电袋复合除尘器在烧结机尾除尘中应用的技术经

原创 2020-04-18 22:28  阅读

  钢铁冶金行业粉尘排放量约占我国工业粉尘排放总量的25%,烧结工艺粉尘排放量约占钢铁生产过程粉尘排放量的42.5%。为有效遏制污染物排放,提高大气质量,国家环保部于2012年10月颁布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB28662-2012),对烧结过程中的颗粒物做了严格的规定,即自2015年1月1日起要求烧结环境除尘颗粒物排放浓度低于30mg/Nm3,特殊地区低于20mg/Nm3。

  陕钢集团龙钢新区一期工程265㎡烧结机工程机尾除尘系统于2008年建成投产,系统设计为一台150㎡三电场电除尘器,到2013年11月为止,已运行超过5年,部分设备严重老化,无法满足新国标的要求。为实现保护环境、达标排放的目的,陕钢集团委托中冶长天国际工程有限责任公司在2014年7月完成了该除尘系统的改造。

  电袋复合除尘器作为一种新型高效工业除尘技术,充分发挥了电除尘器和袋式除尘器各自的除尘优势,同时弥补了相互的缺点,已广泛应用于燃煤发电厂和水泥行业的除尘系统新建和改造当中。烧结环境除尘,由于其粉尘具有高磨琢性及高比电阻等特性,还很少采用电袋复合除尘技术。

  电袋复合除尘器为一体式结构,箱体内安装电场区和滤袋区,下部设灰斗,前端有喇叭形进口烟气箱,后上端布置有出风净气箱。结构示意图如图1所示。

  含尘烟气通过均布装置均匀进入高压电场。粉尘颗粒在电场中荷电,并在电场力作用下运动至收尘极。当有规律地振打收尘极时,粉尘落入灰斗,75%~80%粉尘被电除尘部分收集,这样,滤袋负荷大幅降低。剩下20%~25%的粉尘随烟气进入袋区,气流由外而内通过滤袋,粉尘颗粒被阻留在滤袋外侧而将气体再次净化,滤袋外的粉尘通过设计的定时或定阻清灰程序进行清灰。由于滤袋区粉尘含量大幅减少,因而可以延长滤袋清灰周期,减少滤袋破损,延长滤袋使用寿命。

  电袋复合除尘器利用粉尘荷电效应提高了滤袋粉尘过滤特性,经过电除尘器的粉尘在荷电效应作用下减少了除尘器滤袋区的阻力,清灰效率高,延长滤袋的使用寿命。除尘器性能与单独的电除尘器、袋式除尘器比较具有明显的优势,如表1所示。

  经技术比较,最终确定拆除原电除尘器,原地新建一台电袋复合除尘器,处理风量为500000m3/h;滤袋区过滤面积为11300㎡,过滤风速为0.74 m/min,电场区实际流通面积155㎡,电场内烟气最大流速0.9m/s,同极间距为400mm。因原有风机与除尘系统不匹配,风机、电机需作更换。

  由于龙钢暂未被列入特殊地区,因此本系统只需达到低于30mg/Nm3的排放值即可满足现行规范要求。系统投产后,经相关部门性能检测:电袋复合除尘器出口烟尘最大排放浓度折算值为17.78mg/Nm3,大幅优于30mg/Nm3的上限值。本工程的成功实践进一步证明了电袋复合除尘器应用于烧结机尾除尘在技术上的可行性。

  经济性是评价除尘器的重要指标之一,对除尘器进行经济性评定需要从其设备投资、运行费用、维护费用三个方面进行综合分析。

  以新建1套265㎡烧结机机尾除尘设备为例,除尘器处理烟气量为500000m3/h,烟气温度l50℃,标准状况下除尘器入口烟气含尘浓度15g/m3,要求排放浓度≤30mg/Nm3。当选用电除尘器、袋式除尘器和电袋复合除尘器三种不同除尘系统时,主要设备投资费用分别如下:

  (1)若单独使用电除尘器,需要165㎡流通面积,8块极板,4个电场,该除尘器的设备重量约为510t。设备主要为钢材所制,本体投资约408万元。需要4套三相电源,价格为60万元。电除尘器运行阻力为250Pa,除尘风机及配套电机价格为80万元,总价为548万元。

  (2)若单独使用袋式除尘器,需要的滤袋面积为12000㎡,则设备投资为420万元。袋式除尘器运行阻力为1500Pa,除尘风机及配套电机价格为90万元。由于机尾高温烟气带火星,为滤袋安全考虑,增加一套预处理设备,费用为45万元,总价为555万元。

  (3)若使用电袋复合式除尘器,该除尘器设备重量可估计为650t。设备主要为钢材所制,本体投资约520万元。需1套三相电源,价格为15万元。电袋复合除尘器阻力约为1000Pa左右,除尘风机及配套电机价格为85万元,总价为620万元。

  (1)若单独使用电除尘器,运行能耗按电除尘器4台高压电源运行参数平均为1.5A/72kV计算,则年运行成本为498.92万元/年。

  (3)若使用电袋复合除尘器, 电区部分按1台高压电源运行, 参数平均为1.5A/72kV,年运行成本为469.02万元/年。详细数据见表2。

  (1)若单独使用电除尘器, 4年大修1次,大修1次花费70万元,年维护费用按20万元考虑。

  (2)若单独使用袋式除尘器,滤袋寿命2年,20年内换袋10次,每次滤袋总价110万元,年维护费20万元考虑。

  (3)若使用电袋复合除尘器,袋区部分,滤袋寿命4年,20年内换袋4次,每次换袋总价100万元,年维护费10万元考虑。电区部分,4年大修1次,大修1次花费20万元,20年内大修4次,年维护费用10万元考虑。

  经济性分析的最终结论需通过对电除尘器、袋式除尘器和电袋复合除尘器的设备投资、运行费用及维护费用的综合投资净现值比较得出。以2013年5年期贷款年利率6.40%作为本项目折现率,则可用公式(1)计算出项目各项支出的净现值。

  式中NPV为净现值,At为第t年的净现金流量,n为项目生命周期,i为折现率。按项目生命周期为20年计算各项费用的净现值,结果如表4所示。

  根据表4计算结果所示,电袋复合除尘器的综合投资净现值最低,故其为三者之中的经济最优方案。

  本文以龙钢265㎡烧结机尾除尘改造为例,通过对电除尘器、袋式除尘器、电袋复合除尘器三种除尘方案进行技术经济分析,可以得出以下结论:

  (1)本工程应用的电袋复合除尘器出口排放浓度低于20mg/Nm3,就龙钢所处地区而言,大幅优于现行环保规范的要求。同时,这一排放浓度也能满足特殊地区排放限值的要求。本工程实践证明,电袋复合除尘器应用于烧结机尾除尘系统在技术上完全可行,并具有潜力可挖掘。

  (2)根据本工程实际数据、运行维护经验数据和推导估算数据,利用综合投资净现值法将电袋复合除尘器、电除尘器、袋式除尘器三种方案进行了经济性比较,得出了电袋复合除尘器与其他二者相比经济性更优的结论。

  在现行环保规范的严格要求和社会的广泛关注下,除尘系统的达标排放改造势在必行。本文通过分析电袋复合除尘器的技术经济优势,论证了其是一种竞争力很强的除尘设备方案。随着电袋复合除尘器在烧结领域更为广泛的应用,这一结论可在今后的工程建设与运行管理实践中得到进一步验证。

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