靜電除塵器處理窯尾廢氣技術(shù)探討
在當(dāng)今世界，除了北美地區(qū)，水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣處理系統(tǒng)中傳統(tǒng)的除塵方法都是采用靜電除塵器。國(guó)內(nèi)多數(shù)企業(yè)使用靜電除塵器的歷史較長(zhǎng)，經(jīng)驗(yàn)較多，都很適應(yīng)。特別是在濕法窯和半干法窯窯尾廢氣處理系統(tǒng)中使用電除塵器時(shí)除塵效果很好，且易操作。但是在實(shí)際應(yīng)用中，往往遇到許多技術(shù)問(wèn)題，特別是新型干法懸浮預(yù)熱窯窯尾廢氣的工藝參數(shù)，諸如煙氣量、煙氣化學(xué)成分、含塵濃度、粉塵比電阻等值經(jīng)常波動(dòng)較大，給電除塵器的操作使用帶來(lái)一些麻煩，許多用戶尤其一些中小廠家還沒(méi)有完全掌握這門(mén)技術(shù)，其運(yùn)行效果不盡人意，不能達(dá)標(biāo)。我們將多年積累的這方面的設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下，供大家參考。
一、工藝流程
60年代初，在全世界范圍內(nèi)開(kāi)始重視節(jié)約能源。在這種形勢(shì)下帶懸浮預(yù)熱器的水泥回轉(zhuǎn)窯得以迅速發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了10000t/d熟料生產(chǎn)線。為合理利用熱能，在帶懸浮預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中，通常將來(lái)自窯尾預(yù)熱器的低溫廢氣引入帶烘干兼粉磨功能的生料磨內(nèi)，使生料磨在完成粉碎功能的同時(shí)，將含水分6%～8%的生料粉烘干至0.5%～1%，以利生料的均化、儲(chǔ)存。出磨的廢氣溫度也應(yīng)高于露點(diǎn)溫度 300℃～400℃，以防止窯尾收塵系統(tǒng)不被冷凝、堵塞，一般控制在900℃～1000℃。出磨的含塵廢氣經(jīng)粗粉分離器和旋風(fēng)收塵器預(yù)除塵后，與從增濕塔出來(lái)經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的窯尾廢氣在匯風(fēng)箱匯集進(jìn)入電除塵器，經(jīng)電收塵器捕集凈化，干凈的煙氣排入大氣（見(jiàn)圖1）。
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二、設(shè)備技術(shù)性能與參數(shù)
水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣處理系統(tǒng)中包含的主要設(shè)備是靜電除塵器和增濕塔。在生產(chǎn)操作過(guò)程中能掌握好這兩種設(shè)備的操作規(guī)律，至關(guān)重要。靜電除塵器和增濕塔的主要技術(shù)參數(shù)通常由三部分表述，與工藝有關(guān)的技術(shù)參數(shù)（工藝參數(shù)），機(jī)械本身的技術(shù)參數(shù)（機(jī)械參數(shù)）和與電氣有關(guān)的技術(shù)參數(shù)（電氣參數(shù)）。分述如下：
2.1 靜電除塵器
（1）工藝參數(shù)
設(shè)備型式：主要分為立式、臥式；單室、雙室；濕法操作、干法操作。
設(shè)備規(guī)格通常表示為：LURGL:ZG/FT/NxZST/GA；；國(guó)內(nèi)：WY-F-Ⅲ。
處理廢氣的能力（m3/h，Nm3/h）：一般習(xí)慣用工況處理風(fēng)量或標(biāo)況處理風(fēng)量表示。
外形尺寸（mm）：取決于電場(chǎng)橫截面積和電場(chǎng)長(zhǎng)度。
進(jìn)出風(fēng)口的法蘭尺寸（mm）：取決于電場(chǎng)橫截面積。根據(jù)工藝布置需要，有水平進(jìn)氣、上進(jìn)氣、下進(jìn)氣幾種選擇，最常用的是水平進(jìn)氣形式，其大小口比例通常為15：1。
設(shè)備阻力（Pa）：一般均＜200Pa。
設(shè)備耐壓（Pa）：根據(jù)工藝系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)。
電場(chǎng)內(nèi)煙氣流速（m/s）：一般需＜1m/s。
