• 水泥工业粉尘污染治理技术措施探讨
2014-6-4 8:40:53   作者:许小雷  何宏涛  郑…   出处:水泥商情网         荐  ★★★
摘要:根据拟颁布的《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915)排放限值要求,结合水泥企业各生产设施排放粉尘种类和废气性质,重点介绍了新建水泥企业和现有水泥企业粉尘污染治理达标的技术措施,最后简单介绍了迎接排放新标准的颁布各方应做的准备。
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    (合肥水泥研究设计院 ,安徽 合肥 230051)

     

    0   前 言


      《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2004)是我国水泥工业环境管理的重要依据,在“十一五”污染减排工作中发挥了重要作用。为适应“十二五”环境管理需求,加强对颗粒物、SO2、NOx等的排放控制,国家环境保护部将其列为2012年标准制修订计划重点项目,中国环境科学研究院和合肥水泥研究设计院作为标准修订和起草单位开展了相关工作,目前已完成标准送审稿的专家审议工作。

         拟颁布的排放新标准除严格水泥工业NOx控制外,进一步降低颗粒物的排放水平,按照拟颁布的新标准要求,自标准颁布之日起,新建水泥企业执行更严的排放限值:热力设备排放限值为30mg/Nm3,通风设备排放限值20mg/Nm3。自标准颁布之日三年后起,现有水泥企业执行与新建企业同样的排放限值。另外,重点地区企业执行大气污染物特别排放限值:热力设备排放限值为20mg/Nm3,通风设备排放限值10mg/Nm3。下面就粉尘污染治理达标的有关技术措施进行介绍。


    1  各生产设施所排粉尘种类和废气性质


        水泥工厂粉尘排放主要有7类尘源点:(1)水泥窑(回转窑、立窑);(2)冷却机;(3)各种磨机(原料磨、水泥磨和煤磨);(4)烘干机;(5)包装系统;(6)各种储库(原料库、生料库、均化库、熟料库、水泥库等);(7)各种输送设备(皮带机、提升机等)。各种设备排放的粉尘种类见表1。


     

    2   新建水泥企业的粉尘治理技术措施


        为达到新标准排放限值要求,水泥企业只能采用高效袋除尘器和高效电除尘器作为终处理设备。根据新型干法水泥生产工艺情况和袋、电除尘器的各自性能特点,结合以上废气性质,对各除尘设备进行优化选型,下面对各工艺设备的粉尘治理技术措施进行分析。

    2.1 水泥窑尾及窑尾余热利用系统的除尘技术措施


        新型干法水泥窑的颗粒物初始浓度约30~80 g/m3,根据水泥窑尾含尘废气特性,需要采取“烟气调质(或余热利用)+袋除尘器或静电除尘器”方案,排放浓度可低于30 mg/Nm3,除尘效率大于99.9%。


        窑尾袋除尘器目前有反吹风型袋除尘器、在线脉冲喷吹袋除尘器和低压长袋脉冲袋除尘器三种类型,由于低压长袋脉冲袋除尘器具有除尘效率高、节约能耗、占地面积小、运行稳定、性能可靠等特点,已成为水泥窑尾除尘的首选类型。国内各环保研究和制造单位对此做了大量工作,我院开发的CDMC型低压长袋脉冲袋除尘器技术获得了多项国家专利授权,先后多次荣获环保部和建材行业的科技进步奖。 该系列技术和产品已在国内外水泥厂广泛推广应用,可为12000t/d及其以下不同规模的水泥生产线窑尾、窑头除尘提供配套,其中,目前水泥行业窑尾单台最大处理风量160万m3/h的CDMC低压长袋脉冲袋除尘器在沙特NCC和NRCC成功运行三年以上。


        窑尾用低压长袋脉冲袋除尘器滤料可选用P84(聚亚酰胺)滤料、玻纤覆膜滤料、P84玻纤复合毡覆膜滤料,且当选用不同滤料时,选用不同的过滤风速。其中取值建议如下:①、P84滤料,建议克重为550g/m2,建议净过滤风速为≤1.0m/min;②、玻纤覆膜滤料,建议克重为750g/m2,建议净过滤风速为≤1.0m/min;③、 P84玻纤复合毡覆膜滤料,建议克重为950g/m2,建议净过滤风速为≤0.9m/min。 


