我公司生产的除尘器拥有一流的技术、绝佳的性能价格比。

　　4.2系统设备

　　ADMC脉冲喷吹布袋除尘器本体、保护系统、压缩空气系统（包括储气罐、油水分离器、管路）、控制系统（包括仪器仪表、PLC柜、、现场操作柜）等组成。

　　系统主要设备：

　　1）ADMC脉冲喷吹布袋除尘器本体

　　结构框架及箱体------结构框架利用原有电除尘壳体改造，用于支撑除尘器本体、灰斗及输灰设备等；箱体包括上箱体、中箱体及灰斗等

　　滤袋、笼骨和花板-----滤袋和笼骨组成了除尘器的滤灰系统；花板用于支撑滤袋组件和分隔过滤室（含尘段）及净气室，并作为除尘器滤袋组件的检修平台；滤袋组件从花板装入

　　进气系统 ------包括进风导流总管、导流板

　　排气系统 ------包括由排气管道等组成的除尘器净化气体排放系统，可以在原电除尘系统改造。

　　卸灰系统 ------装置于除尘器灰斗上的卸灰阀等组成了除尘器的卸灰系统，用于及时排出灰斗中收下来的物料，可以直接使用原有系统。

　　2）压缩空气系统，包括压缩空气管道、减压阀、压力表、气源处理三联件等。

　　3）控制系统，包括仪器仪表、以PLC可编程控制器为主体的除尘器主控柜、现场操作箱等。

　　4.3工作原理

　　利用原有电除尘改造成的ADMC脉冲喷吹袋式除尘器的气体净化方式为外滤式，含尘气体由进口处气流均布装置均匀进入各单元过滤室。气流通过从侧面及下部全方面均匀进入袋室，整个过滤室内气流分布均匀；含尘气体中的颗粒粉尘在进风道内通过自然沉降分离后直接落入灰斗，其余粉尘在烟气导流装置的引导下，随气流进入中箱体过滤区，吸附在滤袋外表面。过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱、排风管排出。

　　滤袋采用压缩空气进行喷吹清灰，清灰机构由气包、喷吹管和电磁脉冲控制阀等组成。过滤室内每排滤袋出口顶部均配有一根喷吹管，喷吹管下侧正对滤袋中心处设有喷吹口，每根喷吹管上均设有一个脉冲阀与压缩空气气包相通。清灰时，电磁阀打开脉冲阀，压缩空气经喷口喷向滤袋，与其引射的周围气体一起射入滤袋内部，引发滤袋全面抖动并形成由里向外的反吹气流作用，清除附着在滤袋外表面的粉尘，达到清灰的目的。

　　随着过滤工况的进行，当滤袋表面积尘达到一定量时，由清灰控制装置（定时控制）按设定程序打开电磁脉冲阀喷吹，压缩气体以极短促的时间顺序通过各个脉冲阀经喷吹管上的喷嘴诱导数倍于喷射气量的空气进入滤袋，形成空气波，使滤袋由袋口至底部产生急剧的膨胀和冲击振动，造成很强的清灰作用，抖落滤袋上的粉尘，落入灰斗中的粉尘经由输灰设施集中送出。

　　除尘器的控制（包括清灰控制）采用PLC控制。整套除尘系统的控制实行自动化无人值守控制，可接受工厂大系统远程控制。

　　所有的检修维护工作在除尘器净气室及机外执行，无须进入除尘器内部。

　　4.4性能指标

　　1）我公司所改造的设备相当于新设备，为当代成熟技术制造，并具有良好的启动灵活性和可靠性，多家用用户的使用实践表明，该设备完全能满足窑尾收尘的需要及技术参数的要求，并能在贵方所提供的烟气含尘条件和自然条件下长期、安全地运行并达到排尘要求。

　　2）尽量多的利用原有电除尘器的外壳，改造工作量小，设备结构紧凑，技术合理。密封性强，动作灵活，便于检修，外形美观，除尘器的设计、制造符合“脉冲喷吹类袋式除尘器技术条件”ZB88011-89的规定要求。

　　3）除尘器在下列条件下能达到保证效率：

　　a.在提供的气象、地理条件下

　　b.除尘器效率不因入口浓度的变化而降低

　　c.不以烟气调质剂作为性能的保证条件

　　d.不以进口灰粒度作为性能的保证条件

　　4）性能保证值：

　　除尘器粉尘排放浓度保证值为50mg/Nm³以下。

　　除尘器系统的最大运行阻力＜1500Pa；

　　除尘器本体漏风率≤2%

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　　4.5烟气导流装置

　　为保证烟气均匀进入袋室，我们采用了侧部下部结合进风的方式，并对除尘器各烟气流经途径中的管道风速进行了分段化设计，在除尘器的进风部位采用了阻流加导流型烟气导流装置，并对除尘器各烟气流经途径中的管道风速进行了分段化设计，充分利用了气体的自然分配原理，保证了各单元及每单元的各个点之间进风的均匀性，充分提高了过滤面积利用率。通过对进入袋室的风向控制，有效控制了二次扬尘的产生，提高了除尘效率。