適宜工作煙氣溫度（℃）：見(jiàn)3.1節(jié)。
允許最高煙氣溫度（℃）：見(jiàn)3.1節(jié)。
適宜煙氣露點(diǎn)溫度（℃）：50℃～60℃。
進(jìn)口含塵濃度（g/Nm3）：50～60g/Nm3。
出口含塵濃度（mg/Nm3）：＜50g/Nm3。
設(shè)備重量（t）：取決于電場(chǎng)橫截面積和電場(chǎng)長(zhǎng)度。
保溫面積（m2）：取決于電場(chǎng)橫截面積和電場(chǎng)長(zhǎng)度。
（2）機(jī)械參數(shù)
除塵器室數(shù)：指垂直于氣流方向分布的通路數(shù)。
電場(chǎng)：指沿氣流方向獨(dú)立配置一臺(tái)高壓電源的一組電極（電暈極和沉淀極）所形成的除塵電場(chǎng)。
電場(chǎng)個(gè)數(shù)（2）：指沿氣流方向分布的電場(chǎng)數(shù)與除塵器室數(shù)的乘積。
電場(chǎng)橫截面積（m2）：指垂直于氣流方向電場(chǎng)的面積。
通道數(shù)（P）：指垂直于氣流方向的通道數(shù)（即電暈極的排數(shù)）。
電場(chǎng)有效沉淀面積（m2）：指沿氣流方向極板投影面積的!倍與通道數(shù)的乘積。
電場(chǎng)有效長(zhǎng)度（m）：指沿氣流方向極板的投影長(zhǎng)度。
電場(chǎng)有效高度（m）：指垂直氣流方向極板的投影高度。
同極間距（mm）：指垂直氣流方向同極間的距離。
（3）電氣參數(shù)
高壓硅整流器型號(hào)及參數(shù)。
分布板、電暈極、沉淀極振打裝置：傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的有關(guān)參數(shù)。
卸料系統(tǒng)：傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的有關(guān)參數(shù)。
電加熱器、溫控器、料位控制器、CO測(cè)定儀等儀器儀表的有關(guān)參數(shù)。
接地電阻：＜4Ω。
2.2增濕塔
（1）工藝參數(shù)
設(shè)備型式與規(guī)格：φD×Hmm。
處理廢氣的能力（m3/h，Nm3/h）：一般習(xí)慣用工況處理風(fēng)量或標(biāo)況處理風(fēng)量表示。
外形尺寸（mm）：是否包含樓梯、平臺(tái)。
進(jìn)出風(fēng)口的法蘭尺寸（mm）：上進(jìn)氣、下出氣。
設(shè)備阻力（Pa）：＜200Pa。
設(shè)備耐壓（Pa）：根據(jù)工藝系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)。
塔內(nèi)煙氣流速（m/s）：1.5～3.5m/s。
允許最高煙氣溫度（℃）：350℃。
設(shè)備重量（t）：是否包含樓梯、平臺(tái)。
保溫面積（m2）：包括進(jìn)氣口，下部輸送機(jī)不保溫。
（2）供水設(shè)備參數(shù)
水泵型號(hào)及參數(shù)；
噴水管路環(huán)數(shù)（p）；噴嘴個(gè)數(shù)（p）。
適宜噴水量（t/h）：0.5g(H2O)/Nm3.℃或0.15kg(H2O)/kg熟料。
最大噴水量（t/h）：0.6g(H2O)/Nm3.℃或0.18kg(H2O)/kg熟料。
（3）電氣參數(shù)
卸料系統(tǒng)：傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的有關(guān)參數(shù)；溫控器、料位控制器等儀器儀表的有關(guān)參數(shù)。
3、控制參數(shù)
3.1 工藝參數(shù)
帶懸浮預(yù)熱器水泥回轉(zhuǎn)窯的出現(xiàn)，隨之而來(lái)的問(wèn)題是窯尾粉塵排放是否能達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)（50mg/Nm3）。從預(yù)熱器排出的廢氣溫度約為350℃，含塵量約為50～60g/Nm3，且細(xì)粉比例較大，露點(diǎn)溫度僅為35℃～45℃，粉塵比電阻值為1013Ω- cm，顯然這些工況條件是不利于靜電除塵器工作的。粉塵比電阻值是廢氣溫度和露點(diǎn)的函數(shù)見(jiàn)圖。為達(dá)到適宜的粉塵比電阻值，目前使用最廣泛也是最有效的方法是在靜電除塵器前設(shè)置增濕塔，對(duì)回轉(zhuǎn)窯煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以提高煙氣的濕度，降低煙氣的溫度。