翁杰

1 電除塵器的影響因素分析

電除塵器是水泥行業(yè)采用的主要收塵裝置之一，具有除塵效率高、可處理煙氣流量大且耐高溫和腐蝕、氣流壓力損失小、可處理較小粒徑粉塵、總體能耗低、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此電除塵器在水泥行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。有關(guān)資料顯示，世界上粉塵排放要求較高的歐美發(fā)達(dá)國(guó)家及日本的燃煤電廠目前仍主要采用電除塵器，而他們的排放濃度一般都低于20～30mg/m3（標(biāo)）。例如歐盟2001/80/EC 規(guī)定排放值＜30mg/m3（標(biāo)），電收塵只占85%左右，實(shí)際平均排放濃度＜10mg/m3（標(biāo)）。美國(guó)和日本規(guī)定排放濃度＜20mg/m3（標(biāo)），在美國(guó)電除塵器占80%左右，而日本幾乎全部采用電除塵器[1]。

電除塵器雖然有著諸多優(yōu)點(diǎn)，但近年來卻飽受非議，究其原因，主要是由于電除塵器的除塵效率易受多方面因素的影響，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）粉塵的比電阻

粉塵的比電阻是關(guān)系到電除塵器的選用和除塵效率的一個(gè)重要因素，比電阻過大或過小都會(huì)對(duì)除塵效率產(chǎn)生不利影響。

粉塵的比電阻與固體物質(zhì)的電阻率不同，固體物質(zhì)電阻率是表示物質(zhì)本身的電阻，而粉塵的比電阻除了表示本身的電阻外，還表示粉塵顆粒的表面電阻與顆粒之間所包含的氣體的電阻等。粉塵比電阻與粉塵本身的理化性質(zhì)、含塵氣體的溫度、濕度等因素有關(guān)，并隨測(cè)試方法不同而有所差異。粉塵比電阻與電除塵器除塵效率之間的關(guān)系如圖1所示。

在不考慮濕度或增濕的情況下，水泥生產(chǎn)中常見粉塵的比電阻一般為4.6×108～1013Ωcm，由圖1 可見，該值并不在電除塵器的高除塵效率區(qū)域內(nèi)，因此，若要使水泥廠電除塵器具有較高的除塵效率就必須對(duì)水泥廠廢氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，如噴霧增濕或用化學(xué)添加劑如SO3、NH3等進(jìn)行調(diào)理，以降低粉塵比電阻。

（2）廢氣的流速

電除塵器的除塵效率是指處理的氣體量在一定范圍內(nèi)而言。如果氣體量超過設(shè)計(jì)的范圍，則除塵效率達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。氣體流量大于電除塵器設(shè)計(jì)允許的范圍時(shí)，使除塵效率降低的原因主要是由于氣流流速增大，減少了粉塵微粒與電離的氣體離子相結(jié)合的機(jī)會(huì)，加大了粉塵微粒被高速氣流帶走的數(shù)量，同時(shí)也加大了已沉聚下來的粉塵再度被高速氣流揚(yáng)起帶走的力量，即加大了二次揚(yáng)塵。

從電除塵器的工作原理來看，氣體流速愈低，粉塵微粒荷電的機(jī)會(huì)愈多，因而除塵效率愈高，如圖2 所示。水泥廠回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣在電除塵器中的流速＜0.5m/s 時(shí)，除塵效率最高，幾乎接近100%；當(dāng)流速增高到1.0m/s 時(shí)，除塵效率降低到96%；當(dāng)流速增高到1.6m/s時(shí)，除塵效率只有84%?？梢?，隨著氣體流速的增高，除塵效率大幅度下降。一般認(rèn)為，氣體流速取0.6～1.3m/s為宜[2]。

（3）廢氣的溫度

含塵氣體溫度的高低主要影響到粉塵的比電阻，包括塵粒的表面電阻和本身電阻。在低溫時(shí)，粉塵的表面吸附物和水蒸氣或其他化學(xué)物質(zhì)的影響起作用，隨著溫度的升高，作用減弱，比電阻增加。但高溫時(shí)，塵粒本身的電阻起作用，隨著溫度的升高，塵粒中質(zhì)點(diǎn)的能量增加，電阻降低，比電阻降低。水泥窯粉塵的比電阻與氣體溫度的關(guān)系如圖3 所示。由于電除塵器對(duì)粉塵比電阻有一定范圍的要求，因此，溫度對(duì)除塵效率的影響主要表現(xiàn)為對(duì)比電阻的影響。

圖1 粉塵比電阻與除塵效率及電暈電流的關(guān)系

圖2 廢氣流速與除塵效率的關(guān)系

圖3 粉塵在不同溫度下的比電阻

由圖3 可知，高溫氣體雖然可使粉塵比電阻降低，但對(duì)電除塵器的機(jī)械強(qiáng)度不利。從總的效果來看，氣體的溫度低一些有利于提高電除塵器的除塵效率，但不能低到氣體的露點(diǎn)，否則容易引起粉塵結(jié)塊，使設(shè)備易于腐蝕。經(jīng)驗(yàn)表明，進(jìn)入電除塵器的氣體溫度低于200℃，高于露點(diǎn)50℃，有利于電除塵器的操作和提高除塵效率。

