[水泥周]馬保國：水泥工業(yè)電袋復合除塵技術

河南中材環(huán)保有限公司總經(jīng)理馬保國

　　在中國水泥網(wǎng)主辦的“2010國際水泥周”系列會議之“中國水泥除塵技術高峰論壇”今天舉行。河南中材環(huán)保有限公司總經(jīng)理馬保國作精彩報告。以下為報告全文：

　　引言：現(xiàn)在我國新型干法水泥生產(chǎn)線的比重正在快速增長，單機產(chǎn)量也越來越大，而國家環(huán)保要求也越來越嚴，除塵技術如何適應這種發(fā)展已成為大家關注的重點。目前應用于水泥工業(yè)的除塵設備主要還是電除塵器和袋除塵器，新世紀以來，這兩種除塵器的設計和應用技術不斷發(fā)展和成熟，只要正確的選擇和應用，都能達到和超過《水泥工業(yè)大氣污染物的排放標準》（GB4915-2004）中的要求。然而，電、袋除塵都存著固有的缺陷和不足，電袋復合除塵技術的開發(fā)應用成為水泥工業(yè)除塵技術新的方向。

　　電袋復合除塵技術是除塵技術發(fā)展的重大突破。電袋復合除塵器有機結合了靜電除塵和過濾除塵兩種原理，充分應用兩種除塵技術的各自優(yōu)勢，形成了電袋復合除塵機理。該技術已成為國內(nèi)外除塵行業(yè)研究開發(fā)的熱點技術。

　　1 電袋復合除塵器的基本概念

　　電袋復合除塵器

　　定義：在一個箱體內(nèi)安裝電場區(qū)和濾袋區(qū)，將靜電和過濾兩種除塵技術復合在一起的除塵器。

　　結構：電袋復合除塵器為一箱式結構，戶外式。箱體內(nèi)安裝電場區(qū)和濾袋區(qū)。電場區(qū)和濾袋區(qū)可有多種配置形式，目前普遍采用前級電場區(qū)后級濾袋區(qū)的組合形式。除塵器配有高壓供電電源、電氣控制裝置和清灰裝置。

　　電袋復合除塵器分為：電袋組合除塵器、電袋一體化除塵器、電改袋。

　　2 水泥窯尾煙氣的特性

　　水泥窯運轉正常的情況下，窯尾煙氣溫度在350℃左右；窯況異常時，煙氣溫度會更高。窯尾煙氣中粉塵濃度高，折合成標況時一般在80-200g/Nm3，且粉塵中含有大量高溫分解成分，細粉多，20-30μm以下的顆粒占50%以上。此外，由于冷卻方式的不同，如采用增濕塔、對原料進行烘干、摻冷風和余熱發(fā)電等，冷卻后的煙氣水分含量會有很大的不同，煙氣露點溫度也因冷卻方式不同而變化。

　　3 電除塵器和袋式除塵器主要特點分析

　　3.1  電除塵器的主要優(yōu)點

　?。?）本體壓力損失小，一般〈200Pa，最大 350Pa；
　?。?）單機處理煙氣量大；
　?。?）耐高溫，可在400℃高溫下運行（特殊設計）；
　?。?）主要部件使用壽命長，維護費用低。

　　3.2 電除塵器的主要缺點

　　除塵效率受煙氣和粉塵的物理化學特性影響大，因而對工藝操作要求較高，對于高比電阻粉塵、微細和超微細粉塵等除塵效果不理想，甚至不能使用。

　　任何物質都有荷電的特性，因此從理論上講采用電除塵器是可以達到零排放，但就我們目前的常用電除塵器來說，因為受煙氣和粉塵特性的限制，在工程實際中追求零排放是不經(jīng)濟的，也是很難做到的。同時，由于常規(guī)振打清灰機制的限制，電除塵器的二次揚塵往往是不可避免的，而且隨著設備的大型化，二次揚塵的狀況將更加突出，因此提高電除塵效率的著眼點之一就是減少二次揚塵，才能提高除塵效率。而就目前常用的電除塵器來說，除了改進高壓電源性能、改進電場氣流分布和改進振打制度和方式外，唯一的辦法是增加電場數(shù)，這樣電耗將會成倍增加，這顯然不符合我國當前節(jié)能減排方針政策的要求。

　　另一方面所有電除塵器捕集細微粒子的能力很低，對于小于10微米（PM10）的塵粒，其捕集率只有60%，而對于PM2.5的微塵，其捕集率則更低。所以目前電除塵器市場大有被袋式除塵器所替代的趨勢。

