通风除尘系统

通风除尘系统（共3篇）

通风除尘系统 篇1

1 对象与方法

1.1 对象

某采石场筛分工序主要对石头进行筛选, 生产过程中产生粉尘危害等。该厂为贯彻我国职业病防治法的方针政策, 保护劳动者的身体健康, 计划在筛分工序增设1套局部通风除尘系统, 以加强粉尘的治理。本研究以该套除尘设备为研究对象设计局部通风除尘系统。

1.2 方法

根据采石场筛分工序生产工艺流程中主要的产尘特点和粉尘性质等基础资料, 根据HJ2028-2013《电除尘工程通用技术规范》和《工业防尘手册》[3,4], 由工程通风设计人员设计局部通风除尘系统, 安装后测定其粉尘控制效果。

1.2.1 外部排风罩排风量计算

通过对采石场筛分工序粉尘发生源 (以下简称“尘源”) 、生产工艺设备和生产操作情况的实际观察和分析, 确定所采用排风罩罩型、罩口尺寸、数量和控制距离 (即罩口几何中心与尘源控制风速点的距离) , 并对车间的风速进行检测, 采用合适的公式计算单个外部排风罩排风量 (Q) , 据此计算除尘系统的总排 (送) 风量 (Q总) 。

1.2.2 通风管道设计

通风管道是将含尘气体通过管道输送到指定的处理装置, 其设计目的是根据各管段的排风量和选定的流速确定各管段的管道直径, 计算各管段的局部阻力 (Z) 和摩擦阻力 (Rma) , 保证系统内达到需求的分配风量, 并为风机选择和绘制施工图提供依据。 (1) 绘制通风除尘系统的系统图, 见图1。 (2) 选择合理的空气流速。依据《工业防尘手册》确定各管段的理论风速 (v0) (578页) [5], 由公式 (1) 计算出理论风速下确定的理论管道直径 (D0) , 根据理论管道直径选择合理的实际管道直径 (D) , 再用公式 (2) 反推实际风速 (v) 。 (3) 采用公式 (3) 计算Z; (4) 计算Rma。根据《工业防尘手册》中圆形通风管道单位长度Rma线算图[5], 只要已知流量、管道直径、流速和单位长度摩擦阻力4个参数中的任意2个, 即可利用该线算图求得其余2个参数[1]。该线算图是在大气压力P0=101.3×10-3Pa、空气温度T0=120℃、空气密度ρ0=1.204kg/m3、运动粘度V0=15.06×10-6m2/s、管壁糙度e=0.15×10-3m的圆形风管等条件下得出。当实际使用条件与上述条件不相符时, 采用公式 (4) 进行密度和粘度的修正, 采用公式 (5) 进行空气温度和大气压力的修正。 (5) 对并联管路进行阻力平衡。通风系统要求2个支管之间的阻力相差不超过15.0%, 除尘系统要求2个支管的阻力差不超过10.0%, 以保证各支管的风量达到设计要求。当并联支管的阻力差超过上述规定时, 可通过调整支管管道直径 (即改变支管的阻力) 以达到阻力平衡。本研究主要对图1中除尘器的A、B、C、D共4个节点的阻力平衡情况进行判断。调整后的管道直径采用公式 (6) 计算。为有效地达到阻力平衡, 在8个支管上各插进1个板进行调试, 以便调节阻力平衡。 (6) 采用公式 (7) 计算管道总阻力。

式中:D0-理论管道直径, m;Q0-管道流量, m3/s;π-圆周率, 取值3.14;v0-理论风速, m2/s。

式中:v-实际风速, m2/s;D-实际管道直径, m;Q0、π-定义同公式 (1) 。

式中:Z-局部阻力, Pa;ζ-局部阻力系数;μ-空气流速, m/s;ρ周围空气密度, kg/m3。

式中:Rma-实际单位长度摩擦阻力, Pa/m;Rm0-线算图上查得的单位长度摩擦阻力, Pa/m;ρa-实际空气密度, kg/m3;ρ0-线算图空气密度, 取1.204 kg/m3;Va-实际运动粘度, m2/s;V0-线算图运动粘度, 取15.06×10-6m2/s。

式中:Rma、Rm0-定义和单位同公式 (5) ;Kt-温度修正系数;Kb-大气压力修正系数;Kt、Kb由《工业防尘手册》温度和大气压力的修正曲线查得。

式中:D’-调整后的管道直径, m;D-原设计管道直径, m;△P-原设计的支管阻力, Pa;△P’-为阻力平衡要求达到的支管阻力, Pa。

式中:PS-管道总阻力, Pa;△Pi-相应编号的管道阻力, Pa。

1.2.3 风机选型

采用公式 (8) 、 (9) 分别计算风机的风量和风压, 据此选择适合型号的风机。

式中:Qf-风机的风量, m3/h;Q总-除尘系统的总排 (送) 风量, m3/h;K1-风管漏风附加系数, 取值1.10;K2-除尘器或净化设备的漏风附加系数, 取值1.05;Qr-袋式除尘器的反吹风量, 取值0 m3/h。

