电除尘器在水泥窑尾超低排放一体化中的应用
水泥 倪新华，赵文波，李小龙 （江苏科行环保股份有限公司，江苏盐城224000） 2021-07-20
【摘要】文章论述了水泥窑尾高温烟气的特点及高温电除尘器的相关技术，结合实例阐述了高温电除尘器在水泥窑尾超低排放一体化中的成功应用。
【关键词】窑尾烟气特点；高温电除尘器；应用近年来，国家对环保的重视力度不断加大，水泥厂脱硝采用SNCR技术已无法满足超低排放标准的要求，只有采用脱硝效率更高的SCR技术才能满足国家超低排放标准的要求，而目前布置在C1出口的高温电除尘器+SCR脱硝工艺技术具有较强的适应能力。
水泥厂窑尾烟气粉尘具有高温、高浓度、碱金属成分高、粒径小、黏性大等特点［1］，高浓度粉尘易使催化剂中毒与磨损，粒径小、具有黏性使催化剂容易堵塞，不仅使脱硝效率降低，也大幅缩短了催化剂的使用寿命，在SCR脱硝之前设计高温除尘器作为预收尘器尤为重要。
1.窑尾烟气特点
1.1.含尘浓度高
窑尾烟气C1含尘浓度一般为80～100g/m3，有些甚至高达120g/m3［2］。粉尘浓度高不仅要求电除尘器具有较高的除尘效率，而且还容易使电除尘器产生电晕封闭，除尘器效率下降，甚至使电除尘器首电场无法正常工作。
1.2.粉尘比电阻高
由于采用高温电除尘器时窑尾烟气直接从预热器窑C1口接出进入高温电除尘器，烟气含湿量低，露点温度40℃左右，烟尘温度在280～340℃，粉尘比电阻高达1012～1013Ω·cm。窑尾废气粉尘比电阻与温度、湿度的关系见图1。高比电阻粉尘荷电困难，且吸附到收尘极板上的电荷不容易释放，当吸附的粉尘达到一定程度后，便产生反电晕，粉尘再次返回到烟气中，降低了除尘效率。
图1 窑尾烟尘比电阴特性图
1.3.粉尘粒径细
根据有关资料，窑尾烟气中粉尘粒径小于5μm的占58%，小于10μm的占90%。见图2。粉尘粒径小，物理黏性强，导致吸附的粉尘清灰困难，振打力加大又容易产生二次扬尘，既增大了电除尘器的负荷也降低了除尘器的除尘效率。
图2 窑尾烟尘粒径分布图
1.4.烟气含一定量的CO
水泥窑以煤作燃料时，煤的灰分有60%～65%的部分被熟料吸收，剩余35%～40%的部分悬浮于废气中，随废气排入大气。窑尾C1出口CO浓度正常范围为300～5000ppm，由于炉况波动CO存在瞬时超过10000ppm的情况。当CO浓度过高时，电除尘器放电产生电火花会产生爆燃爆鸣，对安全运行产生不利影响。废气温度＞80℃、CO＞2%、O2＞12%时，易发生燃爆事故。
1.5.粉尘碱性氧化物含量较高
水泥窑排出的烟尘具有生料和熟料的属性，其化学成分受多种因素的支配，主要取决于生料和煤粉的成分。粉尘碱性氧化物含量较高，易腐蚀电极，电除尘器局部结构应采取防腐措施。水泥窑排出的粉尘特性详见表1。
2.高温电除尘器设计措施
2.1极配采用窄极距
对含尘浓度高，易产生“电晕封闭”的电除尘器，在设计上应采用较窄的极间距，采用放电强的阴极线型，如芒刺线、鱼骨线等，使放电集中，增强电风影响。收尘极采用耐高温的C型极板，保持良好的极间距。运行中保证振打机构完好，使电晕线处于清洁状态，减少或防止“电晕封闭”的发生。
2.2采用烟气调质技术
