水泥公司袋电收尘器应用与比较

水泥公司袋、电除尘器的应用与比较0 概述：水泥回转窑系统除尘设备的选择我国水泥工业取得了长足发展，2006年产量达12.4亿吨，近几年平均增速为12%，2011年产量更是达到了惊人的18.8亿吨。

新型干法水泥技术在节能、大型化方面取得突破性进展，其生产量占全部水泥产量的百分比由2000年12%上升到50%，2010年新型干法水泥熟料产量比重达到81%。

目前新型干法窑中以5000t/d窑规模为主的工艺线迅速推广，水泥生产线规模的扩大，不仅促进了与之配套的的环保设备的大型化，同时也促进了环保装备及技术的进步。

水泥回转窑是水泥厂最大的粉尘污染源，新型干法水泥生产线均将窑尾烟气用于烘干原料、并与窑尾共用一台除尘器。

因此，窑尾系统的粉尘排放量占到整条生产线的二分之一强。

新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915－2004中规定“水泥窑及窑磨一体机”排放标准为50mg/m³，需要高效、稳定的除尘设备才能达标运行。

世界发达国家对水泥窑的排放要求愈来愈严格，欧盟IPPC（综合污染预防与控制）指令（96、61、EC）关于《水泥制造业的最佳可用技术（BAT）与污染物排放指南》指出：采用袋除尘和电除尘技术，对应的排放控制水平为20~30 mg/Nm³。

这份文件将成为欧洲各国制定排放标准的依据。

有一些国家（如德国、荷兰）水泥工业粉尘排放甚至要求达10 mg/Nm³，尤其近年来“趋零排放”已成为一种潮流（表1）。

目前，国内外用于水泥回转窑除尘都是电、袋两大类除尘器。

国内生产的袋除尘器、电除尘器每小时能处理几百到一百多万立方米风量的含尘废气，进口浓度允许超过100 g/Nm³，排放浓度热力设备可控制在50mg/Nm³以下，通风设备可控制在30 mg/Nm³以下。

我国水泥回转窑据统计10%使用袋除尘器，90%使用电除尘器，但随着《水泥工业大气污染物排放标准》的出台，袋除尘器应用愈来愈多，国内外均出现“电改袋”的现象。

袋、电除尘器由于除尘机理不同，应用情况，除尘效果也不尽相同。

以下就电、袋两种除尘器工作原理，用于水泥回转窑除尘实际情况作简要分析比较。

1 电除尘器电除尘器是利用高压静电来进行气尘分离的，它除尘基本过程分三个阶段：（1）进入电除尘器内的粉尘粒子先荷电；（2）荷电尘粒移动后沉降（即收尘）；（3）振打使沉积粉尘脱落（即清灰）。

当含尘气体通过电极间通道时，电晕电流中的电子和负离子就会吸时，通过振打装置将粉尘打落入灰斗排出。

工业电除尘器在实际运行中，除尘是一个极为复杂的过程，受诸多因素的影响，如图1、图2所示。

从理论计算的除尘效率与实际运行数据相比相差较大，这些因素包括物理、电力、流体力学等，而最强的干扰作用，是烟气和粉尘的性质，如粉尘的比电阻；气体的温度和湿度；化学成分；尘粒分布；压力，气体流速等等。

图1 电除尘荷电和除尘过程1-电晕线；2-电子；3-离子；4-粉尘颗粒；5-阳极板图图2 影响电除尘器性能的主要因素1.1 比电阻是主要影响因素比电阻的定义各种物质的电阻与其长度成正比，与其横截面积成反比，并和温度有关：Rs ——比电阻；L ——长度；A ——横截面积。

电除尘器要求控制烟气粉尘比电阻在104~1011Ω.cm 这个范围，其除尘效率最佳，这也是长期实践得出的结论。

正电荷，受到集尘极相同电荷的排斥又脱离集尘极返回到气流中，形成二次飞扬（图3），又称“跳跃现象”。

电场不但减弱了电极间的电场强度，排斥其它粉尘继续向集尘极运动，还会发生局部放电，出现反电晕现象（图4），在集尘极和物料层中形成大量的阳离子，中和了迎面而来的阴离子，使电能消耗增加甚至无法工作。