式中:Pf-风机的风压, Pa;PS-管道总阻力, Pa;H电-电除尘器工作阻力, 根据所设计除尘器阻力选300.0 Pa;K3-风机的实际风压附加系统的管道附加系数, 取值1.10。

1.2.4 除尘器选型

结合项目设计实际选择除尘器类型, 根据HJ 2028-2013《电除尘工程通用技术规范》设计有关技术参数, 再选择适合的除尘器。

1.2.5 工作场所空气中粉尘水平测定

安装该局部通风除尘系统后, 根据GBZ 192.1-2007《工作场所空气中粉尘测定第1部分:总粉尘浓度》[5], 检测采石场筛分工序工作场所空气中总粉尘时间加权平均浓度 (CTWA) , 依据GBZ 2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限值第1部分:化学有害因素》进行评价[6]。

2 结果

2.1 基本情况

该采石场的石头是石灰石, 年产量10万m3。检测其粉尘的游离二氧化硅浓度为6.8%。筛分工序产生粉尘危害, 筛分过程机械自动化, 工人作业方式巡检。

2.2 外部排风罩排风量设计结果

根据采石场筛分工序尘源情况和生产工艺过程, 由于筛分下料存在动力, 粉尘飞扬较高, 因此采用设在尘源上部的上吸式外部排风罩。在不影响生产操作的前提下, 设计排风罩的罩口尺寸为1.6 m×1.6 m (则A=2.56m2) , 罩口边缘加设法兰边框, 以提高排风效果;根据通风除尘需要, 该除尘系统设8个排风罩;根据尽可能使外部排风罩的罩口靠近污染源或扬尘点, 以使整个污染源或所有的扬尘点都处于必要的风速范围之内的原则, 取x=1.1 m;根据现场实测数据, 取vx=0.4 m/s。根据实际情况, 采用公式 (10) 计算得出Q=18 509 m3/h;8个排风罩的Q总=18 509×8=148 072 m3/h。

式中:Q-单个外部排风罩排风量, m2/h;K-按矩形罩口长宽比值n=1.000确定的系数, 取0.083[1];x-控制距离, m;A-排风罩罩口面积, m2;vx-尘源控制风速, m/s。

注:*为阻力平衡, 不需要调整设计方案。

2.3 通风管道设计结果

根据公式 (1) ~ (6) 计算通风管道阻力和除尘器节点平衡的结果见表1、表2。根据公式 (7) 和表1中的有关△P的数据计算得出PS=841.4 Pa。

2.4 风机选型结果

根据公式 (8) 、 (9) 计算得出:Qf=171 023 m3/h, Pf=1 255.5 Pa。结合厂区气象条件, 选择普通中压风机, 型号为4-79。适合范围:全压为176.0~2 695.0 Pa, 风量为990.0~406 000.0 m3/h, 功率为1.1~250.0 k W。

2.5 除尘器选型

结合本局部通风除尘系统设计的实际情况, 选用电除尘器。从达到总除尘效率为99.90%出发, 根据HJ 2028-2013《电除尘工程通用技术规范》, 主要设计参数见表3。结合工作场所粉尘条件和除尘器的主要技术参数, 选用WDJ 47-3/1型WDJ型卧式电除尘器设备, 其处理风量为186 000 m3/h[6], 能够满足本局部通风除尘系统Q总=148 072 m3/h的设计要求。

2.6 除尘器选型

设置了局部通风除尘系统后, 测得采石场筛分岗位空气的粉尘浓度CTWA为6.2 mg/m3, 低于国家职业接触限值8.0 mg/m3。

3 讨论

采用设置通风除尘系统、改进生产工艺、湿式作业、密闭和加强管理等综合粉尘防治措施是控制工作场所空气中粉尘水平的重要方法[7,8], 是预防尘肺病发生的重要措施。本课题组针对采石场筛分工序的粉尘防治实际, 对其新增的局部通风除尘系统进行设计。结合其生产工艺特点, 将尘源加以密闭并设置局部通风, 以有效控制生产性粉尘的扩散, 使工作场所空气中粉尘水平下降到国家职业卫生限值以下, 是预防尘肺病的重要措施。本课题组在充分调查研究的基础上, 对采石场筛分工序生产工艺特点和粉尘性质等基础资料, 由工程通风设计人员以外部排风罩、通风管、风机选型和除尘器的选择为重点, 设计局部通风除尘系统。除尘器一般分为机械除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器和电除尘器4类。其中电除尘器在捕集工业粉尘方面具有除尘效率高、可处理烟气流量大且耐高温和腐蚀、气流压力损失小、可处理较小粒径粉尘、总体能耗低、运行维护费用低等优点[9,10,11], 因此, 本研究选用电除尘器作为局部通风除尘系统的除尘器。安装局部通风除尘系统后, 采石场筛分工序空气中粉尘水平符合国家职业卫生限值要求, 说明本局部通风除尘系统对粉尘的控制效果良好。

