浅谈海螺回转窑粉尘排放浓度如何满足新标准要求

  自2002年以后，立窑水泥生产受到明显遏制，新型干法水泥生产得到快速发展，2000t/d以上规模为主的工艺线迅速推广。水泥生产线规模的扩大，不仅促进了与之配套的环保设备的大型化，同时促进了环保装备及技术的进步。新型干法水泥工艺的创新不仅仅体现在水泥总量的快速增加、产品结构的优化，而且在环境效益改变方面也做出了重大贡献。

  近年来，国家对环境保护日益重视，环保法律、法规不断完善，水泥工业大气污染物排放标准于1985年首次发布，经历1996年、2004年、2013年三次修订，粉尘排放浓度限值从600mg/m³逐次降至30mg/m³(重点地区特别排放限值20mg/m³) ，达到国际上比较先进的排放标准。新型干法水泥生产线的回转窑窑尾、冷却机排放口（俗称窑头）是水泥厂最大的粉尘排放源，需采取扩散沉降、重力沉降、离心沉降、惯性沉降、静电沉降等方式收尘，还需要根据入口粉尘浓度、粒径大小、处理风量、流速、烟气温度、工艺故障极限和运营中设备整体完好率、检修人员安全性等各种生产运行情况来综合考量，最终实现回转窑颗粒物长期稳定达标排放目的。

  一、水泥行业新型干法水泥熟料生产线收尘器现状

  1、据不完全统计，截止2013年底，国内2000t/d以上熟料生产线统计为1519条（含在建的89条），窑头收尘器电收尘1017台、袋收尘479台、电袋复合收尘23台，窑尾收尘器电收尘718台、袋收尘763台、电袋复合收尘38台。

  2、设计指标逐年提高，粉尘排放浓度限值逐步严格。150mg/m³（1996年版）—50mg/m³（2004年版）—30mg/m³ (特别地区20mg/m³)（2013年版）。

  表1：熟料生产线电收尘器主要设计指标

  二、水泥熟料生产线电、袋收尘器应用对比

  收尘器是水泥工艺系统的关键设备，它能否稳定运行将直接影响到整个系统的成败和达标排放与否，而收尘设备的可靠性和故障排放率是由收尘器模块的组成方式决定。

  1、单体多箱式袋收尘器的收尘模块组成方式

  袋收尘器的箱体组成采用并联方式，单体多箱式袋收尘器的可靠性R=R₁×R₂×···×R_n,其中一个模块故障和破损时，收尘器可靠性为0。运行中的n个收尘模块，有1个模块故障或破损时，将会出现过滤面积减少，或导致1个箱室短路、含尘气体直排。

  近几年随着余热发电锅炉的投入使用，降低了窑尾收尘器入口温度、提高了通风量均衡性，但在大型生产线运行中（收尘并联模块n数量多时），导致该收尘工艺设备存在以下致命缺点，（1）运行中滤袋破损时，形成短路，导致烟气短时事故性直排、粉尘排放浓度无法控制（事故排放）；（2）运行中更换破损滤袋时劳动强度大，存在操作人员安全性问题（危险区域）；（3）运行周期结束后期事故率高，难以准确判断损坏滤袋的位置及最佳更换数量，更换成本高；（4）大型袋收尘器会产生大量破损的废旧滤袋，由于这些滤袋多数是合成化纤原料制造生物降解性差，填埋、焚烧又导致二次污染，且因收尘滤袋收集、运输、清洗、滤袋分类等问题，使得收尘滤袋变废为宝的问题难以实现，随意堆放后又会成为新的污染源。

  2、双室多电场电收尘器的收尘模块组成

  电收尘器的电场组成采用串联方式，双室多电场电收尘器的可靠性R=1-(1- R₁)*(1-R₂)*···*(1- R_n) ,其中一个模块故障时，其他模块提高收尘效率，使该收尘器仍保持较高的可靠性。

  表2：正常运转水泥熟料生产线电、袋收尘器对比表

  三、水泥窑收尘器稳定运行的重要性

  随着生态文明建设的加快推进，国家对污染物排放标准会越来越严格。环保行政主管部门除采用在线实时监控外，还采取“三不三直” 专项检查、在线监测设备比对等手段强化执法检查，对污染处理设施运行不正常、不能稳定达标、超标排污、偷排偷放的企业，采取依法从重处罚、限产、停产等严控手段，这对水泥企业废气排放管理提出了更加严格的要求。

