陈月莉 李养萍 吴伟 任轩

西安西矿环保科技有限公司，  陕西  西安  710075

摘   要  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。

关键词   烧成系统  SCR脱硝  电除尘器  高温   设计   安装

0.引言

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（脱硝项目于2019年11月投 运）和一条5 000 t/d生产线（脱硝项目2019年12月 初投运）。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，以资参考

1   项目概况及工艺系统

武安新峰水泥有限公司有一条2 500 t/d、两条5 000 t/d预分解窑水泥生产线，为响应国家推行的 污染物减排工作，实施NOx超低排放，选用“高温 电除尘器+SCR脱硝”技术，委托西安西矿环保科 技有限公司对三条生产线进行NOx超低排放改造。 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。

图1水泥脱硝工艺系统

2  高温电除尘器的设计

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。 2.1  技术指标 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。本项目选取2 个电场（见表1）。

图2 电除尘器效率曲线

表1  武安新峰水泥脱硝前置电除尘器技术参数

表1

2.2   CFD流体仿真技术的应用

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）

图3武安项目CFD模拟速度流线图

2.3  提高本体耐高温的措施 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。鲁奇型电除尘器一般是ZT24型极板， 配用V型极线，本项目设计，采用一种电除尘器 的阳极板（专利号ZL 2009 2 0245018.2）：耐高温 C型极板，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，屈服强度数值235 MPa 左右。由于含碳适中（表2），综合性能较好，强 度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广 泛。在板材里，是最普通的材质，属普板系列， 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（在GB/T1591-2018版中Q355钢级替代了Q345 钢级及相关要求）。Q355 成分中加严了对S和P有 害元素的控制，提高了Mn（1.6%）的含量，增加 了Cr、Ni、Cu化学成分（表3 ），Q355其屈服强度达 到 355 MPa，提高了材料耐高温性能，材料本身的 热膨胀系数基本和普通碳钢材料相当，其综合力学性 能良好，塑性和焊接性能良好，用于高温电除尘器壳 体及内部结构件中的受力件、连接件、冲击件等。

表2  Q235-B碳素结构钢化学成分（质量分数%）（GB/T700-2006）

表3  Q355低合金高强度结构钢化学成分（质量分数%）（GB/T1591-2018）

2.3.3  95瓷绝缘子

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1 000 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10¹⁴ Ω·cm，但在 250 ℃时，就下降到10⁹ Ω·cm以下，到了350 ℃ 时，就下降到10⁶ Ω·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10¹⁰ Ω·cm以 上[1]。基于95瓷绝缘子的优良特性，本项目的绝缘 件选用95瓷。

2.3.4  耐高温密封材料

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材料。耐高温硅橡胶或 者耐高温石棉橡胶板；常规项目选用石棉橡胶板 XB200，本项目必须选用XB450或者XB400，其中 XB450耐温440~450 ℃，耐蒸汽压力11～12 MPa。

3  脱硝前置电除尘器的安装

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[2]。

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：极线与框架的焊接，要求用 Φ2.5 mm、E5015/5016碱性焊条，焊接电流70～90 A， 精心焊接，逐个检验，确保运行时不断线；调整异 极间距安装误差＜±15 mm。高温电除尘器安装时部 件之间需要预留足够的热膨胀空间。碳素结构钢在 150 ℃时，与20 ℃之间的平均线膨胀系数α是11.88 ×10^-6mm/(mm·℃)；在300 ℃时，与20 ℃之间的平 均线膨胀系数α是12.90×10^-6mm/(mm·℃)。膨胀 系数增大，热膨胀空间余量太小，将可能导致部件常 温下安装尺寸无误，高温膨胀后部件卡死或顶出。 譬如内部走台的安装，标高（0，-10）mm，走台 安装时一定不能超过0标线，否则，热态运行后沉 淀极板热膨胀后伸长卡死，极板弯曲，极间距变 小，除尘效率将会大幅降低。

脱硝前置高温电除尘器为SCR催化剂服务，受 SCR催化剂使用条件制约，通过电除尘器的烟气温 降＜15 ℃。本项目保温的材料、保温层厚度及施 工都有严格要求。 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。

4  结束语

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。

参考文献

[1] 中国环境保护产业协会电除尘委员.燃煤电厂烟气超低排放技术[M].北京: 中国电力出版社,2015.

[2] 祁君田.现代烟气除尘技术[M].北京: 化学工业出版社, 2008.

（收稿日期：2019-12-19）