透鏡式電袋復合除塵技術在水泥廠窯尾煙氣凈化中的應用
摘要：在國家新的環保標準下，水泥窯及窯磨一體機粉塵排放濃度要達到國家標準，采用電除塵器必須增加電場數量，加大投資成本。而采用布袋除塵器由于入口粉塵濃度高，達到80~100g/Nm3，粉塵顆粒大、濾袋承受沖刷磨損、清灰周期短，濾袋使用壽命較短。本文介紹了透鏡式電袋復合除塵技術在水泥窯磨一體機窯尾收塵中的應用情況，并對使用效果進行了說明。
關鍵詞：透鏡式電袋復合,濾袋,除塵技術,工業應用
隨著經濟的迅速發展，經濟發展帶來的環境污染日益加劇，環保問題也越來越受到國家的重視。水泥工業作為高污染的行業之一，在環保的壓力下受到嚴峻挑戰。在國家環保總局頒布的新的《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB4515-2004）要求：自2010 年1 月1 日起，水泥廠水泥窯及窯磨一體機煙塵最高允許排放濃度為50mg/Nm3。傳統的電除塵器已很難長期保證高效達標運行。國內、外研究結果表明：電除塵器很難除去對人類特別有害的PM10 和PM2.5，特別是 PM2.5 幾乎無法回收。而袋除塵器可以同時過濾煙塵中PM10 和PM2.5， 使PM10 和PM2.5 降到對環境無害的程度。因此大型的袋式除塵和電袋組合除塵技術應運而生。
透鏡式電袋復合除塵器是吸收綜合透鏡式電除塵和布袋除塵的優點，經過消化吸收再創新而研發的新一代高效除塵設備。具有不因粉塵比電阻、粉塵濃度等的變化而影響出口排放濃度，除塵效率不隨設備運行時間的增加而大幅降低。因前級電除塵區收集了80%～90%的粉塵， 后級布袋區粉塵濃度小，清灰周期大大延長，延長濾袋的使用壽命，具有節能、高效，運行穩定的優點。是國家新的環保排放要求下理想的除塵裝備，本文介紹該技術在福建龍巖市新羅區某水泥廠水泥窯磨一體機窯尾煙氣凈化中的應用。
1 透鏡式電袋復合除塵器設計技術參數（見表1）
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2 電袋復合除塵系統設備配置及選型
2.1 透鏡式電袋除塵器示意圖（見圖1）
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2.2 透鏡式電除塵區
（1）透鏡式電除塵區由3 個極組成。分別為陽極、陰極、透鏡極。陽極采用麻花電暈線，接正高壓電源；陰極采用采用魚骨針刺線，接負高壓電源；透鏡極采用SPCC 板組成透鏡板排，為接地極，結構見圖2。頂部采用懸掛結構，透鏡極底部采用側部撓臂錘振打清灰。陰極線采用頂部電磁錘振打清灰，陽極不設計振打。
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（2）負電暈極、透鏡極和正電暈極在空間位置交錯排列，垂直懸掛于除塵器殼體內；透鏡極由透鏡板排平行構成，透鏡板排由多塊長條導體薄板制成的透鏡板在同一平面按一定間距平行并列組成，透鏡板排平面相鄰兩塊透鏡板側向之間的間隙為透鏡口，平行并列兩排透鏡板排連同前后端分流、阻流裝置圍成的空間為收塵室單元，相鄰兩個收塵室單元之間的區域為煙氣通道；負電暈極線以一定距離平行排列組成陰極框，垂直吊掛在煙氣通道空間內與透鏡極板平面平行的中線位置；正電暈極線懸掛于收塵室單元透鏡口內的中心點；每根負電暈極線和正電暈極線都正對透鏡口，空間位置與透鏡板平面正交；當負電暈極接入 GGAJ02-0.5A120KV 負高壓工頻電源、正電暈極接入 GGAJ02-0.5A/40KV 正高壓工頻電源、透鏡極接地時， 透鏡極是負電暈極和正電暈極的電離公共響應極，正、負電暈極與透鏡單元形成類似光學透鏡聚焦作用的收塵電場；進入煙氣通道的粉塵在收塵電場中荷電，并在透鏡趨軸效應力的作用下穿過透鏡口向收塵室驅進；正電暈極不僅強化了收塵電場，加快了粉塵的驅進速度，而且它所發射的正電荷可以滿足負電性粉塵釋放電荷的需要； 進入收塵室的粉塵相互碰撞，凝聚，結粒，最終沉降于灰斗被收集外運。
