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電除塵器在水泥窯尾超低排放一體化中的應用

 

發布時間:2021-08-24    字號:【

  【摘要】文章論述了水泥窯尾高溫煙氣的特點及高溫電除塵器的相關技術,結合實例闡述了高溫電除塵器在水泥窯尾超低排放一體化中的成功應用。

  【關鍵詞】窯尾煙氣特點;高溫電除塵器;應用近年來,國家對環保的重視力度不斷加大,水泥廠脫硝采用SNCR技術已無法滿足超低排放標準的要求,只有采用脫硝效率更高的SCR技術才能滿足國家超低排放標準的要求,而目前布置在C1出口的高溫電除塵器+SCR脫硝工藝技術具有較強的適應能力。

  水泥廠窯尾煙氣粉塵具有高溫、高濃度、堿金屬成分高、粒徑小、黏性大等特點[1],高濃度粉塵易使催化劑中毒與磨損,粒徑小、具有黏性使催化劑容易堵塞,不僅使脫硝效率降低,也大幅縮短了催化劑的使用壽命,在SCR脫硝之前設計高溫除塵器作為預收塵器尤為重要。

  1.窯尾煙氣特點

  1.1.含塵濃度高

  窯尾煙氣C1含塵濃度一般為80~100g/m3,有些甚至高達120g/m3[2]。粉塵濃度高不僅要求電除塵器具有較高的除塵效率,而且還容易使電除塵器產生電暈封閉,除塵器效率下降,甚至使電除塵器首電場無法正常工作。

  1.2.粉塵比電阻高

  由于采用高溫電除塵器時窯尾煙氣直接從預熱器窯C1口接出進入高溫電除塵器,煙氣含濕量低,露點溫度40℃左右,煙塵溫度在280~340℃,粉塵比電阻高達1012~1013Ω·cm。窯尾廢氣粉塵比電阻與溫度、濕度的關系見圖1。高比電阻粉塵荷電困難,且吸附到收塵極板上的電荷不容易釋放,當吸附的粉塵達到一定程度后,便產生反電暈,粉塵再次返回到煙氣中,降低了除塵效率。

圖1 窯尾煙塵比電陰特性圖

  1.3.粉塵粒徑細

  根據有關資料,窯尾煙氣中粉塵粒徑小于5μm的占58%,小于10μm的占90%。見圖2。粉塵粒徑小,物理黏性強,導致吸附的粉塵清灰困難,振打力加大又容易產生二次揚塵,既增大了電除塵器的負荷也降低了除塵器的除塵效率。

圖2 窯尾煙塵粒徑分布圖

  1.4.煙氣含一定量的CO

  水泥窯以煤作燃料時,煤的灰分有60%~65%的部分被熟料吸收,剩余35%~40%的部分懸浮于廢氣中,隨廢氣排入大氣。窯尾C1出口CO濃度正常范圍為300~5000ppm,由于爐況波動CO存在瞬時超過10000ppm的情況。當CO濃度過高時,電除塵器放電產生電火花會產生爆燃爆鳴,對安全運行產生不利影響。廢氣溫度>80℃、CO>2%、O2>12%時,易發生燃爆事故。

  1.5.粉塵堿性氧化物含量較高

  水泥窯排出的煙塵具有生料和熟料的屬性,其化學成分受多種因素的支配,主要取決于生料和煤粉的成分。粉塵堿性氧化物含量較高,易腐蝕電極,電除塵器局部結構應采取防腐措施。水泥窯排出的粉塵特性詳見表1。

  2.高溫電除塵器設計措施

  2.1極配采用窄極距

  對含塵濃度高,易產生“電暈封閉”的電除塵器,在設計上應采用較窄的極間距,采用放電強的陰極線型,如芒刺線、魚骨線等,使放電集中,增強電風影響。收塵極采用耐高溫的C型極板,保持良好的極間距。運行中保證振打機構完好,使電暈線處于清潔狀態,減少或防止“電暈封閉”的發生。