粉尘比电阻高，粉尘的驱进速度减小，粉尘的驱进速度是影响电收尘效率的一个重要因素，增加粉尘粒子的荷电量，可以提高带电尘粒的驱进速度，一般选用大一个级别规格的电源的高频电源，以保证充足的荷电要求。对于高比电阻粉尘较多的烟气，可同时加大选用电源的输出电压规格，促进高比电阻粉尘的荷电。对于粉尘浓度大，比电阻高的粉尘应采用增湿调质技术，比如采用喷氨水或直接喷水，使烟气中的粉尘聚集，表面比电阻降低，从而提高除尘效率。
2.3采用雾化凝并技术
粉尘粒径细会使粉尘不容易荷电，驱进速度小，吸附后清灰困难，应采用雾化凝并技术，可在除尘器进口烟道上采用喷氨水或直接喷水，使粒径细的颗粒聚集成大颗粒，减小粉尘的比电阻，增大粉尘的驱进速度，粉尘吸附后释放电荷快，不会产生反电晕，同时容易振打清灰。
2.4设置防爆装置
窑尾烟气中含有一定量的CO，除尘器应设置CO检测和防爆装置，CO检测装置与高压电源采用联锁控制，当CO浓度达到设定值时，关断电源不进行放电。防爆装置应按标准设置，保证爆炸发生时电除尘器内部释放压力的要求。
2.5控制漏风率
烟气中碱性氧化物含量高，设计和安装中应严控漏风率，避免死角的产生，以免因局部温降大，局部烟气温度降低到露点以下，引起电除尘器构件的过早腐蚀。
3.高温电除尘器应用
某水泥厂5000t/d新型干法水泥窑，为满足烟气排放氮氧化物的标准要求，新增SCR脱硝系统，在余热锅炉之前，增加高温电除尘器和SCR反应器，详见工艺流程图。
降低烟气中的粉尘浓度是水泥高温SCR脱硝的关键技术之一，采用低阻高效高温电除尘技术（280～350℃），将粉尘浓度降低至30～40g/Nm3。为保证高温电除尘器除尘效果，保证SCR系统的正常运行，该项目中高温电除尘器采取了如下改进措施：
（1）降低高温电除尘器入口粉尘浓度。在进口封头内设置折板型分布板，烟气中的粉尘撞击到分布板上失去动能，从而随着重力下降到进口封头的下侧板上，进一步沿下侧板落入灰斗。
工艺流程图
（2）烟气进行调质处理。利用SCR的喷氨系统，将稀释氨水直接喷入除尘器进口烟道内，增加烟气的含湿量，同时氨水电离后生成NH4+和OH-，增加了电场中的正负离子密度，粉尘容易带电，提高除尘效率。由于粉尘吸附NH4+在表面，粉尘的表面比电阻降低，吸附到收尘极电荷容易释放，避免了反电晕的现象发生。
（3）采用大截面、小分区设计。高温电除尘器用于SCR脱硝之前预除尘，除尘效率仅为60%，所需比集尘面积较小，但由于烟气量大，单室结构电场风速高，不利于除尘。该项目采用双室前后分区结构，前分区采用高电压、强放电增加粉尘的荷电，后分区采用低电压、强电场增加粉尘的吸附。
目前，高温电除尘器+SC脱硝一体化技术已被水泥行业认为是最具有发展前景的超低排放技术，我公司通过对高温电除尘器的优化改进，克服了常规电除尘器由于窑尾粉尘烟气比电阻高而引起除尘效率低、粉尘浓度大造成脱硝催化剂中毒、堵塞和过早磨损的缺陷，整个系统运行稳定、可靠，运行阻力低、能耗小，值得水泥行业在新建或改造中应用和推广。
参考文献
[1]黎在时.电除尘器的选型安装与运行管理[M].中国电力出版社,2005年6月.
[2]唐国山，唐复磊.水泥厂电除尘器应用技术[M].
化学工业出版社, 2005年1月.
作者简介：倪新华（1980—），男，江苏盐城，学士，机械工程师，从事环保设备设计工作。
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