三种除尘器在水泥行业窑尾烟气净化中的应用效果

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摘要：针对静电除尘器、布袋除尘器和电袋复合除尘器的构造及特点进行了比较，并对这三种除尘器在水泥企业的实际应用效果进行了评析。

关键词：电除尘器；袋除尘器；电袋复合除尘器；应用效果

1前言

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。

目前，我国水泥企业回转窑常用的除尘设施为袋除尘器和电除尘器，按国家《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）中表2中规定限值要求，窑尾烟尘浓度要小于50mg/m3。因此近年国内推出了电袋复合除尘器，它综合了静电除尘器和布袋除尘器的优点，既能满足新的排放标准，又提高了运行可靠性，降低了水泥厂的除尘成本。

2水泥窑尾烟气的特性

水泥窑运转正常的情况下，窑尾烟气温度在350℃左右；窑况异常时，烟气温度会更高。窑尾烟气中粉尘浓度高，折合成标况时一般在80～200g/Nm3，且粉尘中含有大量高温分解成分，细粉多，20～30μm以下的颗粒占50%以上。此外，由于冷却方式的不同，如采用增湿塔、对原料进行烘干、掺冷风和余热发电等，冷却后的烟气水分含量会有很大的不同，烟气露点温度也因冷却方式不同而变化。

3电除尘器、袋除尘器和电袋复合除尘器的比较

3.1电除尘器

电除尘器在我国的水泥行业已有几十年的的应用历史。电除尘器的基本原理是：含尘气体流经除尘器内部的高压电场时，粉尘获得离子而荷电，荷电粒子在电场力作用下，向集尘极移动并吸附在集尘极上，然后再通过机械振打（干式）或水洗（湿式）的方式，使粉尘脱离集尘极。电除尘器的优点是阻力损失小，一般只有200～300Pa；除尘效率高一般可达到99.6%；缺点是除尘效率受粉尘比电阻的影响很大，当排放要求比较严格时，特别是现在水泥厂窑尾烟尘排放标准要求达到50mg/m3以下，比较难以保证。

3.1.1 电除尘器的主要优点

(1)本体压力损失小，一般〈200Pa，最大350Pa；

(2)单机处理烟气量大；

(3)耐高温，可在400℃高温下运行(特殊设计)；

(4)主要部件使用寿命长，维护费用低。

3.1.2电除尘器的主要缺点

除尘效率受烟气和粉尘的物理化学特性影响大，因而对工艺操作要求较高，对于高比电阻粉尘、微细和超微细粉尘等除尘效果不理想，甚至不能使用。

任何物质都有荷电的特性，因此从理论上讲采用电除尘器是可以达到零排放，但就我们目前的常用电除尘器来说，因为受烟气和粉尘特性的限制，在工程实际中追求零排放是不经济的，也是很难做到的。同时，由于常规振打清灰机制的限制，电除尘器的二次扬尘往往是不可避免的，而且随着设备的大型化，二次扬尘的状况将更加突出，因此提高电除尘效率的着眼点之一就是减少二次扬尘，才能提高除尘效率。而就目前常用的电除尘器来说，除了改进高压电源性能、改进电场气流分布和改进振打制度和方式外，唯一的办法是增加电场数，这样电耗将会成倍增加，这显然不符合我国当前节能减排方针政策的要求。

另一方面所有电除尘器捕集细微粒子的能力很低，对于小于10微米(PM10)的尘粒，其捕集率只有60%，而对于PM2.5的微尘，其捕集率则更低。所以目前电除尘器市场大有被袋式除尘器所替代的趋势。

3.2袋除尘器

袋除尘器是一种过滤式除尘设备。它的突出优点是除尘效率高并且非常稳定，不受燃料的影响，可保证出口粉尘浓度小于50mg/Nm3，其在国外（尤其是在粉尘排放要求严格的地区）有着非常广泛的应用。在我国，钢铁行业与水泥行业中应用袋除尘器已有数十年的历史，从2004年开始，由于对水泥生产企业开始采用新的排放标准，大多水泥企业已经采用袋除尘器。但是，袋除尘器存在压降大、清灰复杂、设备庞大、寿命短（糊袋、烧袋、漏袋和腐蚀磨损都影响滤袋使用寿命）、运行费用高等缺点。

3.2.1 袋式除尘器的主要优点

(1)除尘效率受烟气和粉尘的物理化学特性影响小，对工况变化的适应能力强；

(2)能捕捉超微细(≤0.1μm)粉尘，除尘效率高，为今后国家进一步提高排放标准留有余地；

(3)操作维护简单。

3.2.2 袋式除尘器的主要缺点

(1)本体压力损失大，一般情况下1000～2000Pa；

(2)受滤料的耐温限制，不能处理很高的烟气温度，一般不超过260℃；

(3)维护费用高，袋式除尘器的滤袋寿命一般2～3年，若每3年更换一套滤袋，对大型袋式除尘器来说其费用高达数百万元，这是一笔不小的费用。

袋式除尘器作为除尘设备，则具有除尘效率高，能捕集微米级粉尘颗粒，因而它与电除尘器都被称为高效除尘器。与电除尘器相比，其除尘效率不受粉尘成份的影响，且受粉尘浓度和烟气量变化的影响也较小，因而非常适合捕集比电阻高、粉尘粒径细、烟气量和粉尘浓度经常变化的烟尘。