實(shí)踐證明，為保證電除塵器有效地工作，生料磨出口溫度應(yīng)控制在90℃～100℃，增濕塔出口溫度應(yīng)控制在150℃～190℃，經(jīng)匯風(fēng)箱混合后進(jìn)入電除塵器的廢氣溫度則控制在：90℃～120℃（磨開(kāi)）或 120℃～150℃（磨停），令粉塵比電阻值下降到109Ω～10111Ω-cm范圍內(nèi)，這是保證電除塵器有效工作的理想情況。能否達(dá)到上述工況條件，是用好靜電除塵器的關(guān)鍵所在，并且也直接關(guān)系到用戶的選型問(wèn)題。例如，國(guó)外廠商在為用戶選型時(shí)，一般是根據(jù)適宜的工況條件計(jì)算確定電除塵器的規(guī)格，不考慮違規(guī)操作，因而設(shè)備重量較輕；而用戶在選用國(guó)產(chǎn)設(shè)備時(shí)，往往考慮許多非常因素，于是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)選型時(shí)為了追求可靠，往往加大保險(xiǎn)系數(shù)，致使設(shè)備規(guī)格加大，所以，國(guó)內(nèi)、外廠商對(duì)同樣規(guī)模的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，選用的除塵設(shè)備規(guī)格會(huì)出現(xiàn)相差1倍的情況。
由于窯尾電除塵器的結(jié)構(gòu)材料為普通碳素鋼，其使用溫度應(yīng)＜350，否則鋼材發(fā)生蠕變失去力學(xué)性能。為了保護(hù)設(shè)備不被燒毀，通常在靜電除塵器前設(shè)置冷風(fēng)閥，以應(yīng)急降溫保護(hù)設(shè)備。但不允許用摻冷風(fēng)的辦法降低進(jìn)電除塵器的廢氣溫度，那樣將會(huì)大大增加進(jìn)靜電除塵器的廢氣量，提升了電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)速，降低了電場(chǎng)驅(qū)進(jìn)速度，并增加了粉塵二次飛揚(yáng)的機(jī)會(huì)，降低了收塵效率。設(shè)置在電除塵器前端的冷風(fēng)閥應(yīng)理解為是一種應(yīng)急設(shè)備，作為異常高溫（＞350℃）時(shí)的一種保護(hù)措施。
由于在回轉(zhuǎn)窯操作中，風(fēng)、煤、料的調(diào)節(jié)失衡，偶爾會(huì)出現(xiàn)煤粉不能充分燃燒、煙氣中CO值異常升高達(dá)到其爆炸極限的情況，有產(chǎn)生燃爆的危險(xiǎn)。事實(shí)證明，國(guó)內(nèi)外窯尾電收塵器產(chǎn)生燃爆事故的實(shí)例不在少數(shù)，帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。所以經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)告訴我們，在回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)操作過(guò)程中必須控制進(jìn)電除塵器煙氣的CO值。理論和實(shí)踐表明，安全生產(chǎn)的CO控制值為1.5%（體積計(jì)）時(shí)報(bào)警，2%時(shí)電場(chǎng)斷電。并要求將對(duì)應(yīng)于CO量程0%～5%（體積計(jì)）的4～20mA模擬信號(hào)接入中央控制室，便于操作與控制。
3.2 機(jī)械參數(shù)
靜電除塵器內(nèi)部的電場(chǎng)兩極是收集粉塵的重要部件，特別要靠沉淀極板收集粉塵。
當(dāng)極板上的粉塵積聚到一定厚度時(shí)，需要利用布置在每排極板端部的振打錘敲擊該排極板，使粉塵成片狀地從極板上脫離落入灰斗。如果振打頻率不當(dāng)會(huì)給清灰?guī)?lái)不利影響，振打頻率過(guò)高會(huì)使粉塵沒(méi)形成塊狀便被剝離，造成二次飛揚(yáng)，振打頻率過(guò)低會(huì)造成極板上積灰過(guò)厚導(dǎo)致電暈電流太小，這些都會(huì)使驅(qū)進(jìn)速度下降，除塵效率降低。如何掌握振打頻率便是我們必須重視的問(wèn)題。
