万年3#窑尾电收尘一体化改造案例

　　节能减排是国家的一项基本国策，利用水泥熟料生产中的废气余热发电已成为不可逆转的态势，而窑尾超低温余热发电锅炉（下称SP炉）投运之后，窑尾电收尘器的收尘效果明显恶化，粉尘排尘量大大增加。另一方面，国家环保标准不断提高，环保执法力度又不断加强，对早年建成的窑尾电收尘器如何满足新的环保标准是摆在许多水泥生产企业面前的重要课题。

 

　　江西万年青水泥股份有限公司3号生产线于1986年建成投产，是我国首例利用国产设备建成的2000T/D干法水泥熟料生产线，后通过工艺方面的不断改进，现实际生产能力达到2700T/D。窑尾配有2台CDWY85m²双室四电场电收尘器和一台Ф9*22m增湿塔，本体由平顶山电收尘器厂制造，电源由龙岩空气净化设备厂供货［共16套，规格：600mA/66kV］。该电收尘系统自投运以来，本体从未进行过大修，所有清灰振打装置全部失效，所有低压控制柜全部失效报废，高压供电系统虽经修理维护，有些控制器、控制柜也进行过更新，但都是头疼医头、脚痛医脚的做法，各电场运行水平都比较低，有些电场则不能正常投入运行，收尘效果可想而知。前几年，窑尾又增设了余热锅炉，锅炉投运后，排放浓度进一步增大。

 

　　该电收尘一、二电场均为芒刺线，四电场均为星形线，而三电场有一台配芒刺线、另一台配以星形线，极板为C485型。因长期振打失效，内部积灰严重。

 

　　高压变压器为户内式带分体电抗器，通过高压电缆向电场供电。

　　增湿塔采用压力式喷雾系统。系统正常运行时，增湿塔周围有大量的泄漏水。原增湿塔所用的喷嘴经常发生堵塞。

 

　　余热锅炉（下称SP炉）布置于增湿塔之前。SP炉停止、生料磨运行时，烟气分为两路：一路直接进生料磨，另一路经增湿塔喷雾增湿后进电收尘器；SP炉运行时，窑尾废气先经SP炉进行余热利用，从SP炉排出的烟气部分进生料磨、其余部分进增湿塔，后汇入电收尘器处理。生料磨停止时，全部烟气经增湿塔进行喷雾增湿后进电收尘器。

　　增湿塔入口烟气量：≤436000m³/h（320℃）

　　增湿塔入口烟气温度：正常——320℃（SP炉停运）或210℃（SP炉运行）

　　异常——400℃（SP炉停运）或250℃（SP炉运行）

 

　　§4 改造方案的形成及电收尘一体化改造技术原理

　　经过考察，业主了解到窑尾收尘系统实现达标排放有两种选择：其一是把电收尘器推倒重来，采用袋式收尘器实现达标排放。当前，采用袋收尘器已成为新建熟料窑尾收尘的首选方案。但作为已有收尘系统的改造，采用袋收尘方案的难度很大，涉及项目投资、排风机阻力、施工周期等一系列问题。另一种方式，就是利用现有电收尘系统，采用先进技术成果，从烟气调质、高压供电、本体内部挖潜等措施达到新的环保目标。2008年底，经充分酝酿和认证，综合考虑改造效果、投资额度、施工周期以及投运后对工艺系统的影响等因素，最终决定采用上海激光电源设备有限公司提出的利用原电收尘器进行一体化改造的方案。

 

　　本收尘系统原始设计目标为：当产量为日产2000吨水泥熟料时，窑尾电收尘器出口粉尘排放浓度≤100mg/Nm³ 。目前，实际生产能力已提高到日产2700吨，2010年1月1日起，国家工业废气执行≤50mg/Nm³ 的粉尘排放标准。因此，本次改造不单要达到电收尘器最初的环保设计指标，而且要通过挖潜改造，满足新的环保标准。

 

　　电收尘器的收尘效率受烟气和粉尘性质、供电方式和本体状况三大因素的影响。也就是说，电收尘器实现达标排放的前提是：工况条件、本体结构和电气控制均应满足要求并处于完好状态。本项改造正是针对工艺条件的改善、供电方式的改变和电收尘器本体消缺改造这三个方面展开。

