1　改造背景

某水泥公司建有兩條5?000 t/d水泥生產(chǎn)線，窯尾配置高溫長(zhǎng)袋脈沖式除塵器，分別在2012年4月、5月投入生產(chǎn)運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，根據(jù)業(yè)主的反映，并通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，除塵器存在以下問題：

（1）窯尾除塵器系統(tǒng)阻力高，最大約1?800 Pa，提升改造后阻力仍然較高，高阻力增加了系統(tǒng)的能耗，同時(shí)制約了生產(chǎn)線的產(chǎn)量。

（2）濾袋破損導(dǎo)致設(shè)備的排放超標(biāo)，無(wú)法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）除塵器的檢修門、上箱體等腐蝕嚴(yán)重，雖多次防腐處理，但效果不理想。

綜上，對(duì)窯尾袋除塵器進(jìn)行改造勢(shì)在必行。

2　改造方案

2.1　改造方案比選

依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，以實(shí)現(xiàn)投資少、阻力小、排放濃度低等為目的，針對(duì)窯尾袋除塵器的改造思路有兩種方案。

1）方案一

保留除塵器進(jìn)風(fēng)口及非標(biāo)管道，利用原有袋除塵器殼體進(jìn)行改造，增加濾袋過濾面積。同時(shí)在除塵器內(nèi)部增加慣性除塵裝置，采用新型的walk-in結(jié)構(gòu)，能減少因設(shè)備漏風(fēng)導(dǎo)致的結(jié)露；另一方面，通過前期捕捉降低粉塵的濃度從而減少除塵器的負(fù)荷，根本上降低設(shè)備的粉塵排放。另外，設(shè)備改造后，除塵器的阻力會(huì)下降400~500 Pa，可以降低風(fēng)機(jī)的能耗。改造前后脈沖閥數(shù)量相同，壓縮空氣的耗量基本不變。

（1）保留原有袋除塵器的立柱、灰斗及相應(yīng)的輸灰系統(tǒng)等部件，拆除原頂部?jī)魵馐摇⑻嵘y箱及提升閥和雨棚等部件。

（2）增加一定的殼體高度，安裝新設(shè)計(jì)的噴吹單元、凈氣室的箱體、出風(fēng)管道、閥門、樓梯欄桿等。濾袋規(guī)格由160×6?000更換為160×7?000，增加過濾面積。

（3）為了降低濾袋破損，在灰斗進(jìn)風(fēng)處增加導(dǎo)流裝置。

（4）保留原有袋除塵器的下殼體，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的立柱及兩側(cè)壓型板進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)。

方案一的優(yōu)點(diǎn)：（1）降低系統(tǒng)漏風(fēng)率，減少濾袋“糊袋”現(xiàn)象；（2）粉塵排放值≤10 mg/Nm3，爭(zhēng)取≤5 mg/Nm3；（3）結(jié)構(gòu)流場(chǎng)更加流暢，進(jìn)出口阻力降低較大，所需能耗降低明顯；（4）氣流均布裝置使設(shè)備內(nèi)部流場(chǎng)更均勻；（5）改造后新增的除塵器與保留的原除塵器的整體載荷經(jīng)校驗(yàn)小于原土建基礎(chǔ)設(shè)計(jì)載荷，整體設(shè)計(jì)安全可靠，因此不需要額外進(jìn)行土建施工。缺點(diǎn)：（1）投資相對(duì)稍大，設(shè)備新增部分總重約250 t（包括對(duì)內(nèi)部腐蝕部分進(jìn)行局部加固）；（2）拆除工作量較大，安裝工作量也大。

2）方案二

最大程度利用原有設(shè)備部件，保持現(xiàn)有的設(shè)備不動(dòng)，將出氣口法蘭及其側(cè)端板拆除，并增加新的一跨距設(shè)備，需從地面安裝新的鋼立柱、灰斗、底梁、殼體及凈氣室等部件，連接原有的非標(biāo)管道及輸灰系統(tǒng)（用下料器和閘板閥鎖風(fēng)），與原設(shè)備保持一致的walk-on結(jié)構(gòu)，同時(shí)需要對(duì)原除塵器的漏風(fēng)部位進(jìn)行修補(bǔ)。