（3）采用上述配置方案設計后，與現有技術相比具有以下進步性特點。這種電場的電聚焦作用使絕大部分電風穿越透鏡口，把二次流局限在收塵室內，從而減少了煙氣在通道中的紊流強度，提高了收塵過程的必然性； 在這種電場中粉塵粒徑越小，受到的聚焦作用越強，所以對微塵有獨到的收集性能；同時，這種電場對于進入收塵室的粉塵還有著良好的流體力學屏蔽作用，可以有效地減少返流損失；更由于這種電場所收集的粉塵不是主要沉積在極板上，而是在透鏡收塵室空間進行碰撞、凝聚和降落，透鏡極板只有少量的粉塵會停留在透鏡極板和陽極線上， 只需施與輕微的振打力就能振落粉塵，所以能夠極大地減小揚塵損失；還有，這種電場的電壓變化過程具有負反饋自動調節特性，能夠保持獲得穩定的聚焦效果。
2.3 袋區部分
（1）后級布袋除塵區分兩個除塵大室，每個大室又分為2 個小室，小室為方形，內部布袋沿氣流方向布置，每個小室配一個提升閥，以方便檢修；小室內安裝固定式吹灰管，每個布袋對應一個噴嘴，每一行布袋的噴吹由一個淹沒式脈沖電磁閥控制。
（2）濾料采用玻纖覆膜，材質為PPS，濾料經過了防油水、燒光處理，具有優異的抗氧化及耐高溫（≤260℃）性能，有效使用壽命≥30 000h。由于此種濾料為表面過濾型濾料，故清灰徹底，減少了粉塵在濾袋表面形成粉塵層后板結的可能，有效地保證了除塵效果。
（3）濾袋由袋籠支撐，規格為：155×6 000，袋籠用碳鋼絲制作，為減少濾袋與籠骨的磨擦，延長濾袋的使用壽命及便于拆卸濾袋，濾袋采用圓形結構；為了延長袋籠的使用壽命，籠骨表面采用有機硅高溫涂料進行表面粉末靜電噴涂，使其表面比普通涂料光滑且防腐蝕性能大大提高；再者為保證濾袋與花板間的氣密性，袋口采用彈性漲圈，使其密封牢固可靠。
（4）袋區采用低壓脈沖噴吹方式清灰， 每一個小室配一個氣包，氣包采用無逢鋼管制造。單個氣包進氣處設有截止閥，便于脈沖閥檢修。所有氣包底部設有手動排污閥， 定期對氣包進行手動排污。氣包氣源配置不銹鋼手動隔離閥、止回閥、壓力調節閥（帶有壓力表）、油水分離器；氣包氣路上安裝壓力遠傳信號裝置，用于連續監控噴吹氣源壓力和進行脈沖閥故障的判斷。系統配兩臺10Nm3/min 的螺桿式空壓機（一運一備）和一套后處理裝置作為清灰及提升閥控制氣源。
（5）袋區各分室、除塵器進出口端均設有差壓變送器，每個脈沖閥就地設有手動控制開關，并安裝在就地控制柜內，手動控制開關按行列式布置，行選擇采用多位旋鈕開關，列選擇采用按鈕開關。
2.4 旁路系統及預涂灰裝置
（1）旁路系統包括旁路提升閥和旁路煙道。除塵器頂部設計一個旁路煙道，旁路煙道配2 個旁路提升閥，可以在系統煙氣出現異常情況時開啟盤路系統保護濾袋。旁路提升閥垂直上下提升布置，閥芯及框架材料為Q235，密封采用耐高溫硅橡膠（滿足200℃工況下長期使用）， 旁路提升閥連桿密封能防止灰塵進入和由于高溫而引起的變形或老化。旁路提升閥具有快速開啟的功能，全關到全開的動作時間≤10s，并可進行手動操作、就地操作和DCS 遠程操作，擋板位置（4~20mA DC 兩線制模擬量信號）和開、關狀態反饋進入DCS 系統。
（2）預涂灰裝置指透鏡電袋除塵器在投運前給新裝濾袋噴涂一層干燥粉煤灰，是防止系統啟動時的低溫油、濕煙氣粘污濾袋導致初始阻力增大或糊袋的一種保護措施。涂灰粉料為干燥的Ⅰ級粉煤灰。系統布置在除塵器進口煙道處， 管道進口選用專門密封蝶閥，可與煤灰罐車實現緊密的連接。
2.5 控制系統
透鏡式電袋復合除塵器控制系統分為三個部分：前級透鏡電除塵區控制系統、后級布袋除塵區控制系統、旁路煙道報警保護控制系統。系統配置及主要功能介紹如下：
（1）前級透鏡電除塵器控制系統