 

　　高压供电装置一方面是电收尘工作的能源，另一方面，其供电特性规定着电场工作过程的有效性及其对工艺条件和内部构件实际状态的适应性，在工艺状况正常和本体完好的前提下，供电质量决定着收尘效果的好坏。

 

　　对于窑尾电收尘器来说，由于工艺状况存在余热锅炉运行、停止，生料磨工作、不工作等多种工作方式，再加上窑尾烟气含尘浓度高、粉尘性质变化范围大，原使用的通过改变可控硅触发导通角以实现电压电流调整的常规高压供电装置，运行水平低，工作不稳定，再加上设备陈旧老化，供电质量进一步恶化。

 

　　在此，以恒流高压供电装置进行置换是明智之举。

 

　　恒流源之不同于常规电源，其供电原理为电流源，即通过LC组件的转变，使电源输出恒稳的电流，而电压值则随电场阻抗的变化而变化［这种变化只受工况变动因素的影响、缓慢而小幅值］，即使在工艺条件不利的情况下，仍能够保持平稳的工作电流和电晕功率，收尘效率总是保持最佳状态。事实上，恒流技术常用于难度系数较大的电收尘场合，在治金、有色行业有着广泛的应用，建材行业也有一定的应用案例。实践告诉我们：仅仅采用恒流电源替换普通电源供电，即能取得明显的减排效果。

本次改造仅对一、二电场的8套高压供电系统进行替换，以适应粉尘浓度高、工艺复杂状况下的电场工作要求，有效提高供电质量，从而提高电场工作效率和收尘效率。考虑到后级电场粉尘浓度较低、电场工作相对稳定，故对三、四电场的原高压供电系统通过维修，恢复其工作能力。

 

　　低压控制是恢复重制、恢复控制功能，其中包括绝缘加热装置的恢复。

 

　　众所周知，电收尘器对于工艺条件的变化极为敏感，那是因为粉尘的荷电与捕集受到烟气物性和粉尘比电阻的影响，窑尾粉尘比电阻主要取决于烟气温度和烟气湿度。当窑尾烟气温度较高而含水分较少时，粉尘比电阻很高，荷电粉尘被收集到集尘极板上之后，粉尘所吸附的电荷不易释放，并在集尘极板上形成与电场方向相反的电位梯度，阻碍后续粉尘的捕集，使收尘效率降低。为此，窑尾予热器后都配有烟气调质装置——增湿塔。增湿塔的作用一是降温，二是改变烟气成分（即增加烟气中的含水率），使粉尘有利于电收尘器的捕集。因该增湿塔使用多年，供水系统及喷雾装置均已老化，再加上余热锅炉的投运，增湿塔入口温度与目标温度的温差变小，雾滴的蒸发速度变慢，按原有喷雾系统喷出的雾滴因来不及蒸发而容易形成湿底、使系统不能正常工作。

 

　　为提高雾化效果、改善烟气条件，决定采用回流式、小口径喷雾系统，以保证SP炉运行时的雾化效果。改造后的喷雾系统还具备以下特殊功能：i)系统配用2台小功率水泵，当SP炉运行时2台泵轮换工作，当SP炉停止时2台泵同时工作，既节省了造价、又降低了运行电耗。ii)喷枪分组控制，对不工作的喷枪通以压缩空气以保护喷嘴，喷嘴寿命大大延长。

 

　　本次改造仅改造其供水喷雾系统，塔体保留不动。

 

　　本体是电收尘有效收尘的基础。这2台电收尘器使用20多年，本体存在比较多的问题。根本消除电收尘器存在缺陷，是窑尾烟气治理的必要前提。本体改造主要针对设备存在缺陷和检查发现的问题进行处理和改造，主要内容包括：

 

　　（1）气流均布装置的处理

　　（2）极间距和两极变形的调整

　　（3）阴极清灰系统的改造和阳极清灰装置的更新改造

　　（4）电场四周阻流和挡风板的修复

　　（5）阴极吊挂绝缘套管的更换

　　（6）壳体顶盖漏风的处理

　　实际上，通过本次改造，必须做到：彻底恢复电收尘器各部件的工作性能并保证其工作长期可靠。

 