  四、海螺集团2007 年以后的电收尘器设计选型和工艺优化要求

  1、“n+1”选择法

  对电收尘器的规格选择采用“n+1”的方法，也就是在正常选择的基础上再增加一个电场，这样即使在工作中有一个电场出现故障也能保证收尘效率，提高了电收尘器的工作可靠性。

  2、电收尘器长高比的选择

  在电收尘器的规格设计中，要考虑收尘器的长高比，即电场长度与电场高度的比值。现在由于市场竞争的需要，许多供货商将长高比选得很小，可以降低收尘器的重量，但收尘效果会变差。海螺要求收尘器的长高比≥0.8，比值越大则收尘效果越好，但设备重量越大。

  3、无火花放电技术

  电收尘器用于新型干法水泥生产线窑尾，当烟气中CO浓度超标时，由于电收尘器内的火花放电而有可能发生爆炸。通常在这种时候，会停止向收尘器供电，收尘器不工作造成超标排放。

  海螺电收尘器采用了无火花放电技术，当CO浓度超标时，自动运行在无火花放电方式下，不必停止向电场供电，虽然收尘效率有所降低（主要是电功率的降低，不会超过5%），但由于电收尘器规格是按照n+1的方法选择，排放浓度仍满足国家规定的排放标准。

  4、工艺布置上采用三风机流程

  在工艺布置中，海螺选用三风机流程，即高温风机、原料磨循环风机及原料废气排风机，2009年及以后建设的熟料生产线在原料磨出口设置有四个高效的旋风收尘器，极大地降低了电收尘的入口粉尘浓度，减轻了电收尘器的负担。

  三风机系统将烧成、生料制备和窑、磨废气处理各系统隔离开来，各系统之间界面明确、相对独立，尽量避免相互干扰，确保了各系统操作的可靠性和稳定性，降低电收尘器的收尘负荷，减少电收尘器内部负压。由于窑尾电收尘器在低浓度、低负压下操作，提高了系统收尘效果，减轻电收尘器日常维护工作量，而且降低了生料工序电耗，节约生产成本。

  原料粉磨系统工艺流程图

  五、海螺集团回转窑粉尘治理的最优配置技术路线

  根据新型干法熟料生产线废气系统分析和电、袋收尘器的应用对比，为确保回转窑粉尘排放浓度长期稳定满足《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013）要求，海螺集团的回转窑粉尘治理的工艺设备当前最优配置标准为：窑头窑尾余热发电（降低入收尘器的废气温度和均匀分布入收尘器废气）+窑头4电场（3电场达标、4电场保标）+废气三风机系统（合理调节和减少总废气量）+窑尾5电场（4电场达标、5电场保标）=收尘器正常运转周期内粉尘排放浓度控制在15 -30mg/m³。

  海螺水泥2014年最优配置技术路线粉尘排放浓度部分统计表

  六、海螺回转窑电收尘器的技改方案

  为确保粉尘排放浓度长期稳定达到新标准要求，海螺集团从2014年开始对不能满足新标准的电收尘器进行系统分析，由安全环保部、海螺设计院、生产调度中心、装备成套部、机电保全部等部门共同参与电收尘器技改方案（电改电、电改袋、电袋复合）调研论证。经分析研讨，将《电收尘器高压控制系统升级改造方案》作为海螺集团电收尘器重点技改方案之一，宣城海螺1#窑尾列为首次试点项目。

  该项目于2014年7月2日-19日完成内部检修和升级改造，升级改造主要内容：对8台电收尘高压控制柜进线供电电源进行改造，由两相电源改为三相电源，各增加一根电缆；对原有8台电收尘高压控制全部进行更换，每个电场增加两根信号监测电缆（控制柜至整流变压器）；对原有8台整流变压器进行更换（底座及连接法兰调整）。改造后电场二次电压能达到70kV以上、二次电流能达到1100mA以上，经安徽省环境监测中心站检测粉尘排放浓度低于20mg/m³。

