透镜式电袋复合除尘技术在水泥厂窑尾烟气净化中的应用

　　随着经济的迅速发展，经济发展带来的环境污染日益加剧，环保问题也越来越受到国家的重视。水泥工业作为高污染的行业之一，在环保的压力下受到严峻挑战。在国家环保总局颁布的新的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4515-2004）要求：自2010 年1 月1 日起，水泥厂水泥窑及窑磨一体机烟尘最高允许排放浓度为50mg/Nm³。传统的电除尘器已很难长期保证高效达标运行。国内、外研究结果表明：电除尘器很难除去对人类特别有害的PM10 和PM2.5，特别是 PM2.5 几乎无法回收。而袋除尘器可以同时过滤烟尘中PM10 和PM2.5， 使PM10 和PM2.5 降到对环境无害的程度。因此大型的袋式除尘和电袋组合除尘技术应运而生。

　　透镜式电袋复合除尘器是吸收综合透镜式电除尘和布袋除尘的优点，经过消化吸收再创新而研发的新一代高效除尘设备。具有不因粉尘比电阻、粉尘浓度等的变化而影响出口排放浓度，除尘效率不随设备运行时间的增加而大幅降低。因前级电除尘区收集了80%～90%的粉尘， 后级布袋区粉尘浓度小，清灰周期大大延长，延长滤袋的使用寿命，具有节能、高效，运行稳定的优点。是国家新的环保排放要求下理想的除尘装备，本文介绍该技术在福建龙岩市新罗区某水泥厂水泥窑磨一体机窑尾烟气净化中的应用。

　　1 透镜式电袋复合除尘器设计技术参数（见表1）

　　2 电袋复合除尘系统设备配置及选型
　　2.1 透镜式电袋除尘器示意图（见图1）

　　2.2 透镜式电除尘区
　　（1）透镜式电除尘区由3 个极组成。分别为阳极、阴极、透镜极。阳极采用麻花电晕线，接正高压电源；阴极采用采用鱼骨针刺线，接负高压电源；透镜极采用SPCC 板组成透镜板排，为接地极，结构见图2。顶部采用悬挂结构，透镜极底部采用侧部挠臂锤振打清灰。阴极线采用顶部电磁锤振打清灰，阳极不设计振打。

　　（2）负电晕极、透镜极和正电晕极在空间位置交错排列，垂直悬挂于除尘器壳体内；透镜极由透镜板排平行构成，透镜板排由多块长条导体薄板制成的透镜板在同一平面按一定间距平行并列组成，透镜板排平面相邻两块透镜板侧向之间的间隙为透镜口，平行并列两排透镜板排连同前后端分流、阻流装置围成的空间为收尘室单元，相邻两个收尘室单元之间的区域为烟气通道；负电晕极线以一定距离平行排列组成阴极框，垂直吊挂在烟气通道空间内与透镜极板平面平行的中线位置；正电晕极线悬挂于收尘室单元透镜口内的中心点；每根负电晕极线和正电晕极线都正对透镜口，空间位置与透镜板平面正交；当负电晕极接入 GGAJ02-0.5A120KV 负高压工频电源、正电晕极接入 GGAJ02-0.5A/40KV 正高压工频电源、透镜极接地时， 透镜极是负电晕极和正电晕极的电离公共响应极，正、负电晕极与透镜单元形成类似光学透镜聚焦作用的收尘电场；进入烟气通道的粉尘在收尘电场中荷电，并在透镜趋轴效应力的作用下穿过透镜口向收尘室驱进；正电晕极不仅强化了收尘电场，加快了粉尘的驱进速度，而且它所发射的正电荷可以满足负电性粉尘释放电荷的需要； 进入收尘室的粉尘相互碰撞，凝聚，结粒，最终沉降于灰斗被收集外运。

　　（3）采用上述配置方案设计后，与现有技术相比具有以下进步性特点。这种电场的电聚焦作用使绝大部分电风穿越透镜口，把二次流局限在收尘室内，从而减少了烟气在通道中的紊流强度，提高了收尘过程的必然性； 在这种电场中粉尘粒径越小，受到的聚焦作用越强，所以对微尘有独到的收集性能；同时，这种电场对于进入收尘室的粉尘还有着良好的流体力学屏蔽作用，可以有效地减少返流损失；更由于这种电场所收集的粉尘不是主要沉积在极板上，而是在透镜收尘室空间进行碰撞、凝聚和降落，透镜极板只有少量的粉尘会停留在透镜极板和阳极线上， 只需施与轻微的振打力就能振落粉尘，所以能够极大地减小扬尘损失；还有，这种电场的电压变化过程具有负反馈自动调节特性，能够保持获得稳定的聚焦效果。