摘要：目的 对某采石场筛分工序的局部通风除尘系统进行设计, 使工作场所空气中粉尘水平达到国家职业接触限值的要求。方法 根据某采石场筛分岗位工艺特点及粉尘性质等基础资料, 由工程通风设计人员以外部排风罩、通风管、风机选型和除尘器的选择为重点, 设计局部通风除尘系统, 安装后测定其粉尘控制效果。结果 外部排风罩采用罩口尺寸为1.6 m×1.6 m的带法兰边框的上吸式排风罩, 控制距离为1.1 m。除尘系统的总排 (送) 风量为148 072 m3/h;风机的风量和风压分别为171 023 m3/h和1 255.5 Pa;据此选择型号为4-79的普通中压风机和处理风量为186 000 m3/h的WDJ47-3/1型WDJ型卧式电除尘器设备作为局部通风除尘系统。局部通风除尘系统安装实施后, 筛分岗位空气中粉尘时间加权平均浓度为6.2 mg/m3, 低于国家职业接触限值8.0 mg/m3。结论所设计的局部通风除尘系统达到设计要求。

关键词：粉尘,通风除尘系统

参考文献

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通风除尘系统 篇2

1 工艺概况

目前, 我国机房油漆车间大致可分为两种类型, 第一类是成批生产条件下, 对半成品进行连续喷漆。一般来说, 此项工作的开展往往是在带有通风除尘设备的喷漆室进行的, 喷漆之后, 立即便可开展烘干工作。第二类是单件小批生产的, 车间内有固定的喷漆地点, 喷漆之后, 同样可以直接开展烘干工作。无论是哪一种类型的产品, 在喷漆过程中, 都要严格按照“除锈———刷底漆———干燥———抹腻子———干燥———腻子磨平———吹净———喷漆———干燥”等步骤开展施工作业。然而, 上述介绍的施工工艺中, 任何一个环节的操作都会导致大量的粉尘和有毒物质产生, 喷漆工人长期处于这样的工作环境中, 势必会给身体健康带来严重的损害。在这种情况, 做好机床油漆车间的通风除尘工作就显得尤为重要。

2 通风除尘设计方案的确定

通风除尘设计方案是否科学合理, 直接关系着油漆车间通风除尘的效果。结合当前工厂生产的需求来看, 对于通风除尘方案的设计, 应该注意以下两个方面的内容。

2.1 确定通风除尘方式

通风除尘方式选取是否科学, 主要是看该方式的应用是否能够将空气中的有效物质有效消除, 提升生产环境质量。建筑空间大、施工环节多、空气污染严重是当前机床油漆车间生产的几个主要特点, 根据这些特点, 本文设计的通风除尘系统平面图如图1所示, 从图1中我们可以看出, 在整个系统中, 水平送风管和局部排风装置应分别设置在车间内墙一侧上方和下方, 高度则应该根据工作台面的实际情况来具体设定。

2.2 排风装置的设计

为了确保排风装置的设计能够满足通风除尘需求, 在对其进行设计的时候, 应该对油漆工件的尺寸和形状等因素进行充分考虑。目前, 对于排风装置的设计, 常见的主要有三种类型, 一是地沟吸气式设计, 这种设计方案适合尺寸和形状都较大的工件, 吸气口设置在工件两侧的地面上, 上面有带条缝的铸铁盖板, 有毒气体通过盖板的条缝进入地下风道排出。二是双侧吸气式设计, 这种设计方案适用于中小型工件, 对于工作台面高度的设计, 应该按照工件尺寸和形状的大小来具体设计。同时, 还要确保操作的简便性。三是全吸气式设计, 这种设计方案适用于体积较大但重量较轻的工件, 对于有害气体的处理是通过工作台的通风孔进入风道排至室外的。上述三种排风装置的设计都是当前机床油漆车间通风除尘系统中比较常见的几种设计方法, 设计人员需要结合具体情况, 采取最佳的设计方案。

3 通风除尘系统设计

3.1 送风装置的设计

送风系统是通风除尘系统的一个重要组成部分, 对于送风装置的设计应该从两个方面着手, 首先是送风系统流程, 通常情况下, 该系统流程的设置主要是依据水平风管均匀送风进行设计的, 这里所指的水平风管均匀送风, 简单的说, 就是将等量的空气以相同的速度从风道上的侧孔送出。但需要注意的是, 夏季的送风装置可以将外界的新鲜空气直接送入车间, 但在冬季, 由于外界的空气相对来说较冷, 所以需要将其过滤后加热到28℃之后再送至车间。其次是送风管的布置, 油漆车间送风水平风管上的送风侧孔, 其间距为三米一个, 根据车间尺寸计算送风管的长度, 水平风管上侧孔与水平方向成十五度角向下倾斜。这种系统设计方式气流组织合理, 采用上送下排的方式, 操作工人可以随时沐浴新鲜空气, 比重比空气稍重的有毒气体与粉尘能及时排除, 但需要注意的是, 送风系统的风量应小于排风系统的风量, 使车间内产生负压。

3.2 局部排风系统的设计与计算

在机床油漆车间通风除尘中, 由于空气中弥漫了大量的有害可燃物质, 一旦油漆车间内局部空气的有毒可燃气体浓度达到31g/L时, 就会发生爆炸的危险。所以, 在对离心通风机进行选择的时候, 必须确保其自身具有一定的防爆性能, 与此同时, 还要在系统的吸入和排除管上分别设置闸板阀和防火阀。此外, 对于电子设备和开关的选择, 也应该确保其充分满足防爆要求。

