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“高溫電除塵器+SCR脫硝”一體化技術(shù)之除塵器的設計與安裝
發(fā)布日期：2022-05-13 08:59:22瀏覽量：765

在“高溫電除塵器+SCR脫硝”一體化技術(shù)中，SCR反應器設置在窯尾預熱器C1和余熱鍋爐之 間，預熱器的廢氣溫度大約為280～350 ℃，廢氣經(jīng)由高溫預除塵后由反應器上部導入，與噴氨格柵噴入的還原劑均勻混合，借助反應塔器內(nèi)催化劑的催化作用，將NOx轉(zhuǎn)化為氮氣和水，完成NOx的脫除。該技術(shù)對高溫電除塵器運行工況及效率要求與窯頭窯尾除塵器有很大不同，煙氣溫度高、粉塵顆粒細、比電阻高，還不能增濕調(diào)質(zhì)。盡管如此，只要對除塵器選型合理、設計科學、制作精良、安裝精細，可大幅度提高催化劑的 機械及化學壽命，增大催化劑選型空速，顯著降低催化劑體積，降低水泥企業(yè)的投資成本。隨著氮氧化物深度治理工作的持續(xù)鋪開，“高溫電除塵器+SCR脫硝”一體化技術(shù)將在水泥行業(yè)超低排放中得到廣泛應用。


0.引言

國內(nèi)首臺水泥“高溫電除塵器+SCR脫硝”項目（河南登封宏昌水泥項目）于2018年9月20日順利投運，2018年10月14日，河南省登封市宏昌水泥有限公司SCR脫硝項目通過專家組核查。專家組認為：該項目的成功實施表明水泥行業(yè)煙氣污染物深 度減排整體技術(shù)切實可行，將對我國水泥行業(yè)大氣污染治理產(chǎn)生示范作用，有利于快速推進我國水泥行業(yè)污染物深度減排工作。武安新峰水泥有限公司NOx深度減排項目也選用了“高溫電除塵器+SCR 脫硝”技術(shù)，是西安西礦環(huán)?？萍加邢薰靖邷刂袎m脫硝技術(shù)市場推廣的又一個工程實例，分別用 于一條2 500 t/d生產(chǎn)線和兩條5 000 t/d生產(chǎn)線。高溫電除塵器的穩(wěn)定運行，使其排放的廢氣的粉塵濃度達到了SCR系統(tǒng)高效低成本運行的 要求。本文對武安新峰項目“高溫電除塵器+SCR 脫硝”技術(shù)之高溫電除塵器的設計與應用進行介紹。
1   項目概況及工藝系統(tǒng)
武安新峰水泥有限公司有一條2500 t/d、兩條5 000 t/d預分解窯水泥生產(chǎn)線，實施NOx超低排放，選用“高溫電除塵器+SCR脫硝”技術(shù)，由西安西礦環(huán)保科技有限公司對三條生產(chǎn)線NOx超低排放改造提供核心設備。圖1 標識了“高溫電除塵器+SCR脫硝”技術(shù)在燒成系統(tǒng)的工藝位置：SCR反應器設置在窯尾預熱器C1和余熱鍋爐之間，預熱器的廢氣溫度大約為280~350 ℃，廢氣經(jīng)由高溫預除塵后由反應器上部導入，與噴氨格柵噴入的還原劑均勻混合，借助反應塔器內(nèi)催化劑的催化作用，將NOx轉(zhuǎn)化為氮氣 和水，完成NOx的脫除。
圖1水泥脫硝工藝系統(tǒng)
2  高溫電除塵器的設計
電除塵器具有除塵效率高、設備阻力低、運行維護簡單等優(yōu)點，長期以來一直是水泥行業(yè)的主要 除塵設備之一。標準JB/T5910-2013要求進入電除塵 器的煙氣溫度不大于400 ℃，并將適用于250~400 ℃ 煙氣的電除塵器稱為高溫型電除塵器。水泥廠燒成 系統(tǒng)SCR脫硝系統(tǒng)配置的電除塵器運行在煙氣溫度 300 ℃左右的環(huán)境中，屬于高溫型電除塵器。高溫型電除塵器在高溫廢氣進入SCR脫硝系統(tǒng)前對廢氣進行預除塵，下文稱之為脫硝前置電除塵器，它的運行工況及效率要求與窯頭窯尾除塵器有很大不同，煙氣溫度高、粉塵顆粒細、比電阻高，還不能增濕調(diào)質(zhì)，故與其它的電除塵器相比在設計上有著獨特的技術(shù)要求。
2.1  技術(shù)指標
常規(guī)電除塵器，入口粉塵濃度20～100 g/m3， 出口排放粉塵濃度≤30 mg/m3，效率需達到99.97% 以上，需要選取4~5個電場；脫硝前置電除塵器， 入口粉塵濃度80～100 g/m3，出口排放粉塵濃度 20～40 g/m3，除塵效率達到50%～80%即可。利用 電除塵效率按指數(shù)變化的規(guī)律，根據(jù)電除塵器的效 率曲線（圖2）可以選取1~2個電場。
圖2 電除塵器效率曲線
2.2   CFD流體仿真技術(shù)的應用
 進入電除塵器的煙氣在電場斷面上分布的均勻 性直接影響電除塵器的效率，而且速度分布越不均勻，對電除塵器效率的影響越大。脫硝前置電除塵器僅有1～2個電場，含塵煙氣在電場內(nèi)停留時間 4～12 s，氣流均布尤其重要。利用CFD流體仿真技術(shù)，可以較為準確地模擬氣體在除塵器內(nèi)部的流 向，輔助設計導流引流裝置，引導氣體在電場內(nèi)均勻流動從而提高除塵效率（圖3）
 圖3武安項目CFD模擬速度流線圖
2.3  提高本體耐高溫的措施
脫硝前置電除塵器，煙氣溫度280～350 ℃。高溫下要充分考慮熱膨脹導致的熱變形，以及在除塵器結(jié)構(gòu)設計中結(jié)構(gòu)強度、剛度、穩(wěn)定性的設計，保證除塵器整體結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生因高溫下強度減弱產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)疲勞變形等。

