靜電除塵器處理窯尾廢氣技術探討
在當今世界，除了北美地區，水泥回轉窯窯尾廢氣處理系統中傳統的除塵方法都是采用靜電除塵器。國內多數企業使用靜電除塵器的歷史較長，經驗較多，都很適應。特別是在濕法窯和半干法窯窯尾廢氣處理系統中使用電除塵器時除塵效果很好，且易操作。但是在實際應用中，往往遇到許多技術問題，特別是新型干法懸浮預熱窯窯尾廢氣的工藝參數，諸如煙氣量、煙氣化學成分、含塵濃度、粉塵比電阻等值經常波動較大，給電除塵器的操作使用帶來一些麻煩，許多用戶尤其一些中小廠家還沒有完全掌握這門技術，其運行效果不盡人意，不能達標。我們將多年積累的這方面的設計和實踐經驗總結如下，供大家參考。
一、工藝流程
60年代初，在全世界范圍內開始重視節約能源。在這種形勢下帶懸浮預熱器的水泥回轉窯得以迅速發展，已經出現了10000t/d熟料生產線。為合理利用熱能，在帶懸浮預熱器的回轉窯系統中，通常將來自窯尾預熱器的低溫廢氣引入帶烘干兼粉磨功能的生料磨內，使生料磨在完成粉碎功能的同時，將含水分6%～8%的生料粉烘干至0.5%～1%，以利生料的均化、儲存。出磨的廢氣溫度也應高于露點溫度 300℃～400℃，以防止窯尾收塵系統不被冷凝、堵塞，一般控制在900℃～1000℃。出磨的含塵廢氣經粗粉分離器和旋風收塵器預除塵后，與從增濕塔出來經調質處理的窯尾廢氣在匯風箱匯集進入電除塵器，經電收塵器捕集凈化，干凈的煙氣排入大氣（見圖1）。
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二、設備技術性能與參數
水泥回轉窯窯尾廢氣處理系統中包含的主要設備是靜電除塵器和增濕塔。在生產操作過程中能掌握好這兩種設備的操作規律，至關重要。靜電除塵器和增濕塔的主要技術參數通常由三部分表述，與工藝有關的技術參數（工藝參數），機械本身的技術參數（機械參數）和與電氣有關的技術參數（電氣參數）。分述如下：
2.1 靜電除塵器
（1）工藝參數
設備型式：主要分為立式、臥式；單室、雙室；濕法操作、干法操作。
設備規格通常表示為：LURGL:ZG/FT/NxZST/GA；；國內：WY-F-Ⅲ。
處理廢氣的能力（m3/h，Nm3/h）：一般習慣用工況處理風量或標況處理風量表示。
外形尺寸（mm）：取決于電場橫截面積和電場長度。
進出風口的法蘭尺寸（mm）：取決于電場橫截面積。根據工藝布置需要，有水平進氣、上進氣、下進氣幾種選擇，最常用的是水平進氣形式，其大小口比例通常為15：1。
設備阻力（Pa）：一般均＜200Pa。
設備耐壓（Pa）：根據工藝系統需要設計。
電場內煙氣流速（m/s）：一般需＜1m/s。
適宜工作煙氣溫度（℃）：見3.1節。
允許最高煙氣溫度（℃）：見3.1節。
適宜煙氣露點溫度（℃）：50℃～60℃。
進口含塵濃度（g/Nm3）：50～60g/Nm3。
出口含塵濃度（mg/Nm3）：＜50g/Nm3。
設備重量（t）：取決于電場橫截面積和電場長度。
保溫面積（m2）：取決于電場橫截面積和電場長度。
（2）機械參數
除塵器室數：指垂直于氣流方向分布的通路數。
電場：指沿氣流方向獨立配置一臺高壓電源的一組電極（電暈極和沉淀極）所形成的除塵電場。
電場個數（2）：指沿氣流方向分布的電場數與除塵器室數的乘積。
電場橫截面積（m2）：指垂直于氣流方向電場的面積。
通道數（P）：指垂直于氣流方向的通道數（即電暈極的排數）。
電場有效沉淀面積（m2）：指沿氣流方向極板投影面積的!倍與通道數的乘積。
電場有效長度（m）：指沿氣流方向極板的投影長度。
電場有效高度（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
高壓硅整流器型號及參數。
分布板、電暈極、沉淀極振打裝置：傳動電動機的有關參數。
卸料系統：傳動電動機的有關參數。
電加熱器、溫控器、料位控制器、CO測定儀等儀器儀表的有關參數。
接地電阻：＜4Ω。
2.2增濕塔
（1）工藝參數
設備型式與規格：φD×Hmm。
處理廢氣的能力（m3/h，Nm3/h）：一般習慣用工況處理風量或標況處理風量表示。
外形尺寸（mm）：是否包含樓梯、平臺。
進出風口的法蘭尺寸（mm）：上進氣、下出氣。
設備阻力（Pa）：＜200Pa。
設備耐壓（Pa）：根據工藝系統需要設計。
塔內煙氣流速（m/s）：1.5～3.5m/s。
允許最高煙氣溫度（℃）：350℃。