对于局部排风系统的计算, 应该根据油漆成分的吸风速度来具体计算:含有铅及其有机化合物、苯、甲苯、二甲苯、甲醇、醋酸戊脂等职业病危害因素的吸风风速为1.5m/s;含有醋酸丁脂、醋酸乙脂、丁醇以及其他按卫生标准容许浓度为0.2mg/L的油漆成分的吸风风速为1.0m/s;含有白节油、橙节油、乙醇、干性油以及其他卫生标准容许浓度为0.3mg/L的油漆成分的吸风风速为0.7m/s, 而局部排风系统的计算公式为:L=3600×F×V (m3/h) F:排风罩面积。

4 通风除尘安装方面的问题及解决方案

4.1 加强质量管控力度

在开展通风除尘安装工作的时候, 应该明确安装的顺序, 并且严格按照该顺序开展安装作业。其中, 通风除尘设备的安装是安装工程的关键部分。首先, 在安装之前, 需要做好设备安装准备工作, 结合工厂生产工作开展的实际环境, 选择最佳的设备安装方案, 并向所有参与施工的人员进行技术交底, 确保安装工程的顺利开展。其次, 在实际安装过程中, 要对技术的改造给予足够重视, 工业生产如果想要得到持续发展, 想要始终保持较高的市场竞争力, 那么就必须在对市场需求进行全面分析的基础上, 进行必要的技术改造, 这种方法一方面可以使工业企业快速使用不断变化的市场需求, 另一方面则可以通过对技术的改造与调整, 提高工业企业的生产效率和质量, 进而为企业创造更多的经济效益和社会效益。

4.2 加强安装前的图纸设计

在通风除尘设备安装工作中, 施工图纸是各项工作开展的重要依据, 一旦施工图纸出现问题, 必然直接导致设备安装质量下降, 所以, 在施工前, 施工单位必须加大对施工图纸的审核力度, 一旦发现图纸中存在问题, 应第一时间与相关部门联系, 对图纸进行更改。此外, 要对安装图纸进行全面分析, 仔细查看图纸上标注的技术安装指标, 确保每一个安装环节都能满足技术标准, 严格按照安装方法进行通风除尘设备的安装, 确保每一种设备的安装都有一定的工作顺序和作业方法, 确保通风除尘设备安装的安全性。

4.3 做好各个环节的协调工作

就目前工业生产油漆车间通风除尘设备安装所涉及的内容来看, 主要包括了运输、安装和调试等多个环节, 每个环节之间都存在着必然的联系, 在具体施工中也有多个人员参与其中, 这就要求工业生产企业的管理者做好全面调度工作, 尽可能确保每个环节工作的开展都能够有序、协调, 进而确保通风除尘设备安装的高效性和完整性。同时, 通风除尘设备的维护工作也至关重要, 需要安排专业人员开展此项工作, 以此来确保通风除尘设备始终处于安全运行的状态。除此之外, 还要结合工业生产的实际情况, 建立健全的规章制度, 并确保其能够在具体安装工作中得到切实落实。

5 结语

从本文的分析我们看出, 通风除尘的科学设计与安装能够进一步提升油漆车间的环境质量。随着我国工业生产发展脚步的不断加快, 工厂对于油漆车间通风除尘效果的提升也给予了高度重视。工厂相关部门如果想要从根本上提高通风除尘效果, 就必须结合工厂生产的实际环境, 采取最佳的设计方案, 并在此基础上提高安装质量。只有这样, 才能够将通风防尘设备的作用充分发挥出来, 达到优化生产环境的最终目的。

参考文献

[1]徐波, 肖卫, 江海.机床厂油漆车间直流式空调系统设计分析[J].暖通空调, 2014 (02) .

[2]乔茑.谈某厂房油漆车间的通风除尘设计[J].山西能源与节能, 2010 (02) .

除尘器及除尘系统的改造 篇3

如何针对不同企业的具体情况, 因地制宜地制定改造方案, 在满足环保要求的前提下, 充分利用原电除尘器的结构, 缩短施工工期, 降低成本, 保证其服务的生产工艺的稳定性, 并实现节能降耗, 是除尘器改造技术至关重要的问题。

电除尘器及系统的改造一般有4种方案。

第一, “电改电”技术:原则是增加集尘面积, 提高除尘效率。按照Deutsch公式:

式中:η——除尘效率, %

A——收尘面积, m2

Q——处理烟气量, m3/h

ω——荷电尘粒在电场力作用下的驱进速度, cm/s

再考虑环境因素系数后计算出需要的集尘面积, 同时增加电场数量, 至少预留一个备用电场, 加大保险系数。

另外, 同时改进电源装置以提高粉尘荷电效率, 也是“电改电”技术措施之一, 如采用高频电源或电能增强器等。

实施“电改电”技术需配合进行气体的调质, 改善粉尘比电阻。例如, 水泥窑尾废气除尘效率的稳定性取决于系统设备配套增湿塔, 如果增湿塔工作不理想, 应考虑增湿塔喷雾系统的改造, 否则达不到改造效果。

