摘要：随着“打赢蓝天保卫战”号角的强劲吹响，国家环保力度不断加大，沿海地区和京津冀地区纷纷发布出台了水泥窑超低排放标准。由于国家环保形势越来越严峻，最初设计的袋式除尘器已很难达到水泥窑的超低排放标准，所以有必要对现有不达标除尘器进行改造。本文结合工程改造实例，详细阐述某水泥厂窑尾袋式除尘器技术改造。
袋式除尘器是含尘气体通过滤布纤维网格，实现气体和固体颗粒分离的除尘装置。袋式除尘器按清灰方式分为：机械振动式、逆吹风式、PPC高压气箱脉冲式、低压脉冲式等，其中低压脉冲式袋除尘器在水泥行业应用更广泛。低压脉冲式袋除尘器的清灰机理是依靠瞬间往滤袋喷射高速气流，同时吸引周围5~7倍于喷射气量的诱导空气达到清灰的目的。其优点是：结构简单、运行稳定、清灰效率高、适应性强等。
河南荥阳某水泥厂窑尾除尘设备是2009年投入使用的低压脉冲式袋除尘器，改造前排放浓度是20~25 mg/Nm3，不能满足现行环保排放要求。本文以该厂窑尾袋式除尘器为例，针对其过滤风速高、运行阻力升高、排放不达标等问题，从袋除尘器结构及其他方面进行技术改造。
1 存在的问题及分析
经过技术人员在现场仔细勘察，发现除尘器设备壳体的人孔门和检修门处已腐蚀损坏，抽查发现部分滤袋有板结和糊袋现象，设备运行阻力过高，过滤风速高。
究其原因主要有：除尘器设备净气室部分箱体发生腐蚀，净气室检修门密封条老化断裂，检修门处多点漏风，导致净气室内气体温度降低，发生结露现象，粉尘颗粒就会黏附在潮湿的滤袋表面，越积越厚，从而形成板结和糊袋，致使滤袋的透气性能变差，过滤风速升高，净过滤风速达到1.06 m/min，设备运行阻力偏高，超过2 500 Pa，出口风机负荷大，易跳停。
2 改造方案对比
该厂原有袋除尘器型号：LJPA28147-2×10，是非紧凑型结构，采用气体分布板，清灰方式为离线清灰，顶部设有检修吊架，滤袋长度7 m，20个净气室分成两排，单个净气室平行布置两排脉冲阀（每排8个），单个脉冲阀喷吹14条滤袋。设计风量为950 000 m3/h，选用4 480条滤袋，规格是Φ160 mm×7 000 mm，过滤面积为15 760 m2，过滤风速为1 m/min。本次改造为了满足水泥企业粉尘排放浓度≤5 mg/Nm3、改造后的过滤风速为0.67 m/min的要求，需要的过滤面积为23 352 m2。
为了满足过滤面积和过滤风速的要求，共有3种方案可选：
方案1：替换为加长的滤袋。经核算，要将除尘器全部4 480条滤袋替换为Φ160 mm×10 000 mm滤袋，需要将壳体加高3 m。
方案2：增加滤袋数量，经核算，要增加1 926条Φ160 mm×7 000 mm滤袋，并在原除尘器进气端或出气端增加除尘单元。
方案3：调整除尘器的滤袋布置方式，适当加高壳体高度，滤袋长度统一增加到8 300 mm，并增加1 120条滤袋。
如果采用方案1，选用10 m超长滤袋，原除尘器袋室高度7 m，结构上难以保证10 m滤袋的使用；中材装备集团公司曾在国外某公司4 000 t/d水泥生产线电改袋改造项目中使用过9 m滤袋，而10 m滤袋还处于试验研究阶段，尚未投入到实际工程中，业主采用的可能性低。
如果采用方案2，需要新增4个袋室，考虑到除尘器的结构，只能新增在原除尘器的入口或出口，而除尘器的进口和出口均无空间布置新袋室。
如果采用方案3，袋室增加高度小，有相关实际应用案例，业主易于接受，设备钢耗低，资金投入少。
综上所述比较，方案3的可行性更大。
3 具体改造措施
为了合理优化结构和减少改造成本，我们决定保留原袋式除尘器的基础、输灰系统、灰斗和壳体、气路系统的气源处理元件、储气罐和差压系统，拆除原袋式除尘器壳体内部的气流均布系统，设计新的进气均布系统；袋室增高1 300 mm；每个袋室的滤袋数量由原来的224条增加到280条；采用Φ160 mm×8 300 mm的滤袋；将过滤风速降低到0.7 m/min左右。
3.1 壳体结构改造
3.1.1 袋室增高的改造
原袋式除尘器选用7 m滤袋，因此，袋室高度不能保证8.3 m滤袋的使用，需要加高1.3 m。同时，增高袋室的端板、侧板、除尘单元之间内隔板，并对原袋式除尘器壳体进行加固改造，在袋室上重新构造支撑平面，用于承载新增的净气室及滤袋、袋笼。