　　含尘气体由烟气导流装置进入各单元过滤室，由于设计中各部位均留有足够合理的净空，滤袋间距亦进行了专门设计，气流通过导流装置后，依靠阻力分配及导流原理自然分布，达到整个过滤室内气流以及各空间阻力的分布均匀，保证袋室内合理的烟气流速，最大限度地减少紊流、防止二次扬尘。

　　为保证烟气导流装置的合理性，本公司借助计算机对该烟气导流装置进行模拟设计，它又类似百叶窗式，能起到机械除尘的效果，对高浓度的烟气有很好的除尘效果且不会有堵灰情况发生。检测结果表明，经过调整后除尘器的气流分布均能达到美国 RMS标准中的优级水平。

　　设计合理的进风导流系统将箱体、过滤室和系统的阻力降至最小并尽可能地减少进风系统中的灰尘沉降现象，避免了滤袋、碰撞、磨擦，延长了系统及滤袋的使用寿命。

　　4.6滤袋布置和花板

　　除尘器滤袋采用纵横直列的矩阵布置方式。这种排列方式合理地利用了原有电除尘壳体方形的箱体空间。烟气导流装置的应用，降低了袋室内的局部风速，避免了滤袋晃动可能产生的碰撞。

　　除尘器的花板作为除尘器净气室和过滤室的分隔，用于悬挂滤袋组件，同时也将作为除尘器滤袋组件的检修平台。

　　除尘器花板采用数控冲压方法加工花板孔，保证了花板及花板孔的形位公差要求。

　　设计合理的除尘器上箱体内部结构为工人以花板作为操作平台进行除尘器检修、维护创造了条件。

　　花板孔冲压位置准确，与理论位置的偏差小于±0.05mm，确保两孔洞的中心距误差在±1.0mm。花板孔洞制成后清理各孔的锋利边角和毛刺，焊接加强筋板布置合理。

　　焊接后通过整形确保花板平整，无挠曲、凹凸不平等缺陷，花板平面度＜1/1000，对角线长度误差＜3mm，内孔加工表面粗糙度为Ra=2。滤袋与花板的配合合理，滤袋安装后严密、牢固不掉袋、装拆方便。

　　采用精密工艺加工的花板和高精度定位的喷吹管保证了喷吹短管轴线和滤袋组件轴线的重合，从而保证了整套喷吹系统的可靠、有效。

　　4.7滤袋和笼骨

　　对于整台布袋除尘器而言，滤袋是其核心部件。滤料质量直接影响除尘效率，滤袋的寿命又直接影响到除尘器的运行费用。根据窑尾烟气的特点，我们选用了LF耐高温P84复合滤料，该滤料表面易清灰，阻力低，耐高温至280℃。

　　滤袋上口设计为弹簧形式，弹性好，不易腐蚀，寿命长；滤袋上部和底部设计增加了加固布，增强易破部位的强度，延长了滤袋的使用寿命；滤袋采用专用的三针平缝缝纫机织成，强度高，密封好。

　　袋笼是布袋除尘器的关键部件，涉及滤袋使用寿命，为此我司采取了如下措施：

　　a、袋笼采用冷拔钢丝镀锌制成，耐温、耐酸性能好，表面上不易产生锈蚀和锈蚀后引起的粗糙；

　　b、袋笼上口接管与滤袋口紧配，保证同心度，使喷吹气流能居中，保证了清灰效果；

　　c、袋笼底部采用锥形收口，保证安装或更换袋笼十分方便；

　　d、我公司的袋笼是在袋笼自动生产线上生产的，一次成形，表面光滑，焊接强度高，袋笼垂直度高，保证滤袋之间不相碰，延长了滤袋使用寿命。

　　4.8清灰系统

　　除尘器的清灰采用压缩空气低压脉冲清灰。

　　除尘器采用在线清灰方式，清灰功能的实现是通过PLC利用差压（定阻）、定时或手动功能启动脉冲喷吹阀喷吹，使滤袋径向变形，抖落灰尘。

　　清灰系统设计合理，脉冲阀动作灵活可靠。所有清灰系统部件，均采用专用的工装制作，在设备出厂前，还对清灰系统等主要部件进行了预组装，以保证质量。

　　清灰用的喷吹管借助校直机进行直线度校正。喷吹短管（又称喷嘴）与喷吹管的焊接采用了工装模具，二氧化碳保护焊接，减少变形，保证喷吹短管间的形位公差。喷吹管借助支架固定在上箱体中，并设置了定位销，方便每次拆装后的准确复位。

　　采用文氏管或类似结构的零件对压缩空气进行导流，有助于压缩气流方向的稳定，但文氏管或类似零件的结构会降少滤袋的有效过滤面积，并导致设备阻力的增加，我们采用的喷嘴有同样的导流效果但没有增加设备阻力之忧。

　　清灰系统设置分气包、精密过滤器（除油、水、尘）等，保证供气的压力、气量和品质，清灰力度和清灰气量能满足各种运行工况下的清灰需求。

　　4.9电磁脉冲阀

　　清灰系统的关键设备是电磁脉冲阀，它的选用关系到除尘器的造价及清灰效果。我们为ADMC型脉冲喷吹长布袋除尘器选用的电磁脉冲阀为国内知名品牌红五星公司的淹没式电磁脉冲阀，DC24V，φ3″，喷吹压力可调，膜片经久耐用，寿命大于100万次以上，满足了脉冲电磁阀的高效运行要求、极大地减少了维护工作量。