方案二的優(yōu)點(diǎn)：（1）投資相對(duì)稍小，設(shè)備新增部分總重約160 t（包括對(duì)內(nèi)部腐蝕部分進(jìn)行局部加固）；（2）拆除及安裝工作量小；（3）進(jìn)出口阻力有明顯降低，達(dá)到要求；（4）粉塵排放值有明顯降低，達(dá)到要求。缺點(diǎn)：（1）因設(shè)備進(jìn)行的局部改造，粉塵排放值及阻力等設(shè)備性能易受原設(shè)備影響；（2）局部改造后原設(shè)備的漏風(fēng)率無(wú)法保證，系統(tǒng)阻力值降低較小；（3）涉及部分土建，施工相對(duì)煩瑣。

上述兩種方案均有優(yōu)缺點(diǎn)，但在粉塵排放和阻力降低兩個(gè)方面改善都是很明顯的，方案一投資略大但改造后效果明顯，各項(xiàng)性能有保證；方案二改造的部分性能有保證，因關(guān)聯(lián)原設(shè)備，有不確定因素，且原設(shè)備部分部件腐蝕嚴(yán)重，運(yùn)行的安全性和可靠性不如方案一。綜合考慮比較，采用方案一改造。原袋除塵器及改造后除塵器參數(shù)見表1。

表1　窯尾袋除塵器改造設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2　殼體改造

對(duì)原袋除塵器拆除時(shí)發(fā)現(xiàn)原除塵器殼體立柱及其附近的殼體板腐蝕嚴(yán)重（見圖1）。為保證設(shè)備的安全使用，對(duì)腐蝕的殼體板進(jìn)行貼板加強(qiáng)處理，同時(shí)對(duì)腐蝕變形的原殼體立柱進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。但是如果在殼體內(nèi)部對(duì)腐蝕處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，新增加的立柱距離布置的濾袋太近，增加了濾袋破損的風(fēng)險(xiǎn)，而且除塵器內(nèi)部施工作業(yè)難度大，勢(shì)必會(huì)影響項(xiàng)目的工期。綜合考慮各方面因素決定采用在殼體外部進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的方案，將原殼體立柱附近處的保溫拆除，在原來立柱處增加型材，與原殼體立柱組成組合截面提高其設(shè)計(jì)強(qiáng)度。同時(shí)對(duì)與立柱連接處腐蝕嚴(yán)重的殼體板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。在外部進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)可以在點(diǎn)火以后除塵器整體保溫時(shí)進(jìn)行，可以縮短施工周期。

圖1　原收塵器殼體腐蝕

設(shè)備采用walk-in結(jié)構(gòu)（上箱體內(nèi)換袋），在每個(gè)上箱體的上外側(cè)板上開設(shè)一個(gè)方形的雙層密封檢修門，避免了原頂部換袋結(jié)構(gòu)漏風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)，在檢查除塵器本體和收塵系統(tǒng)時(shí)將漏風(fēng)量降到最低。

改造項(xiàng)目采用模塊化安裝，吊裝前提前對(duì)上箱體和噴吹箱進(jìn)行預(yù)組裝，再將其整體吊裝到原設(shè)備殼體上，大大減少了吊車的起吊次數(shù)和工人高空作業(yè)施工焊接工作量，節(jié)約了安裝成本和安裝工期。

2.3　濾袋的比選

該廠窯尾煙氣溫度高，除塵器入口廢氣溫度為130~180 ℃，最高溫度可達(dá)到260 ℃，煙氣含塵濃度較高，在100 g/Nm3，且煙氣成分復(fù)雜，含有S、Cl、NH3等腐蝕性成分。因此濾料既要適應(yīng)粉塵高效收集，也要能適應(yīng)高溫環(huán)境，故選用了玻纖覆膜材質(zhì)的濾袋，其具有以下特點(diǎn)：