①高壓部分采用以INTEL 公司的16 位單片機 80C196 芯片為主構成的新一代微機自動電壓控制系統.，漢化液晶顯示，具有成熟的高精度火花檢測和控制功能及臨界反電暈控制功能， 可自動選擇全波供電、雙半波間歇供電、單半波間歇供電等運行方式，能自動快速實現電場動態、靜態伏安曲線測試、雙重火花檢測、瞬態與穩態波形自動檢測。具有 RS422/482 通訊接口。實現與上位機和DCS 的連接。 ②低壓部分采用PLC 控制， 具有完備的程序控制功能。振打控制提供連續振打和周期振打兩種方式； 加熱控制提供連續加熱和恒溫加熱兩種方式；工作方式、控制溫限和時間參數等均可隨時在線修改。可以向上位機傳送除塵器振打、電加熱、卸/輸灰等的實時運行參數和狀態，也可接受來自上位機的各種參數的設定命令。
（2）后級布袋除塵器控制系統
①系統配置
后級布袋除塵控制系統和旁路煙道報警保護控制系統共用一套Siemens PLC，配用人機界面TP170B 5.7 寸液晶觸摸顯示屏，安裝于一個控制柜內，同時配有電源模塊、CPU 模塊、輸入輸出模塊、通信模塊等。在觸摸屏上設有自動、手動等轉換方式開關。當開關置于自動時， 由PLC 按設定的運行方式和參數自動控制，當置于手動時，可在現場控制箱手動控制每個電磁脈沖閥。
②主要控制功能
后級布袋除塵控制系統主要是控制布袋的清灰和提升閥的動作，其工作方式可選擇在線清灰、離線清灰、定時清灰、定壓清灰。在觸摸屏上設有自動、手動等轉換方式開關，設在自動時人機界面操作終端上每個分室可單獨設投入/退出。壓差信號上下設定值可調，電磁脈沖閥以矩陣控制輸出，在任何時候，不允許兩個及兩個以上的脈沖電磁閥工作。表2 為清灰狀態設定值。
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（3）旁路煙道報警保護控制系統
①系統配置
旁路煙道報警保護控制系統主要是旁路閥控制信號測量設備，測量儀器包括量程0~1MPa 的壓力表（清灰氣包壓力測點）、量程0~8 000Pa 的壓力表（煙道進口壓力測點）、量程0~400℃的測溫熱電阻（增濕塔出口煙溫測點）。
②主要控制功能
報警保護控制主要為煙溫報警， 默認狀態下高/ 低溫都是報警狀態。當高溫保護允許時，增濕塔出口煙氣溫度＞200℃時開旁路閥，關提升閥；當低溫保護允許時，增濕塔出口煙氣溫度＜80℃時開旁路閥，關提升閥。旁路閥操作在低壓柜上設有旁路操作禁止、允許轉換開關和旁路強制開按鈕，當轉換開關置于允許位置時， 按下旁路強制開按鈕時節系統進入旁路狀態，如果轉換開關置于禁止位置時，操作旁路強制開按鈕不起作用。
3 使用效果
該系統于2008 年8 月竣工并投入運行，2008 年 12 月9 日，該廠組織環保驗收，測試結果為除塵器出口排放濃度平均21.8mg/Nm3 見表3， 阻力850Pa，達到設計要求。
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4 小結
（1）從應用后測試數據可以看出，透鏡式電袋復合除塵技術在水泥窯磨一體機窯尾收塵上的應用是成功的，除塵器出口濃度21.8mg/Nm3，遠低于國家環保要求≤50mg/Nm3，對今后環保要求的提高具有廣泛的適應性，特別對老舊電除塵的達標改造具有很大的優越性；
（2）前級透鏡電除塵區與常規兩級式電除塵結構比較，由于采用超寬間距，收塵面積是兩級式電除塵的三分之一，大大降低鋼材消耗量，具有很大的經濟效益和社會效益；
（3）后級布袋除塵區與常規布袋除塵比較，由于前級透鏡電除塵區收集大部分粉塵，濾袋粉塵負荷量少，過濾風速提高（普通袋除塵器小于1m/min），清灰周期延長，可達2h，普通濾袋清灰周期≤30min，有效的減少噴吹清灰次數，延長了濾袋的使用壽命，收塵器的總壓力降可以保持在600~900Pa 之間，使設備的運行費用遠低于袋式收塵器；
（4）系統采用PLC 控制，自動化程度高，設備的全部運行情況直觀的顯示在顯示屏上， 參數設置、修改方便、控制簡單。
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