設備重量（t）：是否包含樓梯、平臺。
保溫面積（m2）：包括進氣口，下部輸送機不保溫。
（2）供水設備參數
水泵型號及參數；
噴水管路環數（p）；噴嘴個數（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
卸料系統：傳動電動機的有關參數；溫控器、料位控制器等儀器儀表的有關參數。
3、控制參數
3.1 工藝參數
帶懸浮預熱器水泥回轉窯的出現，隨之而來的問題是窯尾粉塵排放是否能達到環保排放標準（50mg/Nm3）。從預熱器排出的廢氣溫度約為350℃，含塵量約為50～60g/Nm3，且細粉比例較大，露點溫度僅為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的函數見圖。為達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置增濕塔，對回轉窯煙氣進行調質處理，以提高煙氣的濕度，降低煙氣的溫度。實踐證明，為保證電除塵器有效地工作，生料磨出口溫度應控制在90℃～100℃，增濕塔出口溫度應控制在150℃～190℃，經匯風箱混合后進入電除塵器的廢氣溫度則控制在：90℃～120℃（磨開）或 120℃～150℃（磨停），令粉塵比電阻值下降到109Ω～10111Ω-cm范圍內，這是保證電除塵器有效工作的理想情況。能否達到上述工況條件，是用好靜電除塵器的關鍵所在，并且也直接關系到用戶的選型問題。例如，國外廠商在為用戶選型時，一般是根據適宜的工況條件計算確定電除塵器的規格，不考慮違規操作，因而設備重量較輕；而用戶在選用國產設備時，往往考慮許多非常因素，于是設計者在設計選型時為了追求可靠，往往加大保險系數，致使設備規格加大，所以，國內、外廠商對同樣規模的回轉窯生產線，選用的除塵設備規格會出現相差1倍的情況。
由于窯尾電除塵器的結構材料為普通碳素鋼，其使用溫度應＜350，否則鋼材發生蠕變失去力學性能。為了保護設備不被燒毀，通常在靜電除塵器前設置冷風閥，以應急降溫保護設備。但不允許用摻冷風的辦法降低進電除塵器的廢氣溫度，那樣將會大大增加進靜電除塵器的廢氣量，提升了電場內的風速，降低了電場驅進速度，并增加了粉塵二次飛揚的機會，降低了收塵效率。設置在電除塵器前端的冷風閥應理解為是一種應急設備，作為異常高溫（＞350℃）時的一種保護措施。
由于在回轉窯操作中，風、煤、料的調節失衡，偶爾會出現煤粉不能充分燃燒、煙氣中CO值異常升高達到其爆炸極限的情況，有產生燃爆的危險。事實證明，國內外窯尾電收塵器產生燃爆事故的實例不在少數，帶來巨大經濟損失。所以經驗教訓告訴我們，在回轉窯的生產操作過程中必須控制進電除塵器煙氣的CO值。理論和實踐表明，安全生產的CO控制值為1.5%（體積計）時報警，2%時電場斷電。并要求將對應于CO量程0%～5%（體積計）的4～20mA模擬信號接入中央控制室，便于操作與控制。
3.2 機械參數
靜電除塵器內部的電場兩極是收集粉塵的重要部件，特別要靠沉淀極板收集粉塵。
當極板上的粉塵積聚到一定厚度時，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。如果振打頻率不當會給清灰帶來不利影響，振打頻率過高會使粉塵沒形成塊狀便被剝離，造成二次飛揚，振打頻率過低會造成極板上積灰過厚導致電暈電流太小，這些都會使驅進速度下降，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構作一簡單介紹：臥式電除塵器通常是由一臺行星擺線針輪減速電動機帶動一根傳動軸，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。根據要求一根轉動軸上最多布置N個振打錘，即每根傳動軸最多能帶動N個振打錘，完成4排極板的振打任務。當多于N排極板時，則要求從另一側布置同樣結構的振打傳動系統共同完成全部極板的振打工作。
假如一根轉動軸上布置有N個振打錘，那么它們是怎樣布置的呢？無疑，沿著軸長方向的間隔長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。這樣當傳動電動機運行時，帶動振打軸旋轉，每轉動一圈可以保證每個振打錘敲打一次極板（即一排極板）。傳動電動機出軸端連接振打軸，是按下述規律轉動的。
TR=振打電動機轉一圈所需時間(s)；