（1）耐高溫，可在最高260 ℃的工況條件下長(zhǎng)期使用，且尺寸穩(wěn)定性良好。袋籠在受熱時(shí)會(huì)膨脹，減少濾袋與袋籠鋼絲之間的摩擦，起到保護(hù)濾袋的作用。

（2）過濾效率高。覆膜濾料主要是通過微孔聚四氟乙烯薄膜進(jìn)行表面過濾。微米級(jí)的孔徑，具有極高的過濾效率。

（3）耐腐蝕性好。玻纖覆膜材質(zhì)是在經(jīng)過特殊表面處理的玻璃纖維基布上復(fù)合膨化微孔聚四氟乙烯薄膜制成的，其表面覆膜光滑，憎水透氣，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有較高的耐腐蝕性。

（4）由于表面膜聚四氟乙烯自潔、憎水的特性，覆膜濾料易清灰，同時(shí)濾料為表面過濾粉塵不會(huì)深入濾料內(nèi)部。

（5）設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)前濾袋需要噴涂預(yù)涂層.以免點(diǎn)火時(shí)的冷凝水使濾袋表面產(chǎn)生冷凝糊袋現(xiàn)象。

2.4　進(jìn)風(fēng)口管道改造

目前設(shè)備采用灰斗從下部進(jìn)風(fēng)的模式，粉塵從除塵器進(jìn)風(fēng)管向兩側(cè)袋室分風(fēng)，考慮到進(jìn)口會(huì)出現(xiàn)積灰的問題，每個(gè)袋室進(jìn)口的風(fēng)管與灰斗的夾角均在50°以上，而進(jìn)口風(fēng)速在10 m/s左右甚至更高，如此大的風(fēng)速沿著進(jìn)風(fēng)管直接沖進(jìn)袋室，在灰斗內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“紊流”面，風(fēng)的走向也會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種情況下就會(huì)出現(xiàn)灰斗內(nèi)部及袋室的“二次揚(yáng)塵”，同時(shí)局部濾袋也會(huì)出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，造成粉塵無(wú)法正常沉降，使得設(shè)備的阻力偏高，局部沖刷濾袋由于長(zhǎng)時(shí)間的負(fù)荷不均勻，就會(huì)出現(xiàn)濾袋“發(fā)毛”，最后出現(xiàn)破損。

通過CFD流場(chǎng)分析，同時(shí)結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，拆除了原灰斗進(jìn)風(fēng)閥，并在灰斗進(jìn)風(fēng)口及風(fēng)道內(nèi)增加合理的氣流均布裝置，改善了灰斗內(nèi)氣流分布（見圖2）。圖2中灰斗入口的截面速度達(dá)到了10 m/s，而經(jīng)過灰斗進(jìn)風(fēng)口處新增的導(dǎo)流裝置后，速度明顯下降到5 m/s左右。同時(shí)可以看出通過導(dǎo)流裝置后氣流分布得到改善，整體比較均勻地進(jìn)入袋室內(nèi)部，對(duì)袋室內(nèi)的濾袋起到了保護(hù)作用。

圖2　灰斗內(nèi)氣流速度流線分布

3　效果

改造后除塵器已在穩(wěn)產(chǎn)運(yùn)行中，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。從圖3、圖4數(shù)據(jù)可以看出改造后除塵器的運(yùn)行阻力大概在700~800 Pa左右，粉塵排放濃度大概在8 mg/Nm3，效果優(yōu)于原定的考核目標(biāo)。表1的改造數(shù)據(jù)對(duì)比也有效驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可靠性和優(yōu)越性。本項(xiàng)目的成功運(yùn)行，給之前投產(chǎn)的袋除塵器提供了技改方案，用最低成本完成二次改造，適應(yīng)越來越嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法規(guī)。

圖3　改造后除塵器阻力

圖4　改造后除塵器出口排放濃度