“高温电除尘器+SCR脱硝”一体化技术之除尘器的设计与安装
发布日期：2022-05-13 08:59:22浏览量：728
在“高温电除尘器+SCR脱硝”一体化技术中，SCR反应器设置在窑尾预热器C1和余热锅炉之 间，预热器的废气温度大约为280～350 ℃，废气经由高温预除尘后由反应器上部导入，与喷氨格栅喷入的还原剂均匀混合，借助反应塔器内催化剂的催化作用，将NOx转化为氮气和水，完成NOx的脱除。该技术对高温电除尘器运行工况及效率要求与窑头窑尾除尘器有很大不同，烟气温度高、粉尘颗粒细、比电阻高，还不能增湿调质。尽管如此，只要对除尘器选型合理、设计科学、制作精良、安装精细，可大幅度提高催化剂的 机械及化学寿命，增大催化剂选型空速，显著降低催化剂体积，降低水泥企业的投资成本。随着氮氧化物深度治理工作的持续铺开，“高温电除尘器+SCR脱硝”一体化技术将在水泥行业超低排放中得到广泛应用。
国内首台水泥“高温电除尘器+SCR脱硝”项目（河南登封宏昌水泥项目）于2018年9月20日顺利投运，2018年10月14日，河南省登封市宏昌水泥有限公司SCR脱硝项目通过专家组核查。专家组认为：该项目的成功实施表明水泥行业烟气污染物深 度减排整体技术切实可行，将对我国水泥行业大气污染治理产生示范作用，有利于快速推进我国水泥行业污染物深度减排工作。武安新峰水泥有限公司NOx深度减排项目也选用了“高温电除尘器+SCR 脱硝”技术，是西安西矿环保科技有限公司高温中尘脱硝技术市场推广的又一个工程实例，分别用 于一条2 500 t/d生产线和两条5 000 t/d生产线。高温电除尘器的稳定运行，使其排放的废气的粉尘浓度达到了SCR系统高效低成本运行的 要求。本文对武安新峰项目“高温电除尘器+SCR 脱硝”技术之高温电除尘器的设计与应用进行介绍。
武安新峰水泥有限公司有一条2500 t/d、两条5 000 t/d预分解窑水泥生产线，实施NOx超低排放，选用“高温电除尘器+SCR脱硝”技术，由西安西矿环保科技有限公司对三条生产线NOx超低排放改造提供核心设备。图1 标识了“高温电除尘器+SCR脱硝”技术在烧成系统的工艺位置：SCR反应器设置在窑尾预热器C1和余热锅炉之间，预热器的废气温度大约为280~350 ℃，废气经由高温预除尘后由反应器上部导入，与喷氨格栅喷入的还原剂均匀混合，借助反应塔器内催化剂的催化作用，将NOx转化为氮气 和水，完成NOx的脱除。
电除尘器具有除尘效率高、设备阻力低、运行维护简单等优点，长期以来一直是水泥行业的主要 除尘设备之一。标准JB/T5910-2013要求进入电除尘 器的烟气温度不大于400 ℃，并将适用于250~400 ℃ 烟气的电除尘器称为高温型电除尘器。水泥厂烧成 系统SCR脱硝系统配置的电除尘器运行在烟气温度 300 ℃左右的环境中，属于高温型电除尘器。高温型电除尘器在高温废气进入SCR脱硝系统前对废气进行预除尘，下文称之为脱硝前置电除尘器，它的运行工况及效率要求与窑头窑尾除尘器有很大不同，烟气温度高、粉尘颗粒细、比电阻高，还不能增湿调质，故与其它的电除尘器相比在设计上有着独特的技术要求。
常规电除尘器，入口粉尘浓度20～100 g/m3， 出口排放粉尘浓度≤30 mg/m3，效率需达到99.97% 以上，需要选取4~5个电场；脱硝前置电除尘器， 入口粉尘浓度80～100 g/m3，出口排放粉尘浓度 20～40 g/m3，除尘效率达到50%～80%即可。利用 电除尘效率按指数变化的规律，根据电除尘器的效 率曲线（图2）可以选取1~2个电场。