　　3.3  袋式除塵器的主要優(yōu)點

　?。?）除塵效率受煙氣和粉塵的物理化學特性影響小，對工況變化的適應能力強；
　　（2）能捕捉超微細（≤0.1μm）粉塵，除塵效率高，為    今后國家進一步提高排放標準留有余地；
　　（3）操作維護簡單。

　　3.4   袋式除塵器的主要缺點

　?。?）本體壓力損失大，一般情況下1000—2000Pa；
　　（2）受濾料的耐溫限制，不能處理很高的煙氣溫度，一般不超過260℃；
　　（3）維護費用高，袋式除塵器的濾袋壽命一般2—3年，若每3年更換一套濾袋，對大型袋式除塵器來說其費用高達數(shù)百萬元，這是一筆不小的費用。

　　袋式除塵器作為除塵設備，則具有除塵效率高，能捕集微米級粉塵顆粒，因而它與電除塵器都被稱為高效除塵器。與電除塵器相比，其除塵效率不受粉塵成份的影響，且受粉塵濃度和煙氣量變化的影響也較小，因而非常適合捕集比電阻高、粉塵粒徑細、煙氣量和粉塵濃度經(jīng)常變化的煙塵。

　　但由于受過濾材料的品質、耐溫和抗腐蝕性影響，在處理高溫、高粘性、高濕度和有腐蝕性煙氣的粉塵時比較困難，有時將達到無法使用的程度。而且其濾材的原材料技術大多被國外公司所控制，導致濾料的成本投入較大、對廢舊濾袋的處理較為困難，處理不當將引起嚴重的二次污染，同時設備的運行阻力高也是一個重要缺陷，從而間接地增加了電耗。從目前單純電改袋的實施情況來看，多數(shù)場合都要加大風機的功率，這不符合當前國家提出的節(jié)能減排的總方針。

　　4  電袋復合除塵技術的提出

　　從克服當前電除塵器和袋式除塵器的缺陷出發(fā)，電袋復合技術將應運而生。電袋復合技術是建立在電除塵技術和袋式除塵技術各自優(yōu)點的基礎上，該技術的出發(fā)點是充分利用物質的荷電性和同性相斥、異性相吸的固有特性，而產(chǎn)生的細微粒子電凝聚和電排斥現(xiàn)象，導致在濾料表面堆結的粉塵比較松散，從而使濾料阻力降低。同時由于經(jīng)過前級電除塵器的捕集作用，使其煙氣中的含塵濃度大幅度降低，因此對后面的袋式除塵部分來講在適當選取較高的過濾風速的情況下，也能夠實現(xiàn)降低阻力，達標排放的目的。

　　電袋復合除塵器，是一種有機集成靜電除塵和過濾除塵兩種除塵機理的新型節(jié)能高效除塵器。電袋復合除塵器采用高頻高壓電源供電、整體式布局，電、袋區(qū)過渡結構等多項特色技術，具有結構緊湊、清灰周期長，濾袋使用壽命長、運行穩(wěn)定可靠，維護費用低等節(jié)能和高可靠性特點。

　　4.1  電袋復合除塵工作原理

　　在電除塵器和袋式除塵器工作原理基礎上，有機結合兩者除塵優(yōu)點：前級電場預收煙氣中70～80%以上的粉塵量；后級袋式除塵裝置攔截收集煙氣中剩余量的粉塵。其中，前級電場的除塵作用和荷電作用為提高電袋復合除塵器的性能起到了重要作用。

　　電場除塵作用1：
　　降低濾袋的粉塵負荷量即降低了阻力上升率。

　　電場預除塵作用2：
　　延長濾袋的清灰周期、節(jié)省清灰能耗、延長濾袋使用壽命。

　　電場荷電作用1：
　　改善濾袋表面的粉層結構：煙氣粉塵通過前級電場電暈荷電后，荷電粉塵在濾袋上沉積的顆粒之間排列規(guī)則有序，同極電荷相互排斥使形成的粉塵層孔隙率高、透氣性好，易于剝落。

　　電場荷電作用2：
　　可降低濾袋阻力 P ：
　　濾袋阻力 P = 粉塵層①阻力P1 + 表面處理層②阻力P2 + 濾袋結構層③阻力P3。

　　電場除塵作用3：
　　避免煙氣粉塵中粗顆粒磨損濾袋      煙氣粉塵中的粗大顆粒經(jīng)過前級電場沉降和除塵后，進入后級袋式除塵的粉塵顆粒小，對濾袋的磨損影響小。當煙氣中含有粗顆粒粉塵時(如循環(huán)流化床鍋爐煙氣)，使用電袋復合除塵器可以有效避免濾袋的不正常磨損損壞。