　　4.10 钢结构

　　1）除尘器上箱体采用钢结构制作，中箱体以下利用原有电除尘壳体改造，设计符合有关的钢结构设计规范；尽量简化现场安装步骤，减少现场焊接工序。

　　2）就除尘器的钢结构而言设备的支承结构是自撑式的，任何水平荷载都不转移到别的结构上。

　　4.11电气及仪表、控制

　　1）电源

　　除尘器属Ⅱ类负荷设备，我方将按贵方提供的二路分开的独立电源考虑设计。电源为交流380V/220V，50HZ，三相四线制。

　　我方设备所需的直流电源或其他交流电源，由我方通过贵方提供的交流电源自行解决，并提出所需电源的总负荷。

　　（1）当电源电压在下列范围内变化时，所有电气设备和控制系统应能正常工作：

　　交流电源＋～5－10%UH长期   -22.5%UH不超过一分钟；

　　（2）我方在产品电路设计时尽量使电源的三相负载保持平衡。

　　（3）除尘器现场设施，采用必要的防水防尘措施，达到设备露天放置的要求。

　　（4）我方的电气及控制设备将明确提出接地方面要求，并在需要接地的设备上留出接地用的连接端子；

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　　2）仪表及控制

　　控制系统采用西门子PLC控制，所有设备均可在除尘控制室或主控室的操作员站上实现控制。采用DCS远程控制，其控制系统达到具有自动识别、判断和自动处理故障、实现历史数据再现和无人值守的功能。

　　系统采用网络系统，减少布线，做到投资省、能耗低、操作简便、运行费用低。

　　脉冲清灰自动控制采用定时（时间可在操作柜上设定）控制方式。

　　整套除尘控制系统以除尘器PLC为中心，系统各设备的控制由除尘器PLC实现，并与工厂大系统连接，由除尘系统PLC采集并传送系统各设备的运行数据。

　　（1）我方提供的控制装置箱柜采用密封结构，能防尘、防尘、防小动物进入，以确保设备安全。

　　（2）控制机柜有足够的强度和刚度，不易变形；

　　（3）PLC的I/O点留有足够的输出和输入接口；

　　（4）机柜防电磁干扰，保证系统不会误动。

　　3）控制系统要求

　　（1）开关接点通过的连续电流小于其额定值的80%；

　　（2）系统中的运转设备均设置机械故障检测和报警装置，当任一运转设备发生故障时，立即发出故障信号，并送至操作室内，在主控柜显示并声光报警，运转设备自动断电停运。

　　指示灯颜色应用：

　　绿色：电源断开、除尘器停运、阀门全关等

　　红色：电源闭合、除尘器运行、阀门全开等

　　绿色灯加红色灯：阀门半开

　　白色：控制回路电源监视灯

　　黄色：不正常状态

　　（3）随本体供应的检测元件、仪表及控制设备选用通用的名牌产品，并符合国家有关标准。控制系统出厂前作相应模拟工况下的动作试验。电器仪表装置在出厂前进行测试，保证到现场后，接上电源和气源即可正常运转。

　　五、方案内容

　　5.1 烟气量确定

　　根据贵公司提供的烟气量218000 m³/h，设计时按最大量考虑，因此本方案窑烟气量设定为218000m³/h，将原电除尘器改成一台ADMC360-6×2低压脉冲长袋除尘器。

　　5.2 ADMC360-6脉冲长布袋收尘器技术参数表

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      5.3 主要技改过程

　　1）做好技改前的技术文件和现场人员组织、备件和原材料的准备工作，制定详细的工作计划。

　　2）按照图纸要求做好中箱体以下的材料，同时购买所需的配件。

　　3）拆除原除尘器内部极板极线及相应支架、顶盖、气流均布板及清灰装置并除锈。

　　4）拆除原除尘器顶部高压部分。

　　5）在墙上箱体部位按图纸要求划线制作安装中箱体，袋除尘风道及两端侧墙及隔仓墙板。

　　6）修正中箱上口水平，安装花板、袋除尘上部箱体及喷吹系统；

　　7）在上箱体部内按图纸要求安装喷吹系统、电气系统。

　　8）改造除尘器尾部引风机，连接出风道。

　　9）按装滤袋及笼架。

　　10）改造除尘器的输灰系统，使之与本体配套。

　　11）控制系统线路连接。

　　12）打扫安装现场，各个部位检查。

　　13）试运行。

　　整个改造过程60-70个工作日左右。

　　六、投资概算

　　本方案的除尘器中箱体及下箱体利用贵公司现有的电除尘壳体，本着节约原则，贵厂按图制作中箱以下部分冷作件及和非标件及安装，我司提供配件并派技术人员现场指导，负责整个工程技术保证达标排放。

　　投资概算如下：

　　综上：本次技改总投资约215.67 万元