“电改电”技术方案理论上可行, 但依据目前环保标准要求, 必须按照以上思路实施。因而, 改造成本很高, 有时受工艺布置及场地限制根本无法加接电场。

“电改电”技术实际上更多的是取决于工艺系统操作的稳定性和设备性能的可靠性, 一般很难避免事故状态超标排放, 例如断极线后无法在线检修。因此, 目前实施案例较少。

第二是“电换袋”。即拆除原来的电除尘器, 重新安装新型除尘器。此方案达到改造效果没有问题, 但一般投资高, 改造时间长, 很少实施此方案。

第三是改为“电-袋复合”除尘器。即保留电除尘器部分壳体和电场, 改为电-袋复合除尘器。

电-袋复合除尘器是电除尘器和袋除尘器的组合。目前世界上有2种形式的电袋复合除尘器, 一种称为COHPAC, 由美国电力研究所 (EPRI) 的Ramsay Chang博士开发并取得专利, Hamon Rasearch-Cottell公司将之实现工业化应用;另外一种称为Advanced Hybnd (简称AH) , 由美国南达科他大学的能源与环境研究中心 (EERC) 开发并取得专利。AH的结构比较复杂, 基本结构是在电场极板中穿插滤袋, 利用静电场力收集滤袋清灰以提高清灰效率, 从而提高过滤风速。COHPAC就是所谓的“前电后袋”的典型复合除尘器, 已经取得了工业规模的运行业绩。

电袋复合除尘器在我国国内也开始研究应用, 但多数为COHPAC方式。

COHPAC电袋复合除尘器理论上的优点在于经过电场除尘后, 滤袋的粉尘负荷降低, 滤袋过滤风速可适当提高, 清灰周期也可以延长。但电场故障时袋过滤部分负荷会增大, 系统阻力会增大而影响系统正常运行, 尤其不适合工艺除尘系统, 如电厂锅炉废气除尘和水泥窑尾除尘等系统。因此, 实际应用中滤袋的过滤风速不能取得太高, 比纯袋除尘器过滤风速提高20%为佳。从这个意义上说, 电袋复合除尘器的投资经济性和运行经济性都不是最优。

计算电袋复合除尘器的经济性, 包括投资经济性、运行经济性和可靠性, 投资经济性是考虑增加电场后, 减少滤袋部分投资能否补偿设置电场部分的投资;运行经济性则是所谓降低阻力, 即延长滤袋寿命节约的成本能否补偿电场部分额外耗电的成本。如果从理论计算则其假设很多, 难以置信。我们从成功运行的电袋复合除尘器和袋除尘器的比较看, 前者比后者实际投资一般高20%～30%, 而实际运行维护成本并没有明显差距。而电袋复合除尘器电场部分的可靠性对实际运行成本影响很大, 一旦电场故障实际运行的是一台纯袋除尘器。

电袋复合除尘器的主要缺点:a管理相对复杂, 电场部分不能在线维修, 整机维修比较困难。b运行费用偏高, 电袋复合除尘器实际上是两台除尘器 (一台电除尘器和一台袋式除尘器) 相串联, 两种除尘器的缺点也就集中到一起, 电场部分高压电源耗电+袋除尘器的系统阻力。

然而, 对于改造而言, 电袋复合除尘器倒是可以论证和考虑的方案, 尤其在高粉尘浓度下靠电场预降尘而降低滤袋部分负荷确有作用。天津水泥工业设计研究院有限公司在改造天瑞汝州和天瑞卫辉两台5000t/d高浓度高负压电除尘器时计算其原电除尘器的空间富余, 于是实施了电袋复合改造方案。改造后除尘器实际运行效果良好, 袋除尘部分总压差在1300Pa以下, 分室压差在1000Pa以下, 其中汝州天瑞电袋除尘器已经运行三年半未更换滤袋, 超出了预期寿命, 充分证明高含尘浓度气体的电袋复合除尘改造成功。

改造为电袋复合除尘器的前提是:a气体比电阻是适合的或气体调质系统是完好的;b原电除尘器确有充足的空间可保留一到两个电场。这时基本无需电场部分投资, “电改电-袋”方案实际投资成本并不高, 甚至偏低, 保留电场还可以减少改造工程量, 缩短施工工期。换言之, 如果空间不足, 需要另外增加电场或袋室的电-袋复合改造没有意义。

然而, 目前国内实际成功应用的工艺性电袋复合除尘器, 包括上面提到的天津院的电袋复合案例, 其袋滤部分的过滤风速并非如理论计算那样高, 即过滤面积基本不小于纯袋除尘器的方案, 因而具有真正的实用性和可靠性。

另外, 从我们近几年的改造实践看有富余空间的电除尘器并不多, 因此适合用电袋复合除尘器改造电除尘器方案的也不多。

第四是“电改袋”。即在保留原电除尘器部分壳体的基础上直接改为袋式除尘器。此项技术目前国内外电除尘器改造成功的应用案例最多。比较其他改造方案, 它有如下优点:

(1) 适应多数电除尘器的改造, 完全可以满足目前严格的废气粉尘污染物排放标准要求;

(2) 简单实用, 改造停窑时间短, 投资成本低;

(3) 完全可以在线维护和检修, 充分保证了系统运转率;