进入电除尘器的烟气在电场断面上分布的均匀 性直接影响电除尘器的效率，而且速度分布越不均匀，对电除尘器效率的影响越大。脱硝前置电除尘器仅有1～2个电场，含尘烟气在电场内停留时间 4～12 s，气流均布尤其重要。利用CFD流体仿真技术，可以较为准确地模拟气体在除尘器内部的流 向，辅助设计导流引流装置，引导气体在电场内均匀流动从而提高除尘效率（图3）
脱硝前置电除尘器，烟气温度280～350 ℃。高温下要充分考虑热膨胀导致的热变形，以及在除尘器结构设计中结构强度、刚度、稳定性的设计，保证除尘器整体结构不产生因高温下强度减弱产生的结构疲劳变形等。
2.3.1 采用耐高温C型极板
收尘极板的结构形式直接影响到电除尘器的除尘效率。对收尘极板的要求是：有良好的电性能；受温度影响变形小，并具有足够的刚度；形状简单，平面度好，制造容易；运输、安装、运行中不易变形。本项目设计，采用一种耐高温C220型极板（专利技术），配用增强型整体V型极线，这种结构型式，是抗高温变形的结构，保证两极系统在高温状态下性能正常。
2.3.2 内部结构件选用耐高温型材
Q235是普通碳素结构钢， 在常规的电除尘器中（温度在250 ℃以下）广泛使 用。但在300 ℃左右的高温下，Q235的力学性能已不能满足使用要求，须选取Q345低合金高强度结构钢。
普通工业电瓷绝缘子适用于工作温度不超过 250 ℃，直流工作电压72～100 kV，安装地点海拔高度不超过1000 m，满足常规电除尘器的使用。普通工业电瓷常温下绝缘电阻在1014Ω·cm，但在 250 ℃时，就下降到109Ω·cm以下，到了350 ℃ 时，就下降到106Ω·cm。95瓷绝缘子机械强度是普通绝缘子的6~10倍，热稳定性好，高温绝缘性能更好，在500 ℃时，绝缘电阻仍在1010Ω·cm以 上。
脱硝前置电除尘器一直在300 ℃左右运行，密封材料必须选取耐高温硅橡胶或者耐高温石棉橡胶板。
电除尘器结构复杂，体积庞大，无法整机运输，只能以零部件的形式发运，运至用户现场组装 成整机。因此现场组装工作量大，工期长，安装质 量要求高。电除尘器的安装，不是设备零部件的简单组合，而是一项技术性很强的工作，它是保证实现电除尘器整机技术性能非常重要的环节。
脱硝前置电除尘器和SCR反应器布置在预热器 C1出口，距离地面50～60 m高度，施工及运行维护都有一定的难度。本台设备安装时，项目服务技术人员全程跟踪指导，壳体焊接，尽可能地在现场地面组对焊接，整体吊装，减少高空焊接作业。内部结构件严格按规范要求安装，否则，热态运行后沉淀极板极间距变小，除尘效率将会大幅降低。总之本台电除尘器安装全过程实现分步检验、检测，严格按设计图纸安装施工，并按设计图纸、安装说明书及行业相关标准要求检验。
电除尘器在颗粒物超低排放的大环境下，纷纷被袋除尘器或电袋除尘器取代，市场份额不断减小，但特殊工况下的应用能体现它的优势。西安西 矿环保科技有限公司领先开发出适宜水泥工况特点的“高温电除尘器+SCR脱硝”一体化技术，充分发挥了高温电除尘器的优势，大幅度提高了催化剂 的机械及化学寿命，增大了催化剂选型空速，能显著降低催化剂体积，降低水泥企业的投资成本。随 着氮氧化物深度治理工作的不断深入，“高温电除尘器+SCR脱硝”一体化技术将为水泥行业超低排 放提供强有力的技术及装备支撑。
