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引言:现在我国新型干法水泥生产线的比重正在快速增长,单机产量也越来越大,而国家环保要求也越来越严,除尘技术如何适应这种发展已成为大家关注的重点。目前应用于水泥工业的除尘设备主要还是电除尘器和袋除尘器,新世纪以来,这两种除尘器的设计和应用技术不断发展和成熟,只要正确的选择和应用,都能达到和超过《水泥工业大气污染物的排放标准》(GB4915-2004)中的要求。然而,电、袋除尘都存着固有的缺陷和不足,电袋复合除尘技术的开发应用成为水泥工业除尘技术新的方向。

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。

1 电袋复合除尘器的基本概念

电袋复合除尘器

定义:在一个箱体内安装电场区和滤袋区,将静电和过滤两种除尘技术复合在一起的除尘器。

结构:电袋复合除尘器为一箱式结构,户外式。箱体内安装电场区和滤袋区。电场区和滤袋区可有多种配置形式,目前普遍采用前级电场区后级滤袋区的组合形式。除尘器配有高压供电电源、电气控制装置和清灰装置。

电袋复合除尘器分为:电袋组合除尘器、电袋一体化除尘器、电改袋。

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 电除尘器和袋式除尘器主要特点分析

3.1  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。

3.2 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。

3.3  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。

3.4   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。

4  电袋复合除尘技术的提出

从克服当前电除尘器和袋式除尘器的缺陷出发,电袋复合技术将应运而生。电袋复合技术是建立在电除尘技术和袋式除尘技术各自优点的基础上,该技术的出发点是充分利用物质的荷电性和同性相斥、异性相吸的固有特性,而产生的细微粒子电凝聚和电排斥现象,导致在滤料表面堆结的粉尘比较松散,从而使滤料阻力降低。同时由于经过前级电除尘器的捕集作用,使其烟气中的含尘浓度大幅度降低,因此对后面的袋式除尘部分来讲在适当选取较高的过滤风速的情况下,也能够实现降低阻力,达标排放的目的。

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。

4.1  电袋复合除尘工作原理

在电除尘器和袋式除尘器工作原理基础上,有机结合两者除尘优点:前级电场预收烟气中70~80%以上的粉尘量;后级袋式除尘装置拦截收集烟气中剩余量的粉尘。其中,前级电场的除尘作用和荷电作用为提高电袋复合除尘器的性能起到了重要作用。

电场除尘作用1:
降低滤袋的粉尘负荷量即降低了阻力上升率。

电场预除尘作用2:
延长滤袋的清灰周期、节省清灰能耗、延长滤袋使用寿命。

电场荷电作用1:
改善滤袋表面的粉层结构:烟气粉尘通过前级电场电晕荷电后,荷电粉尘在滤袋上沉积的颗粒之间排列规则有序,同极电荷相互排斥使形成的粉尘层孔隙率高、透气性好,易于剥落。

电场荷电作用2:
可降低滤袋阻力 P :
滤袋阻力 P = 粉尘层①阻力P1 + 表面处理层②阻力P2 + 滤袋结构层③阻力P3。

电场除尘作用3:
避免烟气粉尘中粗颗粒磨损滤袋      烟气粉尘中的粗大颗粒经过前级电场沉降和除尘后,进入后级袋式除尘的粉尘颗粒小,对滤袋的磨损影响小。当烟气中含有粗颗粒粉尘时(如循环流化床锅炉烟气),使用电袋复合除尘器可以有效避免滤袋的不正常磨损损坏。

4.2  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。

4.3   电袋复合除尘器技术性能指

出口排放浓度:≤50mg/Nm3。
滤袋前后压差:≤600Pa。
除尘器进出口阻力:≤1000Pa。
滤袋使用寿命比常规袋式除尘延长2~3年。

4.4  电袋复合除尘器使用场合

电除尘难以高效收集的高比电阻、特殊煤种等烟尘的净化处理。要求≤50mg/Nm3排放的工业烟气净化。尤其适合旧电除尘器的增效改造。

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。

5 水泥工业电袋复合技术的应用案例

5.1  工程案例参数

5.2   应用效果

电袋复合除尘器第一部分为电除尘器的一个电场,粉尘气体经过电场后,烟气中的绝大部分粉尘被收集下来,有效降低袋式除尘器的负荷,可大大延长袋式除尘器的清灰周期,实测可以延长至3倍以上,从而延长滤袋和脉冲阀的使用寿命。电袋复合除尘器将电除尘器与袋式除尘器的除尘机理溶为一体,将电、袋式除尘器的优势互相补充。

通过电除尘器的作用,可有效收集大颗粒粉尘,粉尘比电阻不再是决定排放的主要因素;对于袋式除尘器而言,可以实现高过滤风速下的高收尘效率,PM10和PM2.5的微细粉尘也能得到高效的收集,可轻松达到国家要求的50mg/Nm3排放标准,甚至达到10mg/Nm3以下。

5.3  运行阻力和清灰周期

——结构阻力:进出口均采取直通式设计,在线清灰,设备结构阻力小。
——粉尘荷电后,由于同性排斥,滤袋上的粉尘将呈有序排列,使粉尘层疏松,更易清灰;粉尘荷电还强化粉尘在烟气中的气溶胶效应,使粉尘浓度分布均匀,可以明显的降低滤袋的阻力,实测小于1000Pa。清灰周期延长到了50分钟以上,大大低于纯袋式除尘器20~25分钟的清灰周期。设备在低阻力下稳定运行,可以减少因阻力波动对窑系统的影响。

6 结论

电袋复合除尘技术在水泥工业得到成功的应用,取得良好的效果。电袋复合技术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,为除尘器实现低阻、高效、长寿命开辟了新的实现途径,值得深入的研究,大力的推广应用。