袋、电除尘器在水泥行业的应用与比较

原创 2020-07-03 10:25  阅读

  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%。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%,而粉尘排放减少500万吨。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。

  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附到粉尘上,称为荷电。荷电的粉尘在电场的作用下向收尘极运动,最后沉积在收尘极板上并将电荷释放出来,当粉尘沉积到一定厚度时,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差较大,这些因素包括物理、电力、流体力学等,而最强干扰作用,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。

  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。

  低于1011Ω.cm的粉尘称为低阻粉尘,这种粉尘导电良好,荷电粒子与集尘极接触立即放出电荷,同时获得与集尘极相同电荷的正电荷,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”。

  高于1011Ω.cm的粉尘称为高阻粉尘。这种粉尘在集尘极放电缓慢,因此粉尘层间形成很大的电压梯度,产生一个强电场,这一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。

  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°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。

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