         窑尾可以选用静电除尘器,通常为四级电场以上,主要有BS系列电除尘器或CDPK-E系列电除尘器。


    2.2 烘干机、烘干磨、煤磨、冷却机的除尘技术措施


        熟料冷却机(窑头)、烘干机(磨)、煤磨对物料进行冷却或烘干操作,属一般热力过程。

        对于窑头冷却机除尘,需要采取“烟气调质降温(或余热利用)+袋除尘器或静电除尘器”方案。袋除尘器通常选用低压长袋脉冲袋除尘器,滤料选用诺梅克斯(Nomex)或诺梅克斯渗膜滤料,建议净过滤风速分别取≤1.0m/min。


        对于烘干机除尘,可选用在线高压脉喷袋除尘器、气箱脉冲袋除尘器和低压长袋脉冲喷吹袋除尘器,根据烘干物料和含尘废气特性选择合适的耐高温耐腐蚀滤料,如玻纤膨体纱、亚克力(丙烯睛均聚体)、P84(聚亚酰胺)或防油防水涤纶针刺毡滤料,最好选用以上滤料的覆膜滤料。当选用玻纤膨体纱滤料、P84滤料、玻纤覆膜滤料、P84覆膜滤料时,过滤风速建议取值依次分别为:≤0.5m/min、≤1.0m/min、≤1.0m/min、≤1.0 m/min。值得提醒的是,在设计选型时建议不再选用以往经常用的反吹风型烘干机袋除尘器,因为其结构特点和清灰方式,很难确保排放浓度能低于30mg/Nm3。


        对于煤粉制备系统,可采用气箱脉冲煤磨袋除尘器、在线高压脉喷煤磨袋除尘器或低压长袋脉喷防爆袋除尘器,滤料建议选用抗静电涤纶针刺毡覆膜滤料,净过滤风速建议取值为≤1.0m/min。


    2.3 其他通风生产设备的除尘技术措施


        水泥厂其它通风生产设备,如矿山开采的破碎机;水泥厂的破碎机、磨机、包装机、储库库顶和库底、输送转运点;散装水泥中转站、水泥制品厂的水泥仓,均属于冷态操作过程。除水泥磨外,一般风量较小、废气性质稳定、易于处理,采用袋除尘是最佳选择。


        对于处理风量小于10000 m3/h的除尘点建议选用单机袋式除尘器,滤料选用普通涤纶针刺毡滤料或涤纶针刺毡覆膜滤料。脉喷单机袋式除尘器,其具有体积小、设备结构紧凑、工艺布置方便、可动部件少、控制简单、故障率低等特点。


        对于水泥磨、破碎机、包装机除尘,可选用气箱脉冲袋除尘器或在线高压脉喷袋除尘器,推荐选用气箱脉冲袋除尘器。气箱脉冲袋除尘器是在引进美国Fuler公司袋收尘器技术的基础上研制的,它集分室反吹和喷吹脉冲等收尘器的优点,克服了分室反吹时动能强度不够和喷吹脉冲清灰过滤同时进行的缺点,具有处理风量范围广、能处理高浓度含尘气体、工艺流程简单、清灰动能大、清灰彻底、除尘效率高等突出优点,出口排放可确保20mg/Nm3以下,采用覆膜滤料可实现低于10mg/Nm3。在用于水泥磨等高浓度含尘废气除尘时,选用涤纶针刺毡和涤纶针刺毡覆膜滤料的净过滤风速建议取值分别为≤0.90m/min、≤1.0m/min, 其他可根据含尘浓度、除尘器类型、滤料材质等不同选取不同的过滤风速。


    3   现有水泥企业的的粉尘治理技术措施


        对于现有水泥企业,有一小部分企业和项目,当初在工程设计选型时在环保技术和装备上要求较高,选用了高效的袋、电除尘器,能满足新标准要求,但现有大部分水泥生产企业,特别是早期兴建的一些水泥厂,由于当时投资控制等原因,往往存在环保投入亏欠,环保设施不完善等问题,再加之早期的排放标准要求较低,所选用的除尘设施也是按照老标准进行选型和配置的,因此很难达到新标准的排放限值要求。


    按照拟颁布的新标准要求,自2016年7月1日起,现有企业执行与新建企业同样的排放限值,热力设备排放限值为30mg/Nm3,通风设备排放限值20mg/Nm3。为了使现有水泥企业达到新标准要求,应做好以下两个方面的工作:一是非技术层面,加强管理,树立环保意识;二是技术层面,采用新技术、新材料、新设备,对主要排放污染物和主要排放点进行改造治理,使之达到排放要求。除尘改造技术主要有四种方式:①、“袋改袋”即袋除尘器升级优化改造;②、“电改电”即电除尘器升级优化改造;③、“电改袋”即电除尘器改造为袋除尘器;④、电改“电-袋”即电除尘器改造为“电-袋”复合除尘器。下面作详细介绍。