3.1.2 气流均布系统的改造
原袋式除尘器采用侧进气方式，并有从进气烟道侧壁到袋室向外纵向扩散的通道，有利于烟气气体的均匀扩散，同时避免烟气气体直接冲刷滤袋。原袋式除尘器的气流均布系统如图1所示。
进气口气体分布板把扩散室和袋室隔开，扩散室有横向区和纵向区，纵向扩散室又把一个袋室分成两部分，增加扩散空间，有利于气体均匀分布。烟气从进气口经过烟道，侧进气到袋室的纵、横向扩散室。气流均布系统下部设有挡风板和分散板，使含尘气体中较粗颗粒的粉尘受阻挡碰撞直接沉降到灰斗内部，其他含尘气体从孔板向上运动进入袋室上部，再从上部进入袋室，从滤袋中部靠下部位均匀、缓慢地向过滤袋区扩散，达到烟气均布的目的。
为了节约成本，缩短工期，有效利用原设备空间尽量布置足够多的滤袋，需要拆除原气流均布系统，布置新的气流均布系统（见图2），阻流板分为上阻流板和下阻流板（见图3）。改造后袋式除尘器的进气仍是侧进气方式，气流从进气阀进入，撞到上阻流板后向上流动进入袋室，有效缓解滤袋底部的冲刷，滤袋表面粉尘分布均匀；下阻流板阻挡气流灰斗进气。而灰斗进气的滤袋表面粉尘是呈自下而上逐渐减少的，底部附灰严重。
设计一个合理的分气箱是脉冲清灰系统设计的一个重要环节。根据实践经验，在脉冲喷吹后气包内压降不超过原来储存压力的30%，当脉冲阀配备大容量的气包时，脉冲喷吹效果更明显。改造后的分气箱选用的无缝钢管Φ337 mm×8 mm，比原分气箱选用的方管300 mm×300 mm×10 mm承受压力更好，方形管的缺点就是每次喷吹时壁板会发生位移，喷吹频率高时钢板会出现断裂。改造前后分气箱的截面如图4所示。
3.3 滤袋材质的选择
滤袋是袋式除尘器的关键部件，滤袋的性能好坏直接关系到除尘器的清灰效率。如何选用滤袋，首先要考虑滤料的特点，其次要考虑含尘气体和粉尘的性质，最后是除尘器的清灰方式。常用的滤料有涤纶针刺毡、Nomex、玻璃纤维、P84等。
3.3.1 涤纶针刺毡
涤纶滤料在常温状态（<130 ℃）下能连续工作，耐磨耐酸性能良好，一般不覆膜使用；当排放标准≤30 mg/Nm3或粉尘粒径小和湿度大时可以覆膜；涤纶滤料具有防水、防油和防静电，可以运行到易燃易爆的煤磨袋式除尘系统。缺点是不耐强碱，易水解。
3.3.2 Nomex
Nomex滤料的适应能力比较强，在温度135~204 ℃工况下性能良好，最高温度能达到220 ℃；耐磨性和抗折性能良好，善于收集粒径大粉尘；滤料的杨氏模数高，能承受较高的喷吹压力；但温度升高到170 ℃以上时，耐水解性降低；高温到370 ℃时滤料开始碳化分解。
3.3.3 玻璃纤维
玻璃纤维滤料的运行温度260 ℃，最高温度290 ℃；滤料不可燃，抗拉性好，耐酸碱性优，零吸湿性。缺点是抗折性耐磨性差，安装时容易破损，高压清灰能力差。当覆膜处理后，过滤性能比较优异。
3.3.4 P84
P84滤料的运行温度240 ℃，最高温度260 ℃；滤料不可燃，纤维结构是不均布、不规则的，有利于提高清灰效率，抗折性和抗氧化性好，可承受较高的过滤风速，适应场合广泛。缺点就是低温碱性环境下性能差，价格高。
窑尾烟气温度一般为180 ℃左右，粉尘粒径小、黏性大，含尘浓度高。当窑尾温度高于滤料工作温度范围，就会减少滤料的使用周期，甚至滤料会着火；粉尘的黏性会增加除尘器清灰难度，使除尘器系统阻力上升。经过上述条件综合比较，玻璃纤维覆膜是很好的选择。
3.4 净气室检修门密封改进
净气室检修门用U形硅橡胶密封条（见图5）代替原来的橡胶海绵条，U形硅橡胶密封条密封效果好，工作温度范围从-100 ℃至350 ℃，耐氧化，绝缘性好，耐油性好，改造后检修门气密性好，漏风率低。
4 改造效果
为了满足新的排放浓度标准，分别从壳体结构、喷吹系统、滤袋材质选择和清灰控制等方面对原来的窑尾袋式除尘器进行改造。改造前后的除尘器性能技术参数对比见表1。
此次改造是在不改变原有工艺流程的原则下，根据目前袋除尘器的实际运行情况进行的，施工工期短，投资少，仅用15 d圆满完成并顺利点火。改造后窑尾袋式除尘器运行了一年时间，设备系统运行阻力稳定在1 000 Pa左右，2019年6月，经当地环保部门监测，粉尘排放浓度为3.4 mg/Nm3，满足了合同要求，达到降低系统运行阻力和粉尘排放浓度的目标。
作者单位：河南中材环保有限公司