2.3.1 采用耐高溫C型極板

收塵極板的結(jié)構(gòu)形式直接影響到電除塵器的除塵效率。對收塵極板的要求是：有良好的電性能；受溫度影響變形小，并具有足夠的剛度；形狀簡單，平面度好，制造容易；運輸、安裝、運行中不易變形。本項目設計，采用一種耐高溫C220型極板（專利技術(shù)），配用增強型整體V型極線，這種結(jié)構(gòu)型式，是抗高溫變形的結(jié)構(gòu)，保證兩極系統(tǒng)在高溫狀態(tài)下性能正常。
2.3.2  內(nèi)部結(jié)構(gòu)件選用耐高溫型材

Q235是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼， 在常規(guī)的電除塵器中（溫度在250 ℃以下）廣泛使 用。但在300 ℃左右的高溫下，Q235的力學性能已不能滿足使用要求，須選取Q345低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。
2.3.3  95瓷絕緣子
普通工業(yè)電瓷絕緣子適用于工作溫度不超過 250 ℃，直流工作電壓72～100 kV，安裝地點海拔高度不超過1000 m，滿足常規(guī)電除塵器的使用。普通工業(yè)電瓷常溫下絕緣電阻在1014Ω·cm，但在 250 ℃時，就下降到109Ω·cm以下，到了350 ℃ 時，就下降到106Ω·cm。95瓷絕緣子機械強度是普通絕緣子的6~10倍，熱穩(wěn)定性好，高溫絕緣性能更好，在500 ℃時，絕緣電阻仍在1010Ω·cm以 上。
2.3.4  耐高溫密封材料
脫硝前置電除塵器一直在300 ℃左右運行，密封材料必須選取耐高溫硅橡膠或者耐高溫石棉橡膠板。
3  脫硝前置電除塵器的安裝
電除塵器結(jié)構(gòu)復雜，體積龐大，無法整機運輸，只能以零部件的形式發(fā)運，運至用戶現(xiàn)場組裝 成整機。因此現(xiàn)場組裝工作量大，工期長，安裝質(zhì) 量要求高。電除塵器的安裝，不是設備零部件的簡單組合，而是一項技術(shù)性很強的工作，它是保證實現(xiàn)電除塵器整機技術(shù)性能非常重要的環(huán)節(jié)。
脫硝前置電除塵器和SCR反應器布置在預熱器 C1出口，距離地面50～60 m高度，施工及運行維護都有一定的難度。本臺設備安裝時，項目服務技術(shù)人員全程跟蹤指導，殼體焊接，盡可能地在現(xiàn)場地面組對焊接，整體吊裝，減少高空焊接作業(yè)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)件嚴格按規(guī)范要求安裝，否則，熱態(tài)運行后沉淀極板極間距變小，除塵效率將會大幅降低?？傊九_電除塵器安裝全過程實現(xiàn)分步檢驗、檢測，嚴格按設計圖紙安裝施工，并按設計圖紙、安裝說明書及行業(yè)相關(guān)標準要求檢驗。
4  結(jié)束語
 電除塵器在顆粒物超低排放的大環(huán)境下，紛紛被袋除塵器或電袋除塵器取代，市場份額不斷減小，但特殊工況下的應用能體現(xiàn)它的優(yōu)勢。西安西 礦環(huán)?？萍加邢薰绢I(lǐng)先開發(fā)出適宜水泥工況特點的“高溫電除塵器+SCR脫硝”一體化技術(shù)，充分發(fā)揮了高溫電除塵器的優(yōu)勢，大幅度提高了催化劑 的機械及化學壽命，增大了催化劑選型空速，能顯著降低催化劑體積，降低水泥企業(yè)的投資成本。隨 著氮氧化物深度治理工作的不斷深入，“高溫電除塵器+SCR脫硝”一體化技術(shù)將為水泥行業(yè)超低排 放提供強有力的技術(shù)及裝備支撐。