1 窑头电收尘设备概况及环保形势
根据GB 4915—2013《水泥工业大气污染物排放标准》要求，现有水泥窑及窑尾余热利用系统从2015年7月1日起，颗粒物排放浓度≤30 mg/Nm3，重点地区颗粒物排放浓度≤20 mg/Nm3。按照京津冀联防联治大气污染治理方案已经将郑州列入大气污染重点区域，郑州市环保局要求我公司执行GB 4915—2013标准的重点地区规定的限值20 mg/Nm3。我公司生产线窑头采用双室八电场静电收尘器，型号为2*32/15/4*7/0.45，采用8台工频电源，收尘器出口颗粒物排放设计限值为50 mg/Nm3，实际排放浓度为50 mg/Nm3以上，未达到环保要求，必须进行升级改造。
2 水泥行业窑头电收尘器改造方案比较和实际运行情况调查
目前关于窑头电收尘器改造方案主要有电改袋、电袋复合和电改电3种模式，3种改造模式各有以下优缺点。
2.1 电改袋或者电袋复合模式
电袋复合收尘器特点：（1）能捕集高比电阻粉尘，除尘效率具有高效性和稳定性；（2）运行阻力比常规布袋除尘器低，风机能耗小，前级电除尘区的收尘效率可达到80%~90%；（3）滤袋粉尘量少、清灰周期长、气源能耗小；（4）烟尘中的粗颗粒经前级电场收集后避免了对滤袋的磨损，有效地延长了滤袋的使用寿命；（5）电袋复合除尘器过滤风速高，运行阻力低，清灰周期长，可较大幅度降低布袋系统配置和空气消耗量，从而降低运行费用；（6）袋收尘器基本上运行3~4年才更换一次滤袋，运转过程中出现滤袋破损可以在线处理，因此，始终能保持粉尘出口浓度满足国家环保要求。
这种模式的改造方案相对来说技术比较成熟且应用广泛，日常运行稳定，维护保养和在线更换滤袋可不停机进行，出口粉尘能满足国家环保规定小于20 mg/Nm3，但改造费用较高且改造周期较长（改造费用在800~1 000万元左右，改造周期在20 d左右）。经了解相关改造厂家和天瑞集团内部企业均采用该改造方案，改造后颗粒物排放浓度低于20 mg/Nm3；海螺公司目前所有万吨线上窑头收尘器均采用袋收尘器或电改袋方案。
2.2 电改电方案
该方案是将现有的电收尘器高压工频电源更换为临界脉冲电源，该改造方案优点是：改造费用较低（改造费用为600万元左右），改造周期短，可在窑正常运行时进行。缺点是：电收尘器一旦受到高温气体冲刷，容易造成极丝极板严重变形，从而导致电场无法正常使用和造成出口粉尘浓度高，现场处理必须停机才能进行；改造后的电收尘器高频脉冲电源后期也存在维护和更换等相关费用；电收尘器基本上需每年定期对极丝、极板和振打装置进行检修维护和局部更换。
但是，由于该方案在水泥企业应用时间短（2年左右）且未进行大面积推广，其改造后可靠性有待进一步观察，能否持续稳定达到20 mg/Nm3以下需要进一步验证，虽然已应用在枣庄中联水泥、中材湘潭水泥、临朐山水水泥、长兴南方水泥等企业，但改造效果和稳定性有待观察，且排放浓度提升空间还需进一步论证。其中国内某知名水泥公司5 000 t/d熟料线上窑头电收尘器采用电改电改造方案，改造后出现过高频脉冲电源稳定性差等不成功案例。
我公司距离郑州仅35 km，郑州已被列入大气污染防治重点区域，我公司污染物排放须执行重点地区规定的限值，即颗粒物排放不大于20 mg/Nm3，标准要求比较高。结合实际情况，以及对窑头电收尘器改造几种方案的综合比较，公司决定采取电改电袋复合收尘器的改造方案，于2017年6月开始实施方案。
3 具体实施方案
3.1 基本改造内容
原电收尘器共有8个电场，保留原有进风口处1#和5#电场极板及配套的变压器、控制系统、振打清灰系统，拆除原有的2#、3#、4#、6#、7#、8#电场的极板及配套的变压器、控制系统、振打清灰系统设备后，更换为有12个净气室的布袋收尘器系统，同时为保证滤袋在运行时的安全，在主进风管道上安装冷风阀1个，篦冷机顶部安装喷淋系统1套，并增加储气罐1个。窑头风机系统、灰斗卸灰装置保持不变。窑头收尘器改造前后平面布置见图1。
3.2 改造后窑头收尘器主要配置情况及相关参数
3.2.1 保留1#、5#电场区域
高压硅整流变压器及控制柜保留2套，放电极振打装置保留4套，沉淀极振打装置保留2套，前端分布板振打装置保留2套。
3.2.2 新增滤袋区域
（1）收尘室共计12个，前4室花板孔数为442个，后8室花板孔数为520个。
（2）每个收尘室平均脉冲阀数为19个，共计228个脉冲阀，规格为3.5"淹没式，压缩空气压力0.2~0.35 MPa。