　　2.3 袋区部分
　　（1）后级布袋除尘区分两个除尘大室，每个大室又分为2 个小室，小室为方形，内部布袋沿气流方向布置，每个小室配一个提升阀，以方便检修；小室内安装固定式吹灰管，每个布袋对应一个喷嘴，每一行布袋的喷吹由一个淹没式脉冲电磁阀控制。

　　（2）滤料采用玻纤覆膜，材质为PPS，滤料经过了防油水、烧光处理，具有优异的抗氧化及耐高温（≤260℃）性能，有效使用寿命≥30000h。由于此种滤料为表面过滤型滤料，故清灰彻底，减少了粉尘在滤袋表面形成粉尘层后板结的可能，有效地保证了除尘效果。

　　（3）滤袋由袋笼支撑，规格为：155×6000，袋笼用碳钢丝制作，为减少滤袋与笼骨的磨擦，延长滤袋的使用寿命及便于拆卸滤袋，滤袋采用圆形结构；为了延长袋笼的使用寿命，笼骨表面采用有机硅高温涂料进行表面粉末静电喷涂，使其表面比普通涂料光滑且防腐蚀性能大大提高；再者为保证滤袋与花板间的气密性，袋口采用弹性涨圈，使其密封牢固可靠。

　　（4）袋区采用低压脉冲喷吹方式清灰， 每一个小室配一个气包，气包采用无逢钢管制造。单个气包进气处设有截止阀，便于脉冲阀检修。所有气包底部设有手动排污阀， 定期对气包进行手动排污。气包气源配置不锈钢手动隔离阀、止回阀、压力调节阀（带有压力表）、油水分离器；气包气路上安装压力远传信号装置，用于连续监控喷吹气源压力和进行脉冲阀故障的判断。系统配两台10Nm³/min 的螺杆式空压机（一运一备）和一套后处理装置作为清灰及提升阀控制气源。

　　（5）袋区各分室、除尘器进出口端均设有差压变送器，每个脉冲阀就地设有手动控制开关，并安装在就地控制柜内，手动控制开关按行列式布置，行选择采用多位旋钮开关，列选择采用按钮开关。

　　2.4 旁路系统及预涂灰装置
　　（1）旁路系统包括旁路提升阀和旁路烟道。除尘器顶部设计一个旁路烟道，旁路烟道配2 个旁路提升阀，可以在系统烟气出现异常情况时开启盘路系统保护滤袋。旁路提升阀垂直上下提升布置，阀芯及框架材料为Q235，密封采用耐高温硅橡胶（满足200℃工况下长期使用）， 旁路提升阀连杆密封能防止灰尘进入和由于高温而引起的变形或老化。旁路提升阀具有快速开启的功能，全关到全开的动作时间≤10s，并可进行手动操作、就地操作和DCS 远程操作，挡板位置（4~20mA DC 两线制模拟量信号）和开、关状态反馈进入DCS 系统。

　　（2）预涂灰装置指透镜电袋除尘器在投运前给新装滤袋喷涂一层干燥粉煤灰，是防止系统启动时的低温油、湿烟气粘污滤袋导致初始阻力增大或糊袋的一种保护措施。涂灰粉料为干燥的Ⅰ级粉煤灰。系统布置在除尘器进口烟道处， 管道进口选用专门密封蝶阀，可与煤灰罐车实现紧密的连接。

　　2.5 控制系统
　　透镜式电袋复合除尘器控制系统分为三个部分：前级透镜电除尘区控制系统、后级布袋除尘区控制系统、旁路烟道报警保护控制系统。系统配置及主要功能介绍如下：