  集团公司领导非常重视电收尘器升级改造，首次技改成功后，作出进一步扩大试验范围的指示，确保满足不同工艺配置和地方环保要求。2014年8月根据《公司污染物达标排放推进计划》，从海螺水泥的分布区域、窑型、电收尘器型号、窑尾风机系统配置等因素考虑筛选出4家公司7台电收尘器作为第一批工业试验，均达到预期效果；2014年10月集团公司启动第二批工业试验项目；2015年1月集团公司大规模推广电收尘器升级改造。截止2015年6月底，海螺集团已完成对粉尘排放浓度设计指标大于30mg/m³电收尘器的升级改造。每台电收尘器升级改造前由海螺设计院和业主公司进行全方面、立体式的“体检”，编制电收尘器内部维修整改方案和审查确认高压控制系统技改相关参数，为确保技改项目达到预期效果提供了技术支撑，技改前后由海螺设计院负责对比监测。经地方环境监测站对技改项目的粉尘排放浓度进行监测，均达到新标准要求。

  表3：电收尘器升级改造项目部分统计表

  七、海螺集团水泥窑电收尘器的管理要求

  为提高收尘效率和确保收尘设备稳定运行，海螺集团及时修改完善了原有操作工艺管理规程，并要求熟料基地公司在完成技改的同时，做好以下电收尘器日常管理工作：

  1、通过优化配料方案，保证窑的稳定运转和电收尘器在最佳状态下运行；加强窑系统的操作管理控制废气中CO含量；通过控制烟气湿度和温度，将粉尘比电阻调至最佳（104-1011Ω.cm），提高收尘效率。

  2、利用废气处理系统区域的自动控制程序，对电收尘器的入口烟气参数和电收尘器的电场电流、电压和振打次数等信号的收集和调控，从而保障烧成系统的热工稳定，避免电收尘器的工况波动，确保电收尘器在原料磨开停机时能稳定达标运行。

  3、加强电收尘器密闭漏风管理，防止电场内烟气结露腐蚀壳体和极丝极板，防止系统漏风导致收尘极二次扬尘的加大；加强电收尘振打装置的检查维护保养，保证阴阳极振打装置处于良好状态。

  4、每次停机检修时需要观察极板、极丝框架、分布板是否变形损坏，极丝是否断裂或松弛；清理两极上的积灰，对积灰过多的极丝极板分析原因，做出处理或调整；检查极距偏差是否在规定范围内，振打锤是否移位或松脱、击打力量是否符合要求，气体分布板、烟道、积灰斗排放口有没有堵塞等。

  八、结 语

  布袋收尘器由于阻力大，电耗高，破袋、故障率高等原因，导致“电改袋”虽然能在理论上有效降低了粉尘的排放浓度，但是技改成本偏高(因阻力增大，相应风机和电机需扩容或更换)、运行成本增高、维护管理不便。

  由于电收尘器的收尘效率高、运行可靠、成本低、维护管理简单方便等特点，使其在4000t/d及以上新型干法水泥熟料回转窑的收尘领域中成了佼佼者，回转窑的窑尾、烘干机、原料磨机、熟料冷却机等均可采用电收尘器进行净化。随着极板、极丝、极间距、气体分布板、清灰挣打的技术进步，加上应用“n+1”电场、无火花放电技术、高压电源技术等创新技术，明显提高了电收尘器的收尘效率，改善了运行的稳定性和适用性。只要我们充分认识和掌握电收尘器的性能和特点，管理好、维护好、运行好电收尘器，是完全可以适应环保新常态。

  在当前生态环境保护的新形势下，海螺集团从顶层设计上统筹规划，全面指导和推进集团公司电收尘器技改工作，凭借多年的电收尘器在新型干法生产线的应用实践经验，充分发挥科技先导引领作用，成功探索出工期短、投资省、技改方式简单的 “电改电”方案，在国内水泥行业电收尘器改造的技术路线上实现了创新和运用。经过海螺集团工业试验证明，实施“高压控制系统升级改造”和海螺集团最优配置技术路线及加强日常工艺管理，能保证海螺集团现有生产线长期稳定运行，粉尘排放浓度均可满足2013年版新国标要求，该技术路线对海螺水泥向绿色企业转型具有积极意义。