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除尘设备改造中椭圆滤袋的应用

某钢铁厂的180m2烧结机机尾除尘装置为静电除尘装置,自2007年投产至2013年已使用6年,设计共三电场,处理烟气量为32.8万m3/h,出口粉尘排放浓度设计值为80mg/Nm3。随着设备的增产及环保要求的提高,现有的静电除尘装置已无法满足日趋严格的排放标准。因此,该钢铁厂决定对180m2烧结机机尾静电除尘器进行改造升级,采用布袋除尘器作为机尾除尘装置,以降低粉尘排放浓度,满足最新的排放标准。





1 除尘方案的确定

1.1 低压脉冲旋转喷吹布袋除尘器概况

      该公司采用德国鲁奇公司开发的低压脉冲旋转喷吹布袋除尘器,椭圆滤袋、袋笼,其特点是:截面为椭圆形;滤袋布置间距小,同圆心,沿圆周由内向外径向逐层辐射,错开布置;对比逐行喷吹布袋除尘器,在相同的滤袋布置区域内,能布置更多的滤袋,增加除尘设备的过滤面积,进而降低除尘设备的占地面积、减少钢材耗量、降低设备成本,减少投资。

1.2 布袋除尘器清灰方式的确定

该次改造采用“电改袋”方案,保留原来静电除尘装置壳体、灰斗、进口喇叭、出口喇叭、阴阳极承重梁、部分楼梯平台和顶部雨蓬等部件;拆除阳极板、阴极线和高压电源等部件。考虑利用原阴、阳极承重梁,采用清灰方式为逐行喷吹的布袋除尘器较清灰方式为旋转喷吹的布袋除尘器,更易于除尘设备后续的结构设计。

1.3 滤袋的确定

       原静电除尘器为单室三电场结构,烟气流向方向(纵向),单电场柱距为4290mm,三电场柱距总长12,870mm;垂直烟气流向方向(横向),柱距为9950mm。根据技术协议,要求设备处理烟气量为40万m3/h,过滤风速小于0.8m/min。若采用圆形滤袋φ160(mm)×8000(mm),袋与袋之间横向及纵向距离皆按230mm布置,扣除中间汇风烟道1600mm宽,每个电场最多能布置612个滤袋,三个电场共计1836个滤袋,总过滤面积为7380m2,无法满足技术协议的要求,且该布置方式未考虑原静电除尘器阴、阳极承重梁所占用的投影面积。采用椭圆滤袋,规格为φ127(mm)×8000(mm),每个电场可以布置下884个滤袋,三个电场共计2652个滤袋,总过滤面积为8460m2,过滤风速为0.79m/min,满足技术协议要求。

1.4 最终方案的确定

      鉴于椭圆滤袋布置紧凑的特点,最终决定采用椭圆滤袋应用于逐行喷吹布袋除尘器的除尘方案。该方案能在有限的空间,布置更多滤袋,提高过滤面积,降低过滤风速,在保证除尘性能的同时也能满足日益严格的排放标准。

2布袋除尘器的选型

2.1 滤料及袋笼的选型

      烧结机机尾烟气特性:入口烟温正常130℃,最高200℃;入口粉尘浓度<5g/Nm3;水分含量<8%;氧含量8%~12%;SO2<500mg/Nm3。综合考虑烟气特性、烟尘排放浓度(<30mg/Nm3)和滤袋使用寿命(3年)等因素,最终确定滤袋选用PPS+PTFE针刺毡滤料,即织布选用PPS纤维加PTFE浸渍处理,基布选用PTFE,滤料标重550g/m2;袋口采用弹性胀圈及袋尾采用双层滤料设计。袋笼选用φ120(mm)×7950(mm)规格,椭圆袋笼,碳钢材质。采用特制的多节自锁式袋笼,便于安装和维护;头部采用文氏管设计,以便保护滤袋及提高清灰性能;袋笼采用静电喷涂防腐工艺,在表面喷涂有机硅高温涂料,以延长袋笼的使用寿命。