(4) 完全可以做到低漏风、低阻力和更长的滤袋寿命, 运行成本低。

天津院有限公司环保分公司多年来已成功运用电改袋技术改造了各种规模水泥生产工艺的除尘器近二十台套, 取得了许多有益的经验, 促进了除尘器改造。

表1是天津院有限公司环保分公司在水泥窑头窑尾除尘器及除尘系统改造的主要案例。

不同的应用工艺, 不同的原电除尘器规格, 必须采用不同的结构改造方案。例如:华新集团苏州金猫水泥有限公司4000t/d窑尾电改袋, 是原两条中空窑系统改造为一条4000t/d干法水泥熟料生产线, 要求利用其中一台窑尾电除尘器的基础进行袋除尘器改造。我们方案的重点是基础结构的优化, 尽量减少施工停窑周期, 巧妙利用原电除尘器结构, 实现气流合理走向, 谨慎改造原有力学结构, 不能出现结构失效事故。

综上所述, 目前多数情况下“电改袋”方案应是除尘器改造的优先选择, 然而, 要想改造成功, 体现上述优点, 必须注意如下两点:

(1) 采用的核心技术要先进、成熟、可靠, 并针对不同电除尘器实施不同的改造“嫁接”方案。

(2) 要同时考虑除尘工艺系统及相关设备的改造。

什么是先进、成熟、可靠的“电改袋”的核心技术?当然是先进的袋除尘技术。

先进袋除尘技术标准:

(1) 100%达到国家规定的排放标准, 甚至排放更低, 一般≤30mg/m3 (标) , 无事故排放。

(2) 集尘能耗最低。过滤元件的单位面积透气量大 (高通透率) , 过滤阻力低;本体结构简单合理, 结构阻力低, 袋除尘整机压差应低于1300Pa;宜用净气室内换袋结构, 降低设备漏风率。

(3) 清灰使用能量较少, 清灰效率高, 减少压缩空气使用量。

(4) 采用智能运行监测系统, 对气体温度、分室压差及压缩空气压力进行监控。实施压差反馈清灰控制;同时实施运行中破袋检测, 具备参数异常报警功能。

气箱脉冲技术虽已普遍应用, 但因其分室离线清灰和袋长限制的缺点而被行喷清灰技术所取代, 后者以简单、清灰高效、在线清灰和长滤袋而占绝对优势。

因此, 短袋的气箱脉冲袋除尘技术和长袋反吹清灰袋除尘技术都无法实现“电改袋”的结构要求, 而行喷吹清灰技术和引射喷吹清灰技术都非常适用, 后者清灰效率更高, 但由于结构处理较复杂, 还没有应用案例, 目前国内外电改袋的成功案例都是行喷吹清灰技术, 天津院有限公司成功实践的“电改袋”均是此技术。

为什么要同时考虑除尘工艺系统及相关设备的改造呢?那就是要充分了解和研究被改除尘器所服务的工艺系统的特点和要求, 充分评估改造后参数的变化对系统及设备的影响, 在设备改造的同时, 实施必要的系统改造。否则, 对于任何工艺系统采用固定的结构和定式的改造方法可能会导致改造失败。

现以水泥窑尾废气处理系统为例进行简单讨论。图1是两种典型的水泥窑尾废气处理流程图。

一般讲, 无论哪种工艺系统, 一旦实施“电改袋”, 系统设备方面需要改造的内容如下:

(1) 为确保改造后滤袋不被高温烟气损坏, 须将现有增湿塔的喷水系统改造升级, 将其改造为恒温控制喷雾系统, 或者增加进气冷风阀, 在除尘器入口负压不足或微正压时应增加鼓风机, 确保滤袋的安全;

(2) 利用现有的窑尾废气电除尘器壳体, 将其改造成一台先进可靠的行喷脉冲清灰袋除尘器;

(3) 为克服电改袋后设备阻力增加, 须将现有窑尾EP风机及电机改造或更换;

(4) 为满足改造后袋除尘器清灰压缩空气需求, 需要对原有压缩空气系统进行核算, 必要时新增空气压缩机, 并入原压缩空气系统;

(5) 最后还要注意核算原有系统风管和排料系统是否适应, 如果不适合要对系统实施必要改造。这一点一般不被重视, 但以笔者的体会, 关注系统是非常必要的。

下面, 从三个方面浅谈除尘器及除尘系统改造技术的研究和体会:

1 水泥窑头废气降温方式探讨和窑尾增湿塔喷水系统的改造

1.1 水泥窑头废气降温方式探讨

水泥窑头冷却机废气除尘已有更多采用袋除尘技术的案例, 但其废气降温方式是非常令人头痛的事。为保证不烧袋应将废气温度由250℃ (瞬时450℃) 的气体降到200℃以下, 降温方式有掺 (鼓) 冷风法、空气热交换器冷却法和喷水降温法。目前应用较多的是空气热交换器冷却法, 但根据热交换计算公式:Φ=A·k·△t需要的热交换面积很大, 因此热交换器设备成本很高。而掺 (鼓) 冷风法则使系统瞬时风量增大, 造成系统不稳定, 甚至发生危险。喷水降温法确是不错的选择, 它降温效果好, 反应速度快。主要是基于目前许多水泥系统都加入了余热发电锅炉系统, 一般情况下降温系统是短期和应急应用。焦作千业水泥窑头电改袋后就是采用了恒温控制喷雾降温系统, 运行两年多来降温控制准确, 在接入余热锅炉系统后确实起到了袋除尘器及系统安全的保护神的作用。