Al R R s当粉尘比电阻值超过1011Ω·cm后，带电粉尘在收尘极上所带电荷很难中和。

而且会逐渐地在收尘极上形成负电场，电场强度逐粉尘的比电阻，避免反电晕现象，提高收尘效率。

图3 低比电阻粉尘的跳跃现象图4 高比电阻粉尘的反电晕现象1.2 烟气调质控制比电阻为使电除尘器能在正常比电阻范围内工作，所有干法水泥厂回转窑都要采用增湿塔做为烟气调质处理。

而烟气调质是根据粉尘中比电阻随温度和湿度（湿度以露点表示）变化而变化的性质来进行的，必须兼顾到温度和露点两个条件。

新型干法生产线窑尾烟气温度在300°C ~ 400°C之间，进行增湿降温后，露点为50°C，温度为150°C，粉尘比电阻可调到1011Ω.cm以下，是电除尘理想的工作范围。

增湿塔是窑尾除尘系统的重要组成部分，它的工作好坏直接影响电除尘器的效果。

常用的增湿塔为钢板卷制的立筒状结构物,筒上部沿筒圆周安装环形喷嘴,利用高压水,经喷嘴向塔内喷射颗粒状小液滴,液滴因重力作用由塔顶下落,与热废气接触而被蒸发,因而废气降温增湿,改变了热气的比电阻.增湿塔按照热废气的流动方向分为顺流式和逆流式2种,一般采用顺流式,降温增湿效果良好.增湿塔的规格是指增湿塔的有效尺寸,即塔内径与塔身高度.经常采用的增湿塔直径为1～10 m ,高度为15～25 m ,大型增湿塔直径可达Ф9500 mm ,一般增湿塔由增湿塔本体,喷雾装置的高压水泵,鼓风设备,水气喷嘴管道系统和排灰装置等所组成.塔身是用低碳钢板卷成圆筒焊接而成.根据强度要求,可在圆筒上部,中部和下部采用不同厚度的钢板,下部钢板厚度为12 mm ,上部钢板厚度为塔体总重约为30～50 t.为满足筒体的强度要求,可在筒体上分段加焊角钢或槽钢圆箍.塔顶是分瓣下料焊接而成的圆锥体,上口焊角钢法兰,用来连接进气管道.塔顶内部沿圆周焊废气分布板以使废气在增湿塔内均匀流通.沿外圆焊数个直径Ф70～90 mm,长为600～1300 mm的钢管,用来安装喷嘴.顶部有入孔门,以盖密封.塔底为钢板焊接的上圆下长方的焊接件,联接螺旋输送机排灰.在侧部焊接排气管,为了检修时人工排灰,两侧开2排Ф100 mm的检修孔,运行时进行密封.螺旋输送机安装在塔底排灰处,由膨胀软管与排灰斗相联,输送机的回转是可逆的:在增湿塔运行时正转,将增湿塔排出的灰运出,当增湿塔检修时逆转,由输送机的另一端的卸灰口将灰排出,由汽车运走.鼓风机安装在增湿塔下部,沿塔身接至塔顶的风管,与塔顶环形空气管联通,再用支管接通喷嘴进行塔顶喷雾.一般增湿塔均需安装2台加压水泵,1台运转,供给塔顶喷雾,1台备用.水管安装在塔身的支架上,顺塔身直通塔顶,与塔顶的圆形水管,接喷嘴的支管联通.由上述的增湿塔的结构可以看出,目前所用增湿塔的结构较为复杂,管系布置较为繁琐,附属设备较多,加工与操作均存在较大困难,设备的运行费用较高,由于采用高压水的直流爆发喷雾,喷嘴较易磨损.另外,如果工艺与操作条件发生变化时,势必使一些喷嘴裸露在恶劣的环境条件下而造成堵塞.所有这些都使得现有增湿塔的投资和运行成本居高不下,而且事故时有发生,严重影响了企业的生产效益.1.3 存在事故排放1.3.1烟气中CO超标与对空排放水泥回转窑窑尾用电除尘器时，为了使电除尘器安全运行，设置了CO采样分析，超标自动停止向电极供电功能。