為了正確理解沉淀極振打軸振打周期與振打頻率的概念，我們將沉淀極振打裝置的結(jié)構(gòu)作一簡(jiǎn)單介紹：臥式電除塵器通常是由一臺(tái)行星擺線針輪減速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一根傳動(dòng)軸，在軸上布置許多振打錘，由這些振打錘分別完成每一排極板的振打工作。根據(jù)要求一根轉(zhuǎn)動(dòng)軸上最多布置N個(gè)振打錘，即每根傳動(dòng)軸最多能帶動(dòng)N個(gè)振打錘，完成4排極板的振打任務(wù)。當(dāng)多于N排極板時(shí)，則要求從另一側(cè)布置同樣結(jié)構(gòu)的振打傳動(dòng)系統(tǒng)共同完成全部極板的振打工作。
假如一根轉(zhuǎn)動(dòng)軸上布置有N個(gè)振打錘，那么它們是怎樣布置的呢？無(wú)疑，沿著軸長(zhǎng)方向的間隔長(zhǎng)度等于兩排極板之間的距離（即同極間距）；而在軸的圓周方向則均勻布置在360°的范圍內(nèi)。這樣當(dāng)傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，帶動(dòng)振打軸旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈可以保證每個(gè)振打錘敲打一次極板（即一排極板）。傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)出軸端連接振打軸，是按下述規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)的。
TR=振打電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需時(shí)間(s)；
t=相鄰兩個(gè)振打錘敲打極板的時(shí)間間隔:;<；
Ts=振打電動(dòng)機(jī)間歇:停止運(yùn)行<時(shí)間:;<；
Ts1、Ts2、Ts3：分別表示Ⅰ電場(chǎng)、Ⅱ電場(chǎng)、Ⅲ電場(chǎng)的振打電動(dòng)機(jī)間歇時(shí)間；
GA＝電除塵器通道數(shù)；
n=極板排數(shù)，n=GA+1；
L=振打周期，L＝TR+Ts；
L1、L2、L3：分別表示Ⅰ電場(chǎng)、Ⅱ電場(chǎng)、Ⅲ電場(chǎng)的振打周期；
I=振打頻率，I＝I/L=I/(TR+Ts)；
C=振打間歇時(shí)間延長(zhǎng)率，C＝L/TR；
C1、C2、C3：分別表示Ⅰ電場(chǎng)、Ⅱ電場(chǎng)、Ⅲ電場(chǎng)的振打間歇時(shí)間延長(zhǎng)率；
I/G＝振打運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)率，I/C=TR/L；
由于每個(gè)電場(chǎng)所處的位置不同，它們收下的粉塵負(fù)荷量也不同，則各個(gè)電場(chǎng)沉淀極的振打頻率就不同。
下面以同極間距為400mm，電場(chǎng)匹配ZT24型沉淀極與V15型電暈線的窯尾電除塵器為例，說(shuō)明各電場(chǎng)沉淀極振打周期。我們把靠近進(jìn)氣端的電場(chǎng)稱為Ⅰ電場(chǎng)，各電場(chǎng)振打周期的設(shè)定值(見(jiàn)表)。應(yīng)當(dāng)指出各電場(chǎng)的振打間歇時(shí)間設(shè)定值在試生產(chǎn)期間，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況調(diào)節(jié)。
由于電暈極和分布板的主要功能不是收集粉塵，通常要求它們連續(xù)振打。
3.3 電氣參數(shù)
為防止裝在頂梁內(nèi)的高壓絕緣瓷瓶?jī)?nèi)部結(jié)露、爬電，影響電場(chǎng)的伏安特性，高壓絕緣瓷瓶?jī)?nèi)設(shè)有電加熱器，并設(shè)溫控器檢測(cè)，自動(dòng)接通和切斷電源。具體要求是：當(dāng)進(jìn)氣端高壓絕緣瓷瓶?jī)?nèi)溫度＜80℃時(shí)（可以認(rèn)定全部高壓絕緣瓷瓶?jī)?nèi)溫度均＜80℃），全部通電（電加熱器工作）；當(dāng)出氣端高壓絕緣瓷瓶?jī)?nèi)溫度＞100℃時(shí)（此時(shí)可以認(rèn)定全部高壓絕緣瓷瓶?jī)?nèi)溫度均＞100℃），全部斷電（電加熱器不工作）。
