立窯濕法高壓靜電組合式除塵技術的研究與應用
1 引言
我國擁有水泥立窯8000余臺，是水泥生產大戶，也是煙塵污染大戶，影響到立窯生產的生存與發展。由于水泥立窯煅燒工況復雜，條件惡劣，治理難度大，現行應用的除塵技術由于一次投資大，運行費用高或其他種種原因，應用效果均不理想，迫切需要推出高效率、高可靠性、低價格、企業買得起、用得起的新技術。我們所研制的“水泥立窯濕法高壓靜電組合式除塵技術”，把噴霧增濕降塵、濕法高壓靜電除塵、污水過濾處理利用、微機自動控制系統組合為有機整體，能夠確保粉塵排放濃度達標（小于100mg／Nm3）；不存在“結露”、“爬電”問題，可靠性高；一次投資低（比大玻纖袋除塵低50％）；運行費用低（比大玻纖袋除塵低90％）；并且污水全部回收處理利用，無二次污染；整個過程實現微機自控，包括自控噴霧除塵、自控濕法高壓靜電電場、自控排污、自控成球，實現了安全文明生產。
目前該項技術已在山東黃河水泥廠 Φ3m×1lm立窯上實施，正常運行已達半年多。
2 基本結構與工作原理
該系統由六大功能單元組成：增濕降塵、濕法高壓靜電、污水過濾、泥水成球、微機系統、高壓電源。噴霧室與電場集塵極圓筒（兼立窯煙囪）組成本設備主體。在每個電場筒極的中心吊有電暈線，電暈線吊在橋架上，橋架則支承在高壓絕緣子上。由于高壓絕緣子不接觸煙氣，高壓進線也進行了可靠絕緣處理，所以不存在干法靜電除塵裝置中的結露爬電問題。
工作原理：本設備的核心部分實質上就是一臺濕法高壓靜電除塵器，其前級水除塵的噴霧室實質上就是煙塵的預處理器，在這里煙塵中的較粗顆粒與水霧碰撞、增重、沉降，同時煙氣被增濕，其比電阻自動調整到適宜電除塵的最佳范圍。由于電暈線與筒極之間施加高壓直流電壓，形成不均勻電場，電場中電暈放電使氣體電離，形成離子和電子，電場內固體或液體粒子由于氣態離子的連續轟擊而荷電，帶電粒子飛向相反極性，通常陽極作為集塵極。粒子所帶電荷在集塵極被中和、捕集。由于集塵極被水膜連續沖洗，可獲得強電場，不存在干式裝置中振打清灰的二次揚塵問題，也排除了干式裝置中由于結露造成的糊斗子、結拱、堵塞等麻煩。除塵原理如圖1所示。
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圖1 濕法高壓靜電除塵原理 1.噴嘴；2．噴霧箱；3．荷電粉塵;4.電暈線；5.煙囪（集塵極）；6．沖刷管；7.污水 |
3 系統運行過程
采用本設備的水泥立窯煙氣除塵系統工作過程為：由于煙囪（兼電場集塵極筒體）的抽力實現自然通風，煙氣進入水除塵噴霧箱內，該箱內布置有各種噴嘴，包括順噴、側噴、逆噴、頂噴、截噴等，根據煙囪煙氣溫度的變化，由高壓離心水泵供水微機自控噴霧，煙塵通過該箱后，10μm以上顆粒大部分可以沉降，煙氣得到初步凈化增濕使粉塵比電阻穩定在合理的范圍內。然后通過電場入口處的均風裝置，氣流均衡地進入電場各個筒體內，10μm以下的塵粒和液滴，在高壓靜電場的作用下荷電，被集塵極捕集，并被水膜連續不斷地沖刷下來。產生的污水經排污管集入過濾器中，經兩級過濾，清水集入清水箱中，被循環利用于噴霧除塵及水膜沖刷集塵極；泥水（濃縮后二次污水）排入污水箱中，通過微機控制進行自控成球，其工藝流程如圖2。
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圖2 濕法高壓靜電組合式除塵工藝流程 1.噴霧箱；2.檢查門；3.過濾器；4.污水箱;5．雙軸攪拌機；6.成球盤；7.污水泵；8．清水箱；9.清水泵；1O.電場 |
