协同处置城镇污泥水泥窑窑尾电改袋的设计与应用

韩德夫

1 前言

大连水泥集团5 000t/d水泥生产线原窑尾电收尘器已运行多年，电源电器老化，设备构件腐蚀失效，极板变形，系统漏风严重，各电场电压达不到理想状态，收尘效率逐渐下降，实际运行出口浓度已远超过国家排放标准GB 4915-2013《水泥厂大气污染物排放标准》规定的限值要求。同时，水泥厂依托现有5 000t/d新型干法水泥生产线协同处置大连市市政消化污泥，将含水率为70%的消化污泥直接泵入水泥窑焚烧系统进行焚烧处置，导致窑尾废气成分复杂，含有多种污染物。为保证排放达标，我公司针对原窑尾电收尘器运行情况、结构特点及窑尾废气性质，将原电收尘器改造为袋收尘器。

2 收尘器改造方案

收尘器改造方案的主体是在不改变原有工艺流程的原则下，将电收尘器改造为TDM型脉冲清灰袋收尘器，确保排放浓度＜20mg/m3（标）。电收尘器改造为袋收尘器后，过滤机理变化很大，在确定与实施改造方案前需充分了解生产系统的特点，以免影响改造效果。

2.1 改造方案的确定

为保证粉尘排放浓度和设备阻力的达标，过滤风速不宜选取过大，根据现场实际运行经验，满足排放浓度＜20mg/m3（标）时过滤风速应＜1m/min。为满足过滤风速要求，方案中对原电收尘器的6个电场进行了改造，采用8m滤袋（φ160mm，玻纤覆膜）。原电收尘器及改造后收尘器参数见表1。

表1 窑尾电改袋设计参数

2.2 壳体改造

为降低改造成本，缩短施工时间，利用原电收尘器基础并保留原电收尘器的部件（排灰系统、灰斗、进气口、出气口、收尘器壳体、立柱等）。在原电收尘器内部安装气流均布单元和喷吹箱、净气室等袋收尘器结构单元；在净气室顶部安装各室出风支管和排风总管，并与原收尘器出气管连接。

采用模块化安装。先在地面上预装净气室和喷吹单元，之后整体吊装，使其坐落于壳体顶部。模块化安装减少了起吊次数和高空作业施工焊接量。

2.3 气流均布装置

进气方式和气流分布直接影响袋式收尘器的运行阻力和滤袋的使用寿命。若气流分布不均，将导致个别室过滤速度超过设计要求值，使滤袋负荷加大，提前损坏，影响收尘效率。具体而言，气流分布应遵循以下基本原则：气流流动顺畅、平缓；各室流量均匀，局部阻力小；防范含尘气流对滤袋的直接冲刷。据此，本次电改袋设计采用了以下措施：

（1）保留了原电收尘器进气口，将第一电场作为沉降室并增设挡风板，阻挡和沉降大颗粒粉尘，避免气流对滤袋的冲刷，保护滤袋，降低含尘浓度。

（2）收尘器内部设置气流均布装置，气流在入口处经气流均布装置，平均分配到各个室中。

3 烟气的特点及滤袋的选择

3.1 烟气的特点

（1）废气温度高，窑尾收尘器入口废气温度为130～150℃，极端时最高温度可达到260℃。

（2）废气含尘浓度较高，达100g/m3（标）。

（3）粉尘粘性大，剥离性差，颗粒细，粉尘粒径＜10μm占90%以上。

（4）烟气中含有一定量的酸性气体和水蒸气。

3.2 滤袋的选择

针对大连水泥集团窑尾粉尘的特性，本次方案的滤袋选用了玻纤覆膜滤袋，具有以下优势：

（1）玻纤覆膜滤料耐高温，可在260℃的条件下长期使用，能满足极端工况温度要求，降低烧袋的发生概率，安全性高。

（2）过滤效率高。玻纤覆膜滤料主要是通过微孔PTFE薄膜进行表面过滤，几乎能截留含尘气流中的全部粉尘，具有极高的过滤效率。

（3）玻纤覆膜滤料表面光滑，摩擦系数低，清灰时的粉尘剥离性好，过滤阻力低。即使有潮湿粉尘粘结，在清灰外力的作用下，粉尘也容易脱落，保持过滤阻力平稳。因此，其适合处理颗粒细、粘性大、剥离性差的粉尘。

（4）玻璃纤维在260℃以下的环境下收缩率约为0，尺寸稳定性良好。正常工作时滤袋能较为紧密地贴附在袋笼上，清灰时滤袋与袋笼钢丝之间不会产生碰撞，从而可最大限度地减少摩擦，延长滤袋的使用寿命。

4 壳体腐蚀原因及处理

改造后的窑尾袋收尘器运转半年多后，经现场技术人员检查发现，窑尾袋收尘器的壳体内壁腐蚀严重（见图1）。

图1 壳体腐蚀照片

4.1 腐蚀成因分析

（1）大连水泥厂原料中掺杂城镇污水处理厂的消化污泥，其所用原料中的硫、氯离子含量较高，导致窑尾收尘器烟气中含有一定的HCl、SO2气体。同时污泥中含有大量的水，燃烧后窑尾烟气携带大量的水蒸气。

（2）烟气中的Cl离子含量对钢铁的腐蚀起着关键性作用，主要表现为Cl离子对材料表面氧化膜和钝化膜的破坏作用。Cl离子浓度越大，锈层中的β-FeOOH含量越高；新生成的β-FeOOH结构疏松多孔，为氧气的传输提供了通道，进一步加速了金属的腐蚀。此外，Cl离子与金属可以形成氯的络合物，氯离子吸附在金属表面或在薄的钝化膜上，形成强电场，加速金属离子的析出。

（3）烟气中部分SO2气体吸附在内部构件表面，SO2溶解于烟气中的水气，生成亚硫酸H2SO3，再经空气氧化，也可以生成硫酸H2SO4，这两种酸对铁都有腐蚀作用。

（4）烟气中的水蒸气改变了废气的露点温度（见图2）。窑尾粉尘中起腐蚀作用的主要是含碱金属的硫酸盐和氯化物，这两种组分遇水能生成具有侵蚀性的水溶液。在给定温度下，当气体的相对湿度大于上述盐类的饱和水溶液的相对湿度时，即使气体温度高于露点，废气中的水分也会在固态材料表面生成液膜，从而形成盐类的溶液。

图2 水分含量和露点温度的关系

（5）漏风、收尘器保温不好等原因也会加速收尘器的腐蚀。

4.2 改进措施

针对大连水泥集团窑尾烟气的特点，本次改造采取了以下防腐措施：

（1）对收尘器的净气室和壳体进行防腐处理。采用耐高温、耐腐蚀、耐磨损的玻璃鳞片漆对壳体内壁进行处理。

（2）降低系统的漏风率。室内换袋结构配以双层检修门，同时加强对收尘器本身和收尘系统中其他设备和管道的密封，将漏风量降到最低。

（3）加强对收尘器的保温，保证施工质量。

5 改造效果

目前，大连水泥集团改造后的窑尾袋收尘器运行稳定，各项指标均符合合同要求，考核结果优于原定的考核目标，具有低阻力、低排放、低能耗等优点，有效验证了改造方案的可靠性和优越性。