高壓硅整流器的輸出電壓、電流處在什么狀態(tài)下工作，收塵器效率最高，是我們關(guān)心的問(wèn)題。通常電除塵器工作時(shí)的平均場(chǎng)強(qiáng)需達(dá)到3kV/cm，則同極間距為400mm的窯尾電除塵器二次電壓應(yīng)為60kV，受到電場(chǎng)結(jié)構(gòu)形式和煙氣工況條件的影響，實(shí)際達(dá)到50～55kV即可。二次電流與有效沉淀面積以及電場(chǎng)粉塵濃度密切相關(guān)，電除塵器正常工作時(shí)，實(shí)際作用于粉塵荷電的單位面積電暈電流不超過(guò)0.1mA/m2，同時(shí)隨著電場(chǎng)位置不同其電暈電流密度又有差別(見(jiàn)表)。
4、經(jīng)常出現(xiàn)的故障和解決措施
1臺(tái)運(yùn)行良好的電除塵器一般都具備這樣的前提條件：設(shè)計(jì)合理、選型得當(dāng)、制造精良、精心安裝。這里討論的是在設(shè)計(jì)、選型、制造都已確定的情況下，安裝和使用環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題與故障。任何安裝工作中遺留的缺陷和違反要求的操作都會(huì)引起電
除塵器故障。
4.1 通過(guò)電除塵器的煙氣量過(guò)大
如果不是電除塵器的選型偏小，出現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題的直接原因就是漏風(fēng)嚴(yán)重。其漏風(fēng)點(diǎn)主要在：檢修門(mén)的密封不嚴(yán)、灰斗與輸送機(jī)連接法蘭密封不嚴(yán)，現(xiàn)場(chǎng)焊縫有紕漏等等，造成整臺(tái)除塵器漏風(fēng)率超過(guò)3%的允許值。漏風(fēng)率超標(biāo)導(dǎo)致電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)速升高，高于最
佳流速后，電場(chǎng)驅(qū)進(jìn)速度隨著流速的增加而降低；另一方面風(fēng)速太高氣流易帶走沉積在收塵極板上的粉塵，即引起所謂的二次飛揚(yáng)現(xiàn)象。這樣都會(huì)引起電除塵器效率的大大下降。
4.2 高壓絕緣瓷瓶?jī)?nèi)溫度失控
電暈極系統(tǒng)靠高壓絕緣瓷瓶支撐并與電除塵器外殼絕緣，為防止裝在頂梁內(nèi)的高壓絕緣瓷瓶?jī)?nèi)部結(jié)露、爬電，影響電場(chǎng)的伏安特性，高壓絕緣瓷瓶?jī)?nèi)均設(shè)有電加熱器，并設(shè)有溫控器，自動(dòng)接通或切斷電源，具體要求前面已談及。這一簡(jiǎn)單的保護(hù)措施往往不能得到足夠的重視，電加熱器、溫控器不能正常工作，甚至還有在安裝中就留下隱患的情況。
4.3 沉淀極振打裝置運(yùn)轉(zhuǎn)頻率不當(dāng)
分布板、電暈極、沉淀極的振打頻率設(shè)置不當(dāng)，引起除塵器效率下降。
4.4 電場(chǎng)內(nèi)常出現(xiàn)的故障
當(dāng)1臺(tái)靜電除塵器帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于設(shè)備部件受熱膨冷縮影響，電場(chǎng)內(nèi)的極間距，振打錘運(yùn)動(dòng)軌跡往往出現(xiàn)偏差。極間距偏差可能是上部懸吊梁竄動(dòng)，懸掛裝置松動(dòng)引起，如果是因極板變形引起那就是安裝問(wèn)題了。振打錘運(yùn)動(dòng)軌跡的偏差，可以引起振打
點(diǎn)在三維方向出現(xiàn)偏離，可能是振打桿軸向竄動(dòng)或是高度有誤、振打錘在振打軸軸向竄動(dòng)等原因引起的，需要認(rèn)真調(diào)節(jié)解決。
4.5 增濕塔常出現(xiàn)的故障
增濕塔的使用效果，直接影響電除塵器的除塵效率。而用好增濕塔的關(guān)鍵是用好噴水系統(tǒng)，噴嘴霧化良好，不滴漏，控制好噴水量，不濕底。而這些正是現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。
系統(tǒng)漏風(fēng)帶來(lái)的后果，前面也已說(shuō)明。增濕塔的主要漏風(fēng)點(diǎn)是，塔下灰斗與螺旋輸送機(jī)的連接法蘭處，應(yīng)引起足夠重視。
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