回转窑正常工作时，废气中CO浓度为0.5%左右，其浓度超过1.5%时报警，超过2%时则自动切断电源，关闭高压硅整流器，这时电除尘器仅是一个烟气通道，粉尘对空排放。

这样就造成电除尘器与窑系统不同步运行问题。

如下两种情况产生CO浓度超标：1）生产工艺操作不当CO超标。

2）点窑时煤燃烧不完全CO超标。

上述二种情况中，点燃窑的情况是：在窑温上升到一定温度，刚点窑时不开系统风机，仅靠烟囱的自然抽力，排风量很小。

燃烧基本正常时才开系统风机并投料，这时电除尘器也投入了运行，超标时间很短，排放总量可以忽略。

在投料之前，只有烟尘，即使有一段时间超标，但超过值很少，排放总量也可忽略。

只有第一种情况，工艺操作不当，煤燃烧不完全，引起废气中CO超标，被迫停止向电除尘器电极供电，而这时又要对窑系统进行调整，不能停止运行，引起粉尘浓度超标排放。

1.3.2 不同步时间与超标排放量的计算(1) 除尘效率下限：为了使除尘设备达标排放，当入口浓度为某定值时，除尘设备必须要具有最低的除尘效率。

若粉尘排放浓度限值为50 mg/Nm³，入口浓度与除尘效率的关系如表2：不同步运行，也就是工艺设备运行时，电除尘器本身只起到类似沉降室的作用，污染物排放量急剧增加。

假定该沉降室的除尘效率为50%，收尘装置不同步污染物排放总量与同步运行时污染物排放总量相等时，不同步时间的百分比与除尘装置入口污染物浓度有关。

当入口粉尘浓度为10、100、1000 g/Nm³时，不同步的时间分别为1%；0.1%；0.01%。

水泥生产中除烘干磨O-sepa选粉机外，一般设备产生的粉尘浓度在100 g/Nm³左右，若收尘装置与工艺设备有千分之一（0.1%）不同步就能使不同步的粉尘排放总量与同步运行的排放总量相等。

(2)排放总量估算如下：水泥窑正常工作时，出预热器粉尘浓度平均为60g/Nm³，气体温度320℃，换算到标准状态下粉尘平均标况浓度约为130 g/Nm³。

当出现CO超标时，调整水泥窑系统，减少喂料量，假设可使预热器出口粉尘浓度下降一半，为65g/Nm³。

增湿塔或冷却器使粉尘沉降20%~40%，下面计算取40%；电除尘器电极不带电时其壳体作为沉降室，沉降率50%，这时排入大气的粉尘浓度为：65×（1－0.4）×(1－0.5)=19.5 g/Nm³当环保标准允许排放浓度为100m g/Nm³时，生产中因CO超标而引起电除尘器被迫停电，所产生的粉尘浓度是允许排放浓度的195倍。

即小时超标排放的粉尘量，等于195个小时正常生产的粉尘达标排放总量。

根据对水泥生产中电除尘器运行情况的了解，大部分生产厂CO超标时间都在1%左右。

部分超过2%，几乎每天都有1次以上超标排放。

一般情况下认为要使CO超标时间控制在0.5%以下比较困难。

按CO超标时间0.5%计算，由于CO超标引起的电除尘器年超标排放总量与除尘器正常达标排放总量相当，可见CO超标引起的粉尘排放总量相当惊人。

1.4 《新标准》对水泥回转窑尾除尘设备要求严格《水泥工业大气污染物排放标准》“征求意见稿”曾规定“新建水泥生产线窑尾一律采用布袋除尘器”，是考虑到电除尘器有一些难以克服的缺陷（如CO预警问题）造成不正常排放量很大，通常袋除尘器要好的多。

从调研情况看，不排除电除尘器能解决这一问题（如自控手段），以及开发出新形式的除尘设备。

因此不再要求新建水泥窑一律采用布袋除尘器。

而工艺波动造成除尘器关闭，此时水泥窑需要调整运行（不能停止）所造成的非正常排放，电除尘器就很严重了。