4 設備性能與運行工藝參數
該設備規格性能指標及運行工藝參數如表1。
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表1 收塵系統運行工藝參數
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5 使用效果
收塵系統自1997年11月投入運行已達半年多，生產實踐證明使用效果是良好的。
(1)收塵系統啟動后立窯煙囪冒黑煙和黃煙現象完全消失了，且煙氣量減少1/2以上。
(2)煙氣粉塵排放濃度達標：4月18日經環保監測站檢測，排放深度為76.1mg/Nm3(見表2)
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表2 環保監測結果
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（3）與采用大玻纖袋除塵器相比，一次投資50萬元左右，節約50％左右；采用自然通風，裝機容量僅為15kW，運行費用節約90％；年維修費4萬元，節約67％。
（4）利用微機實現了自控噴霧、自控排污、自控高壓電場、自動污水成球，基本實現無人操作，實現了安全文明生產。
（5）除塵污水回收、過濾分離后，清水和污水均分別就地利用，杜絕了二次污染。
6 主要特點
（1）一次投資省，運行費用低。
由于系統采用自然通風、超寬極距、高壓直流供電及濕法高壓靜電電場，陽極筒體個數大為減少，陽極、陰極不用振打，所以設備耗鋼量大大降低，構造簡化。
（2）除塵效果好，采用兩級組合除塵，能確保達標排放。
（3）對立窯工況沒有任何限制，無論廢氣溫度和濕度多高或多低, ，對設備的正常工作均無影響，無結露爬電問題存在。
（4）設備結構合理、簡捷，維修量小，操作維護容易掌握。
（5）適應性強：因地制宜，適應不同窯實際工藝情況，老窯、新窯都可應用，都具有同樣好的效果。
（6）為煙氣脫硫、脫氟創造條件。
7 與立窯煅燒工藝有關的幾個問題
（1）雙軸攪拌機預加污水成球采用進口噴嘴具有大而通暢的通道，不存在阻塞現象；此種噴嘴由耐磨合金材料制成，耐磨性高。由于濃縮污水的濃度只有5％～10％（含固量），對噴嘴的磨損不大，所以不必擔心噴嘴壽命。
（2）關于電場（兼水泥立窯自然通風煙囪）抽力問題。我們在設計電場時進行了熱工計算，所選用的電場截面積比該立窯原煙囪大幾倍，電場高度比該立窯原煙囪還要高幾米，電場系統阻力低，所以，從理論上，立窯使用本除塵裝置后，煙囪抽力不會受到影響，從實際應用效果看，即使在陰雨天氣壓較低時，其排煙效果也優于沉降室。
（3）本設備對立窯工況的適應性強。這是由于第一級水除塵對立窯煙氣的預處理作用，使進入電場的煙氣含塵濃度大大降低，粉塵比電阻合理，有利于濕法高壓靜電電場的正常工作。同時第一級水除塵的噴水量由微機根據煙氣溫度自動調整，即煙氣溫度高時，說明濕料層薄，粉塵濃度高，煙氣濕含量低，煙囪抽力也大，這時增大噴水量；煙氣溫度低，說明濕料層厚，粉塵濃度低，煙氣濕含量高，煙囪抽力小，這時減小噴水量，這樣以來既保證除塵效果，又能保證煙囪抽力。所以本項技術在水泥立窯上應用時，對立窯工況和濕料層的厚度無特殊要求。
（4）不降低立窯熟料產質量。由于立窯操作方法不需要任何改變，熟料產質量也就不會有影響。事實上，采用本系統后，利用污水微機自控成球，成球質量好而且穩定，有利于提高產質量。
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