喷雾降温恒温控制技术的应用在千业水泥窑头电改袋工程中主要在篦冷机2、3段和篦冷机出口烟道内加装了喷水降温系统 (图2、3) 。

其技术难点在于长期连续大量喷水后怎样防止受潮熟料在篦冷机和烟道内结皮。喷雾系统技术参数见表2。

系统采用回流控制+分组及单枪控制方式, 安装远、近程多点温度检测, 并将数据即时反馈给中央处理器, 超前调整, 并反馈控制喷水喷头数量、位置和喷水量, 以保证除尘器进气温度在要求范围之内。图4为实际运行监测屏, 图中上面曲线为篦冷机出气口温度, 下面曲线为控制的和实测进入袋除尘器温度。可见, 在篦冷机出气口温度在350～530℃之间剧烈波动的情况下, 实际进入袋除尘器温度基本稳定在127℃。

1.2 窑尾增湿塔喷水系统的改造

一般认为, 水泥窑尾“电改袋”后对增湿塔喷雾系统的要求比电除尘器降低了, 只要保证不烧袋, 无需改造喷雾系统。但根据我们调查, 目前国内水泥窑尾增湿塔喷水系统工作不正常的约占80%, 一个原因是多数系统设计没有考虑精确的恒温自动控制技术, 而是将喷雾装置和水泵系统的控制割裂开来, 实施粗放和简单的控制;另一个原因是许多用户对喷雾系统的重要性认识不足, 维护不到位, 系统始终带病运行。其实, 这也是许多电除尘器运行不正常的原因之一。

正如窑头喷雾降温系统一样, 窑尾系统喷水降温系统温控的准确和稳定意义重大。不仅仅是防止烧袋, 更重要的是可以降低气体流量, 使系统运行稳定, 甚至可以减少袋除尘器过滤面积, 降低废气处理系统总投资和降低运行成本。

进行增湿塔喷水系统改造, 喷水系统应考虑采用恒温控制系统, 将入除尘器温度稳定控制在较低的温度范围内, 例如当生料磨及锅炉系统不运行时, 可以保证将废气温度控制在120℃±5℃, 当生料磨或余热锅炉投入运行时, 气体温度将更低, 任何工况下窑尾废气温度不会高于120℃±5℃。而目前窑尾系统工况废气量的温度一般是按照200℃换算, 例如把5000t/d水泥熟料生产线窑尾废气处理量提高到960000m3/h。从理论上讲按照125℃计算工况废气量可降低27%, 即5000t/d水泥熟料生产线窑尾废气处理量可按照604800m3/h, 实际考虑安全系数按照720000m3/h选择风机和袋除尘器, 可降低投资20%。当然, 如果采用可靠的恒温控制喷雾降温系统, 仍然按照960000m3/h进行废气处理系统设备的选型没有问题, 只是提高了安全稳定系数。同状况下除尘器过滤面积越大阻力越低。

增湿塔恒温控制喷雾系统应该是一个独立的控制系统, 它的工作需面对锅炉、生料磨开、停、窑况异常等不同工况条件, 烟气的温度、流量、湿度的各种变化。为满足上述各种变化, 并保证经济运行, 系统采用泵组运行方式。

当窑系统单独运行, 锅炉没有运行, 甚至出现异常高温时, 输水量较大, 多台水泵同时启动, 恒温系统可把增湿塔出口温度控制在120℃±10℃的区间内。

当回转窑与生料磨同步运行时, 生料磨需较高温度气体烘干生料, 设定出塔温度为180～220℃, 一般只开启一台水泵少量喷水。

一般水泥厂生料磨与回转窑同步运行率为85%, 通过以上运行方式可知, 单台水泵的运行时间将占全年总运行时间的80%以上, 单台水泵电机功率仅22～37kW, 所以对于自动温控系统, 低成本运行是主导运行方式。

采用恒温控制喷雾降温系统是需要我们研究探讨和推广应用的。我们即将实施改造的意大利富平水泥窑尾废气处理系统将同时改造增湿塔喷雾降温系统为恒温控制喷雾系统。

2 除尘器本体的改造

“电改袋”技术及本体方案有多种: (1) 美国GE (BHA) 公司的加设外风管及进风闸阀的方案, 例如北京燕山水泥厂窑尾袋除尘器改造。 (2) 天津院有限公司的袋室底侧风管内分风的方案, 如金隅集团琉璃河水泥厂一号窑尾除尘器改造。 (3) 天津院有限公司的保留部分电场, 袋室内隔板分风的电袋复合方案, 例如汝州天瑞5000t/d窑尾袋除尘器改造。 (4) 天津院有限公司的中心风道分风的电改袋方案, 例如焦作千业水泥5000t/d窑头电改袋。以上四种方案均为大净气室, 室内换袋结构。 (5) 其他公司的方案, 内隔板分风或内悬吊风管分风+小净气室, 顶换袋方案。