　　（1）前级透镜电除尘器控制系统
　　①高压部分采用以INTEL 公司的16 位单片机 80C196 芯片为主构成的新一代微机自动电压控制系统.，汉化液晶显示，具有成熟的高精度火花检测和控制功能及临界反电晕控制功能， 可自动选择全波供电、双半波间歇供电、单半波间歇供电等运行方式，能自动快速实现电场动态、静态伏安曲线测试、双重火花检测、瞬态与稳态波形自动检测。具有 RS422/482 通讯接口。实现与上位机和DCS 的连接。 ②低压部分采用PLC 控制， 具有完备的程序控制功能。振打控制提供连续振打和周期振打两种方式； 加热控制提供连续加热和恒温加热两种方式；工作方式、控制温限和时间参数等均可随时在线修改。可以向上位机传送除尘器振打、电加热、卸/输灰等的实时运行参数和状态，也可接受来自上位机的各种参数的设定命令。

　　（2）后级布袋除尘器控制系统
　　①系统配置
　　后级布袋除尘控制系统和旁路烟道报警保护控制系统共用一套Siemens PLC，配用人机界面TP170B 5.7 寸液晶触摸显示屏，安装于一个控制柜内，同时配有电源模块、CPU 模块、输入输出模块、通信模块等。在触摸屏上设有自动、手动等转换方式开关。当开关置于自动时， 由PLC 按设定的运行方式和参数自动控制，当置于手动时，可在现场控制箱手动控制每个电磁脉冲阀。

　　②主要控制功能
　　后级布袋除尘控制系统主要是控制布袋的清灰和提升阀的动作，其工作方式可选择在线清灰、离线清灰、定时清灰、定压清灰。在触摸屏上设有自动、手动等转换方式开关，设在自动时人机界面操作终端上每个分室可单独设投入/退出。压差信号上下设定值可调，电磁脉冲阀以矩阵控制输出，在任何时候，不允许两个及两个以上的脉冲电磁阀工作。表2 为清灰状态设定值。

　　（3）旁路烟道报警保护控制系统
　　①系统配置
　　旁路烟道报警保护控制系统主要是旁路阀控制信号测量设备，测量仪器包括量程0~1MPa 的压力表（清灰气包压力测点）、量程0~8 000Pa 的压力表（烟道进口压力测点）、量程0~400℃的测温热电阻（增湿塔出口烟温测点）。

　　②主要控制功能
　　报警保护控制主要为烟温报警， 默认状态下高/ 低温都是报警状态。当高温保护允许时，增湿塔出口烟气温度＞200℃时开旁路阀，关提升阀；当低温保护允许时，增湿塔出口烟气温度＜80℃时开旁路阀，关提升阀。旁路阀操作在低压柜上设有旁路操作禁止、允许转换开关和旁路强制开按钮，当转换开关置于允许位置时， 按下旁路强制开按钮时节系统进入旁路状态，如果转换开关置于禁止位置时，操作旁路强制开按钮不起作用。

　　3 使用效果
　　该系统于2008 年8 月竣工并投入运行，2008 年 12 月9 日，该厂组织环保验收，测试结果为除尘器出口排放浓度平均21.8mg/Nm³ 见表3， 阻力850Pa，达到设计要求。

　　4 小结
　　（1）从应用后测试数据可以看出，透镜式电袋复合除尘技术在水泥窑磨一体机窑尾收尘上的应用是成功的，除尘器出口浓度21.8mg/Nm³，远低于国家环保要求≤50mg/Nm³，对今后环保要求的提高具有广泛的适应性，特别对老旧电除尘的达标改造具有很大的优越性；

　　（2）前级透镜电除尘区与常规两级式电除尘结构比较，由于采用超宽间距，收尘面积是两级式电除尘的三分之一，大大降低钢材消耗量，具有很大的经济效益和社会效益；

　　（3）后级布袋除尘区与常规布袋除尘比较，由于前级透镜电除尘区收集大部分粉尘，滤袋粉尘负荷量少，过滤风速提高（普通袋除尘器小于1m/min），清灰周期延长，可达2h，普通滤袋清灰周期≤30min，有效的减少喷吹清灰次数，延长了滤袋的使用寿命，收尘器的总压力降可以保持在600~900Pa 之间，使设备的运行费用远低于袋式收尘器；

　　（4）系统采用PLC 控制，自动化程度高，设备的全部运行情况直观的显示在显示屏上， 参数设置、修改方便、控制简单。