0 概述：水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)除塵設(shè)備的選擇
我國(guó)水泥工業(yè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，2006年產(chǎn)量達(dá)12.4億噸，近幾年平均增速為12%。新型干法水泥技術(shù)在節(jié)能、大型化方面取得突破性進(jìn)展，其生產(chǎn)量占全部水泥產(chǎn)量的百分比由2000年12%上升到50%，而粉塵排放減少500萬(wàn)噸。目前新型干法窯中以5000t/d窯規(guī)模為主的工藝線迅速推廣，水泥生產(chǎn)線規(guī)模的擴(kuò)大，不僅促進(jìn)了與之配套的的環(huán)保設(shè)備的大型化，同時(shí)也促進(jìn)了環(huán)保裝備及技術(shù)的進(jìn)步。
水泥回轉(zhuǎn)窯是水泥廠最大的粉塵污染源，新型干法水泥生產(chǎn)線均將窯尾煙氣用于烘干原料、并與窯尾共用一臺(tái)除塵器。因此，窯尾系統(tǒng)的粉塵排放量占到整條生產(chǎn)線的二分之一強(qiáng)。新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4915－2004中規(guī)定“水泥窯及窯磨一體機(jī)”排放標(biāo)準(zhǔn)為50mg/m3，需要高效、穩(wěn)定的除塵設(shè)備才能達(dá)標(biāo)運(yùn)行。世界發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)水泥窯的排放要求愈來(lái)愈嚴(yán)格，歐盟IPPC（綜合污染預(yù)防與控制）指令（96、61、EC）關(guān)于《水泥制造業(yè)的最佳可用技術(shù)（BAT）與污染物排放指南》指出：采用袋除塵和電除塵技術(shù)，對(duì)應(yīng)的排放控制水平為20~30 mg/Nm3。這份文件將成為歐洲各國(guó)制定排放標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。有一些國(guó)家（如德國(guó)、荷蘭）水泥工業(yè)粉塵排放甚至要求達(dá)10 mg/Nm3，尤其近年來(lái)“趨零排放”已成為一種潮流（表1）。
表1 國(guó)外水泥工業(yè)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)（mg/Nm3）
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國(guó)家 |
德國(guó) |
法國(guó) |
愛(ài)爾蘭 |
盧森堡 |
荷蘭 |
瑞典 |
英國(guó) |
歐盟IPPC |
日本 |
美國(guó)2 |
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水泥窯 |
50 |
50 |
50 |
30 |
15 |
50 |
40 |
20~30 |
一般地區(qū)100 |
~70 |
目前，國(guó)內(nèi)外用于水泥回轉(zhuǎn)窯除塵都是電、袋兩大類除塵器。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的袋除塵器、電除塵器每小時(shí)能處理幾百到一百多萬(wàn)立方米風(fēng)量的含塵廢氣，進(jìn)口濃度允許超過(guò)100 g/Nm3，排放濃度熱力設(shè)備可控制在50mg/Nm3以下，通風(fēng)設(shè)備可控制在30 mg/Nm3以下。我國(guó)水泥回轉(zhuǎn)窯據(jù)統(tǒng)計(jì)10%使用袋除塵器，90%使用電除塵器，但隨著《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的出臺(tái)，袋除塵器應(yīng)用愈來(lái)愈多，國(guó)內(nèi)外均出現(xiàn)“電改袋”的現(xiàn)象。袋、電除塵器由于除塵機(jī)理不同，應(yīng)用情況，除塵效果也不盡相同。以下就電、袋兩種除塵器工作原理，用于水泥回轉(zhuǎn)窯除塵實(shí)際情況作簡(jiǎn)要分析比較。
1 電除塵器
電除塵器是利用高壓靜電來(lái)進(jìn)行氣塵分離的，它除塵基本過(guò)程分三個(gè)階段：（1）進(jìn)入電除塵器內(nèi)的粉塵粒子先荷電；（2）荷電塵粒移動(dòng)后沉降（即收塵）；（3）振打使沉積粉塵脫落（即清灰）。當(dāng)含塵氣體通過(guò)電極間通道時(shí)，電暈電流中的電子和負(fù)離子就會(huì)吸附到粉塵上，稱為荷電。荷電的粉塵在電場(chǎng)的作用下向收塵極運(yùn)動(dòng)，最后沉積在收塵極板上并將電荷釋放出來(lái)，當(dāng)粉塵沉積到一定厚度時(shí)，通過(guò)振打裝置將粉塵打落入灰斗排出。
工業(yè)電除塵器在實(shí)際運(yùn)行中，除塵是一個(gè)極為復(fù)雜的過(guò)程，受諸多因素的影響，如圖1、圖2所示。從理論計(jì)算的除塵效率與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)相差較大，這些因素包括物理、電力、流體力學(xué)等，而最強(qiáng)干擾作用，是煙氣和粉塵的性質(zhì)，如粉塵的比電阻；氣體的溫度和濕度；化學(xué)成分；塵粒分布；壓力，氣體流速等等。
圖1 電除塵荷電和除塵過(guò)程
1-電暈線；2-電子；3-離子；4-粉塵顆粒；5-陽(yáng)極板圖
2? 影響電除塵器性能的主要因素
1.1 比電阻是主要影響因素
電除塵器要求控制煙氣粉塵比電阻在104~1011?.cm這個(gè)范圍，其除塵效率最佳，這也是長(zhǎng)期實(shí)踐得出的結(jié)論。
低于1011?.cm的粉塵稱為低阻粉塵，這種粉塵導(dǎo)電良好，荷電粒子與集塵極接觸立即放出電荷，同時(shí)獲得與集塵極相同電荷的正電荷，受到集塵極相同電荷的排斥又脫離集塵極返回到氣流中，形成二次飛揚(yáng)（圖3），又稱“跳躍現(xiàn)象”。
高于1011?.cm的粉塵稱為高阻粉塵。這種粉塵在集塵極放電緩慢，因此粉塵層間形成很大的電壓梯度，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，這一電場(chǎng)不但減弱了電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度，排斥其它粉塵繼續(xù)向集塵極運(yùn)動(dòng)，還會(huì)發(fā)生局部放電，出現(xiàn)反電暈現(xiàn)象（圖4），在集塵極和物料層中形成大量的陽(yáng)離子，中和了迎面而來(lái)的陰離子，使電能消耗增加甚至無(wú)法工作。
圖3 低比電阻粉塵的跳躍現(xiàn)象
圖4 高比電阻粉塵的反電暈現(xiàn)象
1.2? 煙氣調(diào)質(zhì)控制比電阻
為使電除塵器能在正常比電阻范圍內(nèi)工作，所有干法水泥廠回轉(zhuǎn)窯都要采用增濕塔做為煙氣調(diào)質(zhì)處理。而煙氣調(diào)質(zhì)是根據(jù)粉塵中比電阻隨溫度和濕度（濕度以露點(diǎn)表示）變化而變化的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行的，必須兼顧到溫度和露點(diǎn)兩個(gè)條件。新型干法生產(chǎn)線窯尾煙氣溫度在300°C ~ 400°C之間，進(jìn)行增濕降溫后，露點(diǎn)為50°C，溫度為150°C，粉塵比電阻可調(diào)到1011?.cm以下，是電除塵理想的工作范圍。增濕塔是窯尾除塵系統(tǒng)的重要組成部分，它的工作好壞直接影響電除塵器的效果。