以上五种方案中第一种方案理论上是最完美的, 各分室进出口都有阀门, 从安全角度讲是最合理的, 即可以在线检修和换袋。但缺点是结构复杂, 施工量大, 改造需要停窑时间长, 一般要停窑一个月左右。第五种是最简单的改造方案, 耗钢率低, 应该可以最少的停窑时间完成改造。但缺点明显, 漏风率高, 能耗高, 易结露, 最不适合寒冷地区应用。

需要分析第二到第四种方案各自的优缺点和演变过程。第二种方案分风更合理, 减少滤袋不规则破损, 缺点是制造施工复杂;第四种方案结构简单, 可不改变进出风管连接方式, 简化施工, 缺点是钢耗偏高, 不适合双室电除尘器及鲁奇BS930结构改造;第三种方案结构气流更顺畅, 可使系统阻力更低, 而且可适用于大多电除尘器结构, 2010年初完成的大连小野田水泥窑尾高浓度电改袋就是应用的此方案。缺点是出风管连接复杂, 钢耗量大。总之, 第二到第四种方案均是天津院有限公司基于先进的TDM袋除尘技术, 根据不同的电除尘器结构, 不断总结、改进而创造的结构, 总优点是结构规范紧凑、漏风率低。

TDM袋除尘技术具有如下特点:

(1) 计算机专业软件辅助结构开发, 第二代行喷脉冲袋除尘器技术, 室内换袋 (Walk in) 结构, 更低的漏风率、低阻、节能。

(2) 核心结构——清灰机构以及控制拥有多项国家发明专利和实用新型专利。

(3) 采用低CAN风速结构设计, 保证设备高效运行。

(4) 挂袋多孔板全部采用数控激光切割成型, 确保尺寸定位及形状公差小于0.2mm, 孔板平面度公差小于3mm。

(5) 关键件采用国际名牌产品, 确保设备性能优越。

(6) 采用智能运行监测系统, 全面监视系统运行中的气体温度压力及分室压差监控、分风状况和破袋检测, 保证运行中破袋检测快速准确。

(7) 标准板块结构设计, 方便现场安装, 并利于结构密封施焊。

(8) 可靠的风路系统, 完全实现在系统正常运行过程中的分室在线维护和检修功能。

3 技术改造要充分了解所服务工艺系统的特点

在国家节能减排战略下, 现有水泥生产企业进行节能减排改造是当务之急。预热器改造, 冷却机改造, 水泥磨系统改造, 加上余热发电系统和工艺性除尘系统改造, 项目繁多。怎样用更低的投资达到更好的改造效果是生产企业最需要的, 也是我们科研服务企业所追求的。笔者体会, 各项改造应有机结合, 充分考虑系统工艺参数改变对改造效果的影响。

除尘系统改造绝不是除尘器本体改造好就万事大吉了。无论如何改造为袋除尘器以后, 过滤机理变化很大, 决不能影响生产系统的稳定性。要充分了解生产系统的特点, 例如改造前系统实际相关工作参数, 设备规格参数, 改造前后有无其他技术改造, 例如余热发电系统改造, 改造是否预留提产空间等等, 甚至应该了解系统管道的管径和走向。否则会使改造效果大打折扣, 甚至改造失败。

2008年7月金隅赞皇水泥有限公司2500t/d窑尾电改袋的实践中, 我们确实体会颇深。改造完成后我们就遇到了问题:首先系统阻力很高, 尽管除尘器本体压差显示阻力并不高, 约1300Pa, 但直接表现是新更换的废气风机能力不足, 尽管风机风门100%打开, 除尘器入口始终出现正压冒烟。而后, 不到三个月滤袋大面积破损。开始我们怀疑滤袋, 怀疑袋笼, 怀疑孔板, 甚至怀疑喷吹清灰机构。更换滤袋, 增加袋口保护罩, 均无济于事。

经过一年的研究探讨, 我们比较所有改造的案例结构没有差异, 对气体分布状况的数字模拟研究, 未发现问题。我们开始对系统进行现场标定, 结果是进入除尘器风管约20m长, 阻力太高, 达到1000Pa。我们再比较其他改造案例的工作环境认为, 工艺系统设计不合理、进气风速高 (超过30m/s) 是阻力高的主要原因。再经过数字模拟测试以及现场排查, 认为进气风速过高和排灰系统故障, 灰斗经常不定时不对称地积灰对袋室中工作滤袋的扰动作用相当大, 是造成滤袋早期破损失效的主要原因。

于是, 我们提出工艺系统改造方案, 今年三月份利用停窑检修实施了系统改造, 包括生料磨及除尘系统入风管加粗改造和灰斗拉链机完善。改造完成后系统运转良好, 系统阻力下降, 无正压现象出现, 废气风机阀门开度70%足够, 再没有滤袋破损现象。

产生这个问题的主要原因是此生产线设计工艺管路按照2000t/d系统设计, 而设备按2500t/d系统配套。另外由于此生产线还未建设完成就实施了电改袋, 我们的设计没有关注工艺系统问题。因此, 我们必须重视分析技术改造对其服务系统的影响。

4 结语