  2.2采用煙氣調質技術

  粉塵比電阻高,粉塵的驅進速度減小,粉塵的驅進速度是影響電收塵效率的一個重要因素,增加粉塵粒子的荷電量,可以提高帶電塵粒的驅進速度,一般選用大一個級別規格的電源的高頻電源,以保證充足的荷電要求。對于高比電阻粉塵較多的煙氣,可同時加大選用電源的輸出電壓規格,促進高比電阻粉塵的荷電。對于粉塵濃度大,比電阻高的粉塵應采用增濕調質技術,比如采用噴氨水或直接噴水,使煙氣中的粉塵聚集,表面比電阻降低,從而提高除塵效率。

  2.3采用霧化凝并技術

  粉塵粒徑細會使粉塵不容易荷電,驅進速度小,吸附后清灰困難,應采用霧化凝并技術,可在除塵器進口煙道上采用噴氨水或直接噴水,使粒徑細的顆粒聚集成大顆粒,減小粉塵的比電阻,增大粉塵的驅進速度,粉塵吸附后釋放電荷快,不會產生反電暈,同時容易振打清灰。

  2.4設置防爆裝置

  窯尾煙氣中含有一定量的CO,除塵器應設置CO檢測和防爆裝置,CO檢測裝置與高壓電源采用聯鎖控制,當CO濃度達到設定值時,關斷電源不進行放電。防爆裝置應按標準設置,保證爆炸發生時電除塵器內部釋放壓力的要求。

  2.5控制漏風率

  煙氣中堿性氧化物含量高,設計和安裝中應嚴控漏風率,避免死角的產生,以免因局部溫降大,局部煙氣溫度降低到露點以下,引起電除塵器構件的過早腐蝕。

  3.高溫電除塵器應用

  某水泥廠5000t/d新型干法水泥窯,為滿足煙氣排放氮氧化物的標準要求,新增SCR脫硝系統,在余熱鍋爐之前,增加高溫電除塵器和SCR反應器,詳見工藝流程圖。

  降低煙氣中的粉塵濃度是水泥高溫SCR脫硝的關鍵技術之一,采用低阻高效高溫電除塵技術(280~350℃),將粉塵濃度降低至30~40g/Nm3。為保證高溫電除塵器除塵效果,保證SCR系統的正常運行,該項目中高溫電除塵器采取了如下改進措施:

  (1)降低高溫電除塵器入口粉塵濃度。在進口封頭內設置折板型分布板,煙氣中的粉塵撞擊到分布板上失去動能,從而隨著重力下降到進口封頭的下側板上,進一步沿下側板落入灰斗。

工藝流程圖

  (2)煙氣進行調質處理。利用SCR的噴氨系統,將稀釋氨水直接噴入除塵器進口煙道內,增加煙氣的含濕量,同時氨水電離后生成NH4+和OH-,增加了電場中的正負離子密度,粉塵容易帶電,提高除塵效率。由于粉塵吸附NH4+在表面,粉塵的表面比電阻降低,吸附到收塵極電荷容易釋放,避免了反電暈的現象發生。

  (3)采用大截面、小分區設計。高溫電除塵器用于SCR脫硝之前預除塵,除塵效率僅為60%,所需比集塵面積較小,但由于煙氣量大,單室結構電場風速高,不利于除塵。該項目采用雙室前后分區結構,前分區采用高電壓、強放電增加粉塵的荷電,后分區采用低電壓、強電場增加粉塵的吸附。

  目前,高溫電除塵器+SC脫硝一體化技術已被水泥行業認為是最具有發展前景的超低排放技術,我公司通過對高溫電除塵器的優化改進,克服了常規電除塵器由于窯尾粉塵煙氣比電阻高而引起除塵效率低、粉塵濃度大造成脫硝催化劑中毒、堵塞和過早磨損的缺陷,整個系統運行穩定、可靠,運行阻力低、能耗小,值得水泥行業在新建或改造中應用和推廣。

  參考文獻

  [1]黎在時.電除塵器的選型安裝與運行管理[M].中國電力出版社,2005年6月.

  [2]唐國山,唐復磊.水泥廠電除塵器應用技術[M].

  化學工業出版社, 2005年1月.

  作者簡介:倪新華(1980—),男,江蘇鹽城,學士,機械工程師,從事環保設備設計工作。

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