2.2 布袋除尘器设计参数

针对该钢铁厂烧结厂烟气特性及排放要求,最终确定采用以下设计参数(见下表)。


2.3 花板选型

     采用椭圆截面花板孔,纵横方向行列矩阵布置方式,扣除阴、阳极承重梁及预留中间气道的占用面积后,将2652个椭圆滤袋平均分配布置在电除尘原阴、阳极区域。

2.4 提升阀系统选型

    受原有静电除尘器横向方向长度不足的限制,以及考虑扣除花板布置所占用面积后,采用传统阀板为圆形的提升阀系统,无法满足工艺设计的要求,因此,该电改袋项目采用阀板为椭圆形的提升阀系统,阀板和阀体的材料均为Q235A碳钢。提升阀密封材料为耐高温硅橡胶,可以满足烟气工况200℃下长期使用。

2.5 清灰系统的选型设计

      德国鲁奇公司的低压脉冲旋转喷吹布袋除尘器其特点是:滤袋布置结构紧凑;清灰系统配备大口径脉冲阀;喷吹压力低,为0.09MPa左右;脉冲阀单次耗气量大;喷吹管不停旋转、进行周期性的脉冲喷吹;每个脉冲阀对应1个气室的滤袋清灰。清灰系统选型的好坏,直接影响布袋除尘器系统的运行性能,因此,该电改袋项目清灰系统的选型设计至关重要。鉴于鲁奇型布袋除尘器的特点及该“电改袋”项目采用的是椭圆滤袋及袋笼为逐行喷吹布袋除尘器的核心过滤组件,清灰系统也相应采用独特的设计方式。

喷吹管的选型设计

      椭圆滤袋用于逐行喷吹布袋除尘器,国内尚无先例,而喷吹管的设计为清灰系统设计的核心。为确保投运后的设备运行稳定、排放达标,结合低压脉冲旋转喷吹布袋除尘器清灰系统的技术特点,设计出不同形状、不同规格的喷吹管,通过试验并结合CFD仿真模拟,对喷吹管清灰效果进行验证,最终确定该“电改袋”项目的喷吹管采用椭圆形喷嘴的结构形式。

气包的选型设计

        选用高原3”脉冲阀,其布置的最小极限中心间距为220mm,而椭圆滤袋横向和纵向中心间距均小于200mm。因此,脉冲阀在气包上采用上下交错布置的方式,解决了脉冲阀布置最小极限中心间距不足的难题。

2.6 净气室和汇风烟道设计

       经过处理的烟气通过净气室,穿过提升阀,汇合至汇风烟道,最终排至烟囱。净气室设计的最大净空间距为800mm,最小净间距为600mm,利于清灰系统及滤袋、袋笼的安装。汇风烟道设计采用内置式,位于除尘器内部,花板以下位置。汇风烟道悬吊在原除尘器阴、阳极承重梁底板上,将汇合后的净烟气汇合至出口喇叭。

2.7 控制系统

         布袋除尘器控制系统采用PLC控制,型号为GE公司的PACSystem TX3i系列,输出模块选用C695MDL940,所有I/O点和接线端子保证20%的富余量(含接线)。软件为ME5.9,通信方式为以太网方式。采用定时/定压、在线/离线清灰方式,实现自动控制。上位机采用diggcom工控机,配置为Intel Core2DuoE4500、内存4G、硬盘320G、21寸液晶显示器,其余标配。现场操作箱采用防雨型不锈钢双层门,开关、继电器、转换开关等元器件选用施耐德产品。

3.使用效果

       该系统于2013年7月竣工并投入运行,2013年10月,该厂组织环保验收,烟尘测试折算浓度平均为23.56mg/Nm3,阻力<1000Pa,达到了设计要求。设备投运至今,该厂的布袋除尘器系统运行正常,排放达标。随着国内环保排放标准日趋严格,烧结机机尾粉尘治理排放将低于20mg/Nm3,届时只需选择更换为超细纤维的滤袋,即可满足日趋严格的排放标准。

      椭圆滤袋在逐行喷吹布袋除尘器上的应用,大大提高了除尘设施的空间利用率,减少了除尘设施占地面积。该项目技术是除尘技术领域的一种创新,不仅适用于新建项目的布袋除尘器、电袋复合除尘器等除尘设施建设,对于旧除尘器的电改袋项目,较采用圆形滤袋的布袋除尘器相比,更具有技术优势和经济优势。改造后的布袋运行阻力平均在600Pa左右,对后续的引风机运行未产生明显影响。

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