（3）滤袋规格为Φ160 mm×8 000 mm，材质为Nomex+超细纤维（劳伦滤袋），共计5 728条，单条滤袋袋重2 360 g。
（4）袋笼5 728个，材质Q235，表面进行有机硅喷塑处理，类型为两节，竖筋数量16根。
（5）其他：提升阀共24件，每个袋室2件；气缸24件；电磁换向阀压力：0.15~0.8 MPa，气包共12个，每个收尘室1个。
3.2.3 冷风阀
安装在收尘器主进气管道上，规格Φ1 800 mm电动蝶阀（含执行器）MA+Rs250/F60ZT，1台。
3.2.4 篦冷机增湿喷水系统
（1）3 m3稳压气体储罐，设计压力0.88 MPa，试验压力1.1 MPa，最高允许工作压力0.8 MPa，设计温度150 ℃，容器净重508 kg，主体材质Q345R。
（2）现场拼装40 m3水箱1个。
（3）轻型立式多级离心泵2台，型号CDL65-40-1FSWPC，流量65 m3/h，扬程73 m，功率22 kW，258 kg，效率72.3%，转速2 900 r/min。
（4）喷枪18支，型号SEDF03-20，工作压力0.4~0.55 MPa，压缩空气要求0.6 MPa。
改造前后窑头电袋复合收尘器主要设备技术性能参数对比见表1。
4 施工过程及改造效果
4.1 施工的主要节点过程
（1）采用75 t吊车，利用辅杆进行拆除作业，逐个极板进行拆除，见图2。
（2）拆除完极板和横梁后，保留内部支撑和1#、5#电场。
（3）安装新主梁后，焊接花板支撑，并铺设花板，见图3。
（4）花板安装完成，并对花板焊缝进行检查后，开始安装净气室侧板及净气室上盖。
（5）出风口增加竖向烟道，见图4。
（6）安装上部水平出风烟道，成阶梯状布置，见图5。
（7）净气室花板进行检查校正后，杂物清理干净，安装滤袋和袋笼，见图6。
（8）顶部安装喷淋装置，喷枪共14件，见图7。
（9）为保证气缸、电磁阀等设备的正常工作，并延长使用寿命，顶部增加了防雨设施，见图8。
4.2 改造前后运行参数对比
改造完成后窑头电袋复合收尘器投入使用一年多时间，运行良好。窑头烟尘排放浓度在线监测平均数值为12.2 mg/Nm3，达到了合同中要求的≤15 mg/Nm3排放浓度，并满足郑州地区要求的≤20 mg/Nm3的排放浓度值。窑头电袋复合收尘器排放浓度监测参数见表2。
表2 窑头电袋复合收尘器排放浓度监测参数注：改造后排放浓度数据是依据我公司在线窑头粉尘检测设备所检测的数据（检测设备为郑州环保局认定企业提供）。检测日期为窑头收尘器投入运行1个月及2017年7月份平均数据。
5 窑头收尘器改造时注意事项
（1）花板孔上如果加工粗糙，表面留有加工毛刺未清理干净，安装时易刮伤滤袋，安装前必须用粗砂布和锉刀进行打磨消除隐患。
（2）滤袋安装时本身的缝口应在背风面。安装袋笼时要轻放，不能让袋笼做自由落体到位，会对滤袋造成冲击导致滤袋脱落，袋笼安装完成后，必须安排人员对所有滤袋进行检查确保无滤袋脱落。
（3）因部分花板预留有未开的滤袋孔位置，且预留未开孔位置在喷吹管的第一个和第二个喷口处（从脉冲阀气包侧开始数），见图9。当进行喷吹时压缩气体喷到花板上的反作用力导致喷吹弯管脱落，遂对喷吹弯管与密封板孔座进行了满焊处理，见图10，未再出现弯管脱落情况，建议花板有预留孔位置时对喷吹管上的喷口进行堵塞处理或花板调整安装位置。
（4）与原有壳体焊接时，焊缝一定要焊接密实，且外部防雨彩钢瓦要做好排雨设施，防积水，以免雨水渗进收尘器内部。
6 效益分析
窑头收尘器原有8个电场运行，单台变压器功率为143.64 kW，8台为1 149.12 kW；改造后只剩2个电场投入运行，功率为287.28 kW，减少了861.84 kW功率的消耗，以及附属的6个阳极振打装置（总功率为1.08 kW）和12个阴极振打装置（总功率为2.16 kW）全部拆除不用，共节省865.08 kW，一天可节电20 761.92 kWh。
经统计，2013年~2015年3年的备件和在线维修费用为78.274万元，平均每年的维修费用在26.09万元；而改造后除保留的电场外，袋收尘器3年内的维护费用非常低，自投入运行一年多以来，仅更换了3个电磁阀、3个脉冲阀膜片和3个气包上的压力表，每次停机检查滤袋未见有破损情况。
最重要的是改造后窑头收尘器排放浓度达到了环保部门要求，确保了我公司生产线的长期稳定运行。
作者单位：天瑞集团郑州水泥有限公司
原标题：技术丨窑头电收尘器改造方案的论证与实践