但由于受过滤材料的品质、耐温和抗腐蚀性影响，在处理高温、高粘性、高湿度和有腐蚀性烟气的粉尘时比较困难，有时将达到无法使用的程度。而且其滤材的原材料技术大多被国外公司所控制，导致滤料的成本投入较大、对废旧滤袋的处理较为困难，处理不当将引起严重的二次污染，同时设备的运行阻力高也是一个重要缺陷，从而间接地增加了电耗。从目前单纯电改袋的实施情况来看，多数场合都要加大风机的功率，这不符合当前国家提出的节能减排的总方针。

3.3电袋复合除尘器

电袋复合除尘技术是除尘技术发展的重大突破。电袋复合除尘器有机结合了静电除尘和过滤除尘两种原理，充分应用两种除尘技术的各自优势，形成了电袋复合除尘机理。该技术已成为国内外除尘行业研究开发的热点技术。

电袋复合除尘器，是一种有机集成静电除尘和过滤除尘两种除尘机理的新型节能高效除尘器。电袋复合除尘器采用高频高压电源供电、整体式布局，电、袋区过渡结构等多项特色技术，具有结构紧凑、清灰周期长，滤袋使用寿命长、运行稳定可靠，维护费用低等节能和高可靠性特点。

3.3.1 电袋复合除尘器技术性能特点

(1)适用高比阻粉尘收集，除尘效率具有高效性和稳定性。 电袋复合除尘器的效率不受高比电阻细微粉尘影响，排放浓度容易实现在50mg/Nm3以下，且长期稳定。

(2)运行阻力比纯袋式除尘器低500Pa，可以减少引风机功率消耗。 运行阻力比纯袋式除尘器低500Pa，每10000m3/h风量引风机功率可减少1.74kW。

(3)清灰周期长、气源能耗小。由于滤袋收集的粉尘量少，阻力上升缓慢，其清灰周期时间是纯袋式除尘器的2倍以上，压缩空气消耗量不到纯袋式除尘器的1/3。

(4)延长滤袋使用寿命运行阻力低、滤袋的负荷低延长了滤袋使用寿命。清灰周期长、清灰次数少延长了滤袋使用寿命。在相同运行条件下电袋的使用寿命比纯袋式除尘器的寿命延长2～3年。

(5)运行维护费用低，适量提高过滤风速可减少滤袋、阀件等数量以降低设备成本及费用，运行能耗低和滤袋使用寿命长降低了运行及维护成本。

综上所述，电袋复合除尘器着重解决了当前除尘器常见的三大难题：电除尘器的超标排放的难题；袋式除尘器的运行阻力大的难题；袋式除尘器滤袋使用寿命短的难题。

4应用实例与分析

2009年12月，对宁夏某2500t/d新型干法熟料生产线技改项目进行了环保竣工验收监测，窑尾配备一套河南中材环保有限公司BS930-32/12.5/4×8/0.4型静电除尘器，监测期间监测期间，窑尾生产负荷在80%以上。监测结果表明：电除尘器出口烟气中烟尘排放浓度为38.6mg/m3，符合《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）中表2中规定限值要求；电除尘器除尘效率99.80%。

2010年11月，对宁夏某2500t/d新型干法水泥熟料生产线节能技改项目进行了环保竣工验收监测，窑尾配备一套合肥丰德科技股份有限公司FDYL270-2×7型布袋除尘器，监测期间，窑尾生产负荷在80%以上。监测结果表明：袋除尘器出口烟气中烟尘排放浓度为12.1mg/m3，符合《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）中表2中规定限值要求；袋除尘器除尘效率99.91%。

2011年6月，对宁夏某日产4500t熟料新型干法水泥项目进行了环保竣工验收监测，窑尾配备了一套西安西矿环保科技有限公司生产的EPB2*33/12.5/1*9/0.4+2-441-1*2+2-462型电袋复合除尘器。监测期间，窑尾生产负荷在80%以上。监测结果表明：电袋复合除尘器出口烟气中烟尘排放浓度为3.5mg/m3，符合《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）中表2中规定限值要求；电袋复合除尘器除尘效率99.99%。监测数据与计算结果见表3。

表1除尘器监测数据与计算结果

项目 单位 电除尘器 袋除尘器 电袋除尘器

进口烟道 出口烟道 进口烟道 出口烟道 进口烟道 出口烟道

烟温 ℃ 118 114 101 104 158 150

动压 Pa 329 316 305 242 296 378

流速 m/s 23.1 23.5 22.8 20.3 23.7 27.1

湿度 % 3.6 3.6 3.8 3.5 3.5 3.5

标况流量 Nm3/h 288959 314078 302581 316462 562651 664462

实测浓度 mg/m3 21680 38.6 17977 14.3 44892 3.8

排放速率 kg/h 6264 12.1 5439 4.5 25258 2.5

除尘效率 % 99.80 99.91 99.99

注：表中数据为多组数据的均值。

由监测结果可知，电袋复合除尘器的除尘效率最高，烟尘排放浓度远远低于国家排放标准要求，其次是袋式除尘器,再次为电除尘器,均能达到国家排放标准要求,在水泥行业取得了很好的应用效果。

5结论

电袋复合除尘器通过采用合理的结合方式，充分发挥了电除尘器和袋式除尘器各自的优势，做到了优势互补，提高了除尘效率，增强了系统的可靠性。电袋复合技术为除尘器实现低阻、高效、长寿命开辟了新的实现途径，对以上三家水泥生产企业的监测验证了该技术具有高除尘效率、环保、节能、降耗等特点，具有显著的社会效益和经济效益。

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