    3.1 “袋改袋”技术


         改造的技术手段如下:


        (1)更换过滤材料


         对于热力设备用袋除尘器,按照排放限值30mg/Nm3要求,更换方案:


         ①、水泥窑尾用低压长袋脉冲袋除尘器的滤料更换为玻纤覆膜、P84和P84玻纤复合针刺毡覆膜等滤料;

         ②、水泥窑头用低压长袋脉冲袋除尘器的滤料更换为诺梅克斯(Nomex)或诺梅克斯渗膜滤料;


         ③、烘干机用袋除尘器的滤料更换为玻纤覆膜;


         ④、煤粉袋除尘器滤料更换为抗静电涤纶针刺毡覆膜滤料。


        对于通风设备用袋除尘器,按照拟定排放限值20mg/Nm3要求,综合达标可靠性和成本经济性两方面,水泥粉磨、破碎、包装等通风设备用袋除尘器的滤料更换为涤纶针刺毡覆膜。


        采用覆膜滤料取代普通滤料,覆膜滤料属表面过滤,具有过滤风速高、阻力低、使用寿命长、和收尘效率高等优点。采用热压合(定压、定温条件下)工艺的国产覆膜滤料能满足标准要求。


    3.2 更换(强化)清灰方式


        用高能型脉冲清灰取代中能型机械摇动及低能型反吹清灰,提高处理能力和除尘效率。根据原来除尘器的壳体结构和清灰方式,将清灰系统改造更换为气箱脉冲或在线高压脉冲清灰方式,除尘器结构做相应局部改造。


    3.3 用新型结构取代老式结构


        老式的机械回转反吹袋收尘器和反吹风袋收尘器存在清灰强度弱、除尘效率低、不能达标排放等诸多缺点。可采用新型气箱脉冲袋除尘器或新型高压脉冲喷吹袋除尘器来进行改造,该除尘器能直接处理较高含尘浓度和高粘度的粉尘,特别适用生料磨和水泥磨采用回转反吹收尘器或反吹风收尘器的改造。改造具体内容:增加过滤面积,降低过滤风速;增加袋室;更换花板,增加开孔率,减少滤袋直径;改变滤袋形状,采用圆柱形滤袋等;优化通风管道,均化气流分布;更换新型配件,如电磁脉冲阀,自控仪,油水分离器,各种气动器件、阀门等。


    3.4  “电改电”技术


       “电改为电”有三种改造途径:

        ①、在原有电除尘器仍有使用价值的情况下,串联或并联一台新的电除尘器;


        ②、在原有电除尘器基础上增大电除尘器(包括加长,加宽和加高);


        ③、保留原电除尘器外壳,利用先进技术对内部核心部件改造,提高收尘效果。

        主要改造方案如下:
       

    (1)增加收尘极板面积 


        ①、增加电场高度:电除尘器受场地的限制,前后左右没有空间,只能考虑向上加高。主要用于改善电除尘器排放问题,其工况条件只能适用电除尘器的场合。结构上要拆除顶梁,改造进出气口,更换极板和框架,内容较多,但只是改善收尘效果,投资偏大,除非不得已的情况下,一般不采用此种方式。

        ②、增加通道数:相当于在除尘器的旁边新上一台除尘器,加大电除尘器的横断面积,可以降低电场内的风速,更加有利于除尘器的工作。一般应用于窑的产量提高的情况下,需要处理的风量增加。在除尘器施工期间可以不停窑,等安装完毕后,停窑接口。缺点是:烟气管道的阻力会有所增加,从而影响窑的产量,输灰等系统都要相应进行改造,费用较高。

        ③、增加电场数:一般在电除尘器的前面或后面增加一个或两个电场,以提高电除尘器的除尘效率。这种改造方式周期较长,从挖基础到管道接口,必须在停窑状态下进行。


      (2)改变极配方式


         随着新技术的应用,原来的电除尘器还有采用诸如RS芒刺线和C型极板的,现在多采用放电性能更好的V15、V25、V40线,配和使用ZT24极板,可以有效提高运行电流,增加场强,促使电流密度分布更均匀,提高粉尘趋进速度,从而提高除尘效率,改善除尘效果。