　　4.2  電袋復合除塵器技術性能特點

　　（1 ）適用高比阻粉塵收集，除塵效率具有高效性和穩(wěn)定性。     電袋復合除塵器的效率不受高比電阻細微粉塵影響，排放濃度容易實現(xiàn)在50mg/Nm3以下，且長期穩(wěn)定。
　?。?）運行阻力比純袋式除塵器低500Pa，可以減少引風機功率消耗。      運行阻力比純袋式除塵器低500Pa，每10000m³/h風量引風機功率可減少1.74kW。
　?。?）清灰周期長、氣源能耗小。 由于濾袋收集的粉塵量少，阻力上升緩慢，其清灰周期時間是純袋式除塵器的2倍以上，壓縮空氣消耗量不到純袋式除塵器的1/3。
　?。?）延長濾袋使用壽命運行阻力低、濾袋的負荷低延長了濾袋使用壽命。清灰周期長、清灰次數(shù)少延長了濾袋使用壽命。在相同運行條件下電袋的使用壽命比純袋式除塵器的壽命延長2～3年。
　?。?）運行維護費用低，適量提高過濾風速可減少濾袋、閥件等數(shù)量以降低設備成本及費用，運行能耗低和濾袋使用壽命長降低了運行及維護成本。

　　4.3   電袋復合除塵器技術性能指

　　出口排放濃度：≤50mg/Nm³。
　　濾袋前后壓差：≤600Pa。
　　除塵器進出口阻力：≤1000Pa。
　　濾袋使用壽命比常規(guī)袋式除塵延長2～3年。

　　4.4  電袋復合除塵器使用場合

　　電除塵難以高效收集的高比電阻、特殊煤種等煙塵的凈化處理。要求≤50mg/Nm3排放的工業(yè)煙氣凈化。尤其適合舊電除塵器的增效改造。

　　綜上所述，電袋復合除塵器著重解決了當前除塵器常見的三大難題：
　　——電除塵器的超標排放的難題。
　　——袋式除塵器的運行阻力大的難題。
　　——袋式除塵器濾袋使用壽命短的難題。

　　5 水泥工業(yè)電袋復合技術的應用案例

　　5.1  工程案例參數(shù)

　　5.2   應用效果

　　電袋復合除塵器第一部分為電除塵器的一個電場，粉塵氣體經(jīng)過電場后，煙氣中的絕大部分粉塵被收集下來，有效降低袋式除塵器的負荷，可大大延長袋式除塵器的清灰周期，實測可以延長至3倍以上，從而延長濾袋和脈沖閥的使用壽命。電袋復合除塵器將電除塵器與袋式除塵器的除塵機理溶為一體，將電、袋式除塵器的優(yōu)勢互相補充。

　　通過電除塵器的作用，可有效收集大顆粒粉塵，粉塵比電阻不再是決定排放的主要因素；對于袋式除塵器而言，可以實現(xiàn)高過濾風速下的高收塵效率，PM10和PM2.5的微細粉塵也能得到高效的收集，可輕松達到國家要求的50mg/Nm³排放標準，甚至達到10mg/Nm³以下。

　　5.3  運行阻力和清灰周期

　　——結構阻力：進出口均采取直通式設計，在線清灰，設備結構阻力小。
　　——粉塵荷電后，由于同性排斥，濾袋上的粉塵將呈有序排列，使粉塵層疏松，更易清灰；粉塵荷電還強化粉塵在煙氣中的氣溶膠效應，使粉塵濃度分布均勻，可以明顯的降低濾袋的阻力，實測小于1000Pa。清灰周期延長到了50分鐘以上，大大低于純袋式除塵器20～25分鐘的清灰周期。設備在低阻力下穩(wěn)定運行，可以減少因阻力波動對窯系統(tǒng)的影響。

　　6 結論

　　電袋復合除塵技術在水泥工業(yè)得到成功的應用，取得良好的效果。電袋復合技術充分發(fā)揮了電除塵器和袋式除塵器各自的優(yōu)勢，做到了優(yōu)勢互補，為除塵器實現(xiàn)低阻、高效、長壽命開辟了新的實現(xiàn)途徑，值得深入的研究，大力的推廣應用。