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“高溫電除塵器+SCR脫硝”一體化技術之除塵器的設計與安裝
發布日期:2022-05-13 08:59:22瀏覽量:1129

在“高溫電除塵器+SCR脫硝”一體化技術中,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,借助反應塔器內催化劑的催化作用,將NOx轉化為氮氣和水,完成NOx的脫除。該技術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,還不能增濕調質。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,降低水泥企業的投資成本。隨著氮氧化物深度治理工作的持續鋪開,“高溫電除塵器+SCR脫硝”一體化技術將在水泥行業超低排放中得到廣泛應用。


0.引言

國內首臺水泥“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煙氣污染物深 度減排整體技術切實可行,將對我國水泥行業大氣污染治理產生示范作用,有利于快速推進我國水泥行業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,是西安西礦環保科技有限公司高溫中塵脫硝技術市場推廣的又一個工程實例,分別用 于一條2 500 t/d生產線和兩條5 000 t/d生產線。高溫電除塵器的穩定運行,使其排放的廢氣的粉塵濃度達到了SCR系統高效低成本運行的 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
武安新峰水泥有限公司有一條2500 t/d、兩條5 000 t/d預分解窯水泥生產線,實施NOx超低排放,選用“高溫電除塵器+SCR脫硝”技術,由西安西礦環保科技有限公司對三條生產線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”技術在燒成系統的工藝位置: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,借助反應塔器內催化劑的催化作用,將NOx轉化為氮氣 和水,完成NOx的脫除。
圖1水泥脫硝工藝系統
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、運行維護簡單等優點,長期以來一直是水泥行業的主要 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SCR脫硝系統配置的電除塵器運行在煙氣溫度 300 ℃左右的環境中,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,還不能增濕調質,故與其它的電除塵器相比在設計上有著獨特的技術要求。
2.1  技術指標
常規電除塵器,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 電除塵效率按指數變化的規律,根據電除塵器的效 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,含塵煙氣在電場內停留時間 4~12 s,氣流均布尤其重要。利用CFD流體仿真技術,可以較為準確地模擬氣體在除塵器內部的流 向,輔助設計導流引流裝置,引導氣體在電場內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,以及在除塵器結構設計中結構強度、剛度、穩定性的設計,保證除塵器整體結構不產生因高溫下強度減弱產生的結構疲勞變形等。

2.3.1 采用耐高溫C型極板

收塵極板的結構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),配用增強型整體V型極線,這種結構型式,是抗高溫變形的結構,保證兩極系統在高溫狀態下性能正常。
2.3.2  內部結構件選用耐高溫型材

Q235是普通碳素結構鋼, 在常規的電除塵器中(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低合金高強度結構鋼。
2.3.3  95瓷絕緣子
普通工業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,滿足常規電除塵器的使用。普通工業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
電除塵器結構復雜,體積龐大,無法整機運輸,只能以零部件的形式發運,運至用戶現場組裝 成整機。因此現場組裝工作量大,工期長,安裝質 量要求高。電除塵器的安裝,不是設備零部件的簡單組合,而是一項技術性很強的工作,它是保證實現電除塵器整機技術性能非常重要的環節。
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,項目服務技術人員全程跟蹤指導,殼體焊接,盡可能地在現場地面組對焊接,整體吊裝,減少高空焊接作業。內部結構件嚴格按規范要求安裝,否則,熱態運行后沉淀極板極間距變小,除塵效率將會大幅降低。總之本臺電除塵器安裝全過程實現分步檢驗、檢測,嚴格按設計圖紙安裝施工,并按設計圖紙、安裝說明書及行業相關標準要求檢驗。
4  結束語
 電除塵器在顆粒物超低排放的大環境下,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它的優勢。西安西 礦環保科技有限公司領先開發出適宜水泥工況特點的“高溫電除塵器+SCR脫硝”一體化技術,充分發揮了高溫電除塵器的優勢,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”一體化技術將為水泥行業超低排 放提供強有力的技術及裝備支撐。



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