      (3)更换性能更优良的高压电源


        高压电源对电除尘器除尘效率影响的重要性现在已被人们关注,国际上对电除尘器的发展一直将高压电源作为重要研究课题,现在国内已有不少电源厂家开发出了很好的产品,并且应用良好。代表性的有GE公司生产的SQ300i控制器和上海激光电源研究所生产的恒流源控制器。此外,还有高频电源,脉冲电源,三相电源等都对提高除尘效率非常有效。


        高频电源是一种全新的绿色电源,是电除尘供电电源的发展方向,其工作频率在20kHz及以上,将其设置在电除尘器的前电场,运行平均电压可达工频电源的1.3倍,可有效加强前电场的粉尘荷电,提高粉尘趋进速度。与普通工频电源相比,其具有除尘效率高、能耗低、体积小、重量轻、三相平衡供电、多种供电模式、适应多种工况等优势。高频电源在电力等行业已逐步使用,若在水泥行业的电除尘器升级改造中也能合理地加以采用,并配合对整体结构的修复、调整和优化,定会大大提高除尘效率,实现达标排放,体现高频电源的优势。

        (4)移动电极的应用


        移动电极的工作原理是将常规卧式静电除尘器最后一个电场的固定电极设计为旋转电极,变阳极机械振打清灰为下部毛刷扫灰,从而改变常规电除尘最后一个电场的捕集和清灰方式,以适应超细颗粒粉尘和高比电阻颗粒粉尘的收集,达到提高除尘效率的目的。移动电极技术将是静电除尘器未来的发展方向。移动电极电除尘技术一般采用布置于末端电场灰斗中的清灰刷刷除转动极板上粉尘的清灰方式,有效解决高比电阻粉尘引起的反电晕及振打清灰引起二次扬尘等问题,从而大幅度提高除尘效率,同时该转动极板系统可耐350℃高温,可以长期在330℃条件下随主机不间断地运行,继承了电除尘器耐高温、耐高压、耐腐蚀、阻力低等优点。


        对于升级改造项目,采用移动电极技术优势更为突出,其工作量较小,只需对原设备进行必要的检查和消缺,在大多数场合不需要额外的场地,从而不像采用常规电除尘技术进行加高、纵向或横向扩容改造那样复杂。


    3.5  “电改袋”技术


        考虑到原有的电除尘器壳体、灰斗、管道,承重基础、物料输送系统都可以保留、沿用。从确保双目标、工期及综合效益考虑,“留壳改仁”,其内设置技术成熟、性能先进的低压长袋脉冲袋式除尘器的方案是最佳选择。


        对于现有窑尾电收尘器,可直接将电收尘器改为低压长袋脉冲袋收尘器,滤料可选用P84、玻纤覆膜和复合毡覆膜滤料等。


        对于现有窑头电收尘器,为了排放达标,需将窑头现有电收尘器改为低压长袋脉冲袋收尘器,即拆除现有电除尘器的上壳体及内部构件,增加袋式收尘系统、清灰系统、净气室等必备部件和控制系统,改造为布袋除尘器,其中滤料选用诺梅克斯(Nomex)或诺梅克斯渗膜滤料。因篦冷机余风工况不稳定等特点,致使袋收尘器入口温度波动大,为了保护滤袋使袋收尘器正常运行,须在袋收尘器前增设多管冷却器或余热发电系统,原有风机须进行改造。


       除尘器的改造内容要求:


        ①设计依据气流的温度,现有电除尘器的尺寸,所需处理的烟气量,入、出口浓度,过滤元件的材质等因素作设计取舍。同时要考虑安全运行的双保险。

        ②采用合适材质的滤袋。


        ③选择先进的脉冲清灰技术,同时尽可能避免按时清灰,实行按压差清灰。


        ④风机加转满足系统的全压流量。


        ⑤在入口管路系统中增设了能自动开闭的冷风阀。

        目前,我院已承接了30余个电改袋项目,主要业主为南方水泥、中联水泥、福建水泥、福建春驰水泥、宝鸡众喜水泥等,改造的指标均按照出口排放浓度小于30 mg/Nm3,监测结果验证,效果好的可以达到10 mg/Nm3以下。


    3.6 电改“电-袋”复合技术


         对于现有窑尾和窑头电收尘器可采用电-袋复合收尘器技术进行改造。


       “电-袋”收尘器,就是在收尘器的前部设置一个收尘电场,发挥电收尘器在第一电场能收集80~90%粉尘的优点,收集烟尘中的大部分粉尘,而在收尘器的后部装设滤袋,使含尘浓度低的烟气通过滤袋,这样可以

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