　　2009年7月，3#窑停窑检修，历时12天，喷雾系统、8套高压电源和低压控制系统的安装、阴极阳极振打系统的改造施工全面展开并如期完工。投运后的一个月之内，虽有2个电场由于原电源不能修复而未能投入运行，电收尘器的收尘效果仍令人感到满意。但一个月之后，相继出现了3个电场跳停，共5个电场不能正常工作，新投入的喷雾系统也因新功能多、控制程序复杂而不能投入自动档、必须靠手动操作，2台水泵不能同时投入工作。熟料生产线一旦投运后则很难给出足够的时间进行处理，改造进程受阻。

 

　　2009年9～10月份，通过对喷雾控制程序的改进和供水管路的整改、系统调试等项工作，终于使喷雾系统进入了正常的设计工作状态。

 

　　2009年12月底，3#窑再次停窑检修，检查发现：三、四电场有大量电晕线折断。显然，由于振打系统长期停运，早期的星形线断线频率本来就很高，振打恢复后出现断线属正常现象。清除断线并对其他发现的问题进行了处理，并追加了4套恒流控制柜。投运后，电收尘器运行很稳定，收尘效果达到了期望目标。

 

　　对一台使用20多年的电收尘器，试图通过改造满足当前环保要求，改造过程中经历一曲折是完全正常的，但最终能取得期望的效果却需要严格而全面的技术支撑并付出足够的艰辛才能实现。

 

　　电除尘器获得期望收尘效率的前提是：烟气条件符合电收尘工作要求、电收尘规格选型适当、结构合理、制造安装质量合格、维护管理工作符合规范要求。这正是电收尘一体化技术的思想基础。

 

　　电收尘一体化技术即通过电除尘器本体机械Mechanism、电控 Energization、烟气调质Conditioning等的综合分析使长期达不到期望收尘效率的电收尘通过系统改造实现期望目标的技术解决方案。具体地说，是通过对本体进行消缺或修理、高压供电方式的改进和对烟气进行有效调质的方式使现有电除尘器达到最佳除尘效果的改造方案。机、电、调质三项技术的综合应用是一体化技术的核心。

 

　　需要提醒的是：万年青SP炉窑尾电收尘改造成功，是电收尘器一体化技术成功应用的一个案例。电收尘一体化技术涉及多个方面的技术专业，必须根据具体情况正确运用，才能切实解决好电收尘器排放超标的实际问题。

 

　　十年前，我国在大型除尘领域，电除尘独占鳌头。其时，国内袋除尘技术很落后。随着滤料、清灰技术的发展，国际间的技术渗透和技术交流与日俱增，我国袋除尘逐渐在各行业崭露头角。随着国家环境保护标准的提升，特别是国家颁发的新的环境保护标准中把工业废气粉尘排放提高到50mg/Nm³以下、并且还有进一步提高的趋势，国内除尘界即开始争论电除尘与袋除尘的优劣问题，最后形成定论：电收尘已满足不了今后环境保护的要求，袋收尘将取而代之。

 

　　纵观世界除尘领域，在发达国家，电除尘与袋除尘总体来看是平分秋色。我国在以前是电除尘独占鳌头，当前有颠倒过来的势头，其实都是不正常现象。

 

　　客观看待电收尘应用的历程，我国当前电收尘普遍使用效果欠佳是人为造成的。本案例足以说明：运用一体化技术，电收尘完全能够达到与袋收尘相当的收尘效果。袋收尘的运行维护费用高于电收尘是不争的事实，节能减排是并举的两个方面，在满足环保要求的前提下，电除尘占有明显的优势。

 

　　结论 正确运用电收尘一体化技术，对不能满足新的环境保护标准要求的建成多年的电收尘系统，通过综合考察分析、计算和规划，施予本体消缺、电气改进、烟气调质等一体化改造措施，对大多数现有电收尘都可以满足新的环境标准，使用20多年的万年青3#窑尾带SP炉窑尾电收尘系统改造成功是一个例证。在当前以及今后较长历史时期内，电收尘器与袋收尘一样，都能够满足环境达标的要求。