t=相鄰兩個振打錘敲打極板的時間間隔:;<；
Ts=振打電動機間歇:停止運行<時間:;<；
Ts1、Ts2、Ts3：分別表示Ⅰ電場、Ⅱ電場、Ⅲ電場的振打電動機間歇時間；
GA＝電除塵器通道數；
n=極板排數，n=GA+1；
L=振打周期，L＝TR+Ts；
L1、L2、L3：分別表示Ⅰ電場、Ⅱ電場、Ⅲ電場的振打周期；
I=振打頻率，I＝I/L=I/(TR+Ts)；
C=振打間歇時間延長率，C＝L/TR；
C1、C2、C3：分別表示Ⅰ電場、Ⅱ電場、Ⅲ電場的振打間歇時間延長率；
I/G＝振打運行時間延長率，I/C=TR/L；
由于每個電場所處的位置不同，它們收下的粉塵負荷量也不同，則各個電場沉淀極的振打頻率就不同。
下面以同極間距為400mm，電場匹配ZT24型沉淀極與V15型電暈線的窯尾電除塵器為例，說明各電場沉淀極振打周期。我們把靠近進氣端的電場稱為Ⅰ電場，各電場振打周期的設定值(見表)。應當指出各電場的振打間歇時間設定值在試生產期間，可以根據現場工況調節。
由于電暈極和分布板的主要功能不是收集粉塵，通常要求它們連續振打。
3.3 電氣參數
為防止裝在頂梁內的高壓絕緣瓷瓶內部結露、爬電，影響電場的伏安特性，高壓絕緣瓷瓶內設有電加熱器，并設溫控器檢測，自動接通和切斷電源。具體要求是：當進氣端高壓絕緣瓷瓶內溫度＜80℃時（可以認定全部高壓絕緣瓷瓶內溫度均＜80℃），全部通電（電加熱器工作）；當出氣端高壓絕緣瓷瓶內溫度＞100℃時（此時可以認定全部高壓絕緣瓷瓶內溫度均＞100℃），全部斷電（電加熱器不工作）。
高壓硅整流器的輸出電壓、電流處在什么狀態下工作，收塵器效率最高，是我們關心的問題。通常電除塵器工作時的平均場強需達到3kV/cm，則同極間距為400mm的窯尾電除塵器二次電壓應為60kV，受到電場結構形式和煙氣工況條件的影響，實際達到50～55kV即可。二次電流與有效沉淀面積以及電場粉塵濃度密切相關，電除塵器正常工作時，實際作用于粉塵荷電的單位面積電暈電流不超過0.1mA/m2，同時隨著電場位置不同其電暈電流密度又有差別(見表)。
4、經常出現的故障和解決措施
1臺運行良好的電除塵器一般都具備這樣的前提條件：設計合理、選型得當、制造精良、精心安裝。這里討論的是在設計、選型、制造都已確定的情況下，安裝和使用環節經常出現的問題與故障。任何安裝工作中遺留的缺陷和違反要求的操作都會引起電
除塵器故障。
4.1 通過電除塵器的煙氣量過大
如果不是電除塵器的選型偏小，出現此類問題的直接原因就是漏風嚴重。其漏風點主要在：檢修門的密封不嚴、灰斗與輸送機連接法蘭密封不嚴，現場焊縫有紕漏等等，造成整臺除塵器漏風率超過3%的允許值。漏風率超標導致電場內風速升高，高于最
佳流速后，電場驅進速度隨著流速的增加而降低；另一方面風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現象。這樣都會引起電除塵器效率的大大下降。
4.2 高壓絕緣瓷瓶內溫度失控
電暈極系統靠高壓絕緣瓷瓶支撐并與電除塵器外殼絕緣，為防止裝在頂梁內的高壓絕緣瓷瓶內部結露、爬電，影響電場的伏安特性，高壓絕緣瓷瓶內均設有電加熱器，并設有溫控器，自動接通或切斷電源，具體要求前面已談及。這一簡單的保護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 沉淀極振打裝置運轉頻率不當
分布板、電暈極、沉淀極的振打頻率設置不當，引起除塵器效率下降。
4.4 電場內常出現的故障
當1臺靜電除塵器帶負荷運轉后，由于設備部件受熱膨冷縮影響，電場內的極間距，振打錘運動軌跡往往出現偏差。極間距偏差可能是上部懸吊梁竄動，懸掛裝置松動引起，如果是因極板變形引起那就是安裝問題了。振打錘運動軌跡的偏差，可以引起振打
點在三維方向出現偏離，可能是振打桿軸向竄動或是高度有誤、振打錘在振打軸軸向竄動等原因引起的，需要認真調節解決。
4.5 增濕塔常出現的故障
增濕塔的使用效果，直接影響電除塵器的除塵效率。而用好增濕塔的關鍵是用好噴水系統，噴嘴霧化良好，不滴漏，控制好噴水量，不濕底。而這些正是現場經常出現的問題。
系統漏風帶來的后果，前面也已說明。增濕塔的主要漏風點是，塔下灰斗與螺旋輸送機的連接法蘭處，應引起足夠重視。
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