（4）供電系統(tǒng)的影響

供電系統(tǒng)對(duì)電除塵器的影響一直以來都是業(yè)界廣泛關(guān)注的問題，其中包括供電系統(tǒng)的供電方式、電壓等級(jí)、電流等。研究表明，間歇供電方式對(duì)抑制反電暈有較好效果，因?yàn)槠湟笞儔浩魅萘亢退查g輸出功率提高，同時(shí)降低電場(chǎng)平均電壓，在收集低比電阻粉塵時(shí)反而會(huì)增加二次揚(yáng)塵，其應(yīng)用有一定局限性。而脈沖供電的特點(diǎn)是在直流上疊加小脈寬的脈沖電壓，提高了峰值電壓，減小了平均電壓，改變頻率可使電暈電流在很寬范圍內(nèi)可調(diào)，可以有效抑制反電暈，適合捕集高比電阻粉塵。但脈沖供電電源需要增加脈沖發(fā)生裝置及其控制系統(tǒng)，這就增加了設(shè)備的復(fù)雜性和電源的造價(jià)。高頻電源方式可以提高電除塵器效率，它利用IGBT電路將工頻用電轉(zhuǎn)換為高頻后經(jīng)高頻變壓器升壓為高頻高壓，然后經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)換為高壓直流電供于電除塵器。另外還有PWM 控制電源供電、恒流供電等方式[3]。

利用現(xiàn)代控制技術(shù)可以達(dá)到提高供電效率、跟蹤工況變化、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等目的。主要的控制技術(shù)如火花控制、最高平均電壓控制等[3]。

由上述可知，電除塵器除塵效率的高低意味著其對(duì)水泥廠廢氣的凈化程度。但電除塵器的除塵效率易受多方面因素的影響，如粉塵的比電阻、廢氣的溫度、濕度、流速、電源形式等。因此，在進(jìn)行電除塵器的設(shè)計(jì)和改造時(shí)應(yīng)充分考慮這些影響因素，以獲得盡可能高的除塵效率。

2 余熱發(fā)電對(duì)電除塵器的影響及解決思路

由圖1 可知，當(dāng)粉塵比電阻在105～1010Ωcm 范圍內(nèi)時(shí)電除塵器的除塵效率較高，但水泥行業(yè)的粉塵比電阻一般均＞1010Ωcm，因此，為獲得電除塵器較理想的除塵效率需要采取措施使粉塵比電阻降低。

根據(jù)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為降低粉塵比電阻，水泥廠一般采用噴霧增濕并將廢氣用于烘干磨烘干原料的措施，事實(shí)證明，此舉對(duì)提高電除塵器的效率十分有利。

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排行業(yè)的日趨重視，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)水泥廠都建設(shè)了水泥窯純低溫余熱發(fā)電工程。純低溫余熱發(fā)電工程對(duì)回收中低溫廢氣余熱效果顯著，不僅能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且能得到較好的社會(huì)效益。

為改變上余熱發(fā)電之后粉塵比電阻偏高的這一狀況，通常的思路是對(duì)廢氣進(jìn)行二次增濕?？墒怯酂岚l(fā)電出來的廢氣溫度較低，有的甚至不到100℃，采用噴霧增濕存在很大的困難。長(zhǎng)期的實(shí)踐探索發(fā)現(xiàn)，采用噴SO3對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)是降低粉塵比電阻的有效措施之一。SO3對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)已是十分成熟的技術(shù)，國(guó)外燃煤電廠采用得很普遍，我國(guó)雖起步較晚，但采用的也逐漸增多，用于熱電廠煙氣的調(diào)質(zhì)，對(duì)提高燃低硫煤電除塵器的效率非常顯著，將這一技術(shù)移植到水泥行業(yè)定會(huì)有大的效果。

粉塵導(dǎo)電有體積導(dǎo)電和表面導(dǎo)電兩種導(dǎo)電機(jī)理，在低溫情況下，主要是靠表面導(dǎo)電。而表面導(dǎo)電與吸附在粉塵表面的氣體和水分有關(guān)。在煙氣中噴入15～20ppm的SO3，與煙氣中水分相結(jié)合形成稀硫酸，吸附在粉塵表面，可大大提高粉塵表面導(dǎo)電率，這對(duì)提高電除塵器的效率十分有利[1]。

水泥窯尾煙氣用于余熱發(fā)電后，溫度較低，采用SO3進(jìn)行調(diào)質(zhì)，可以克服噴水增濕的困難，電除塵器改造采用這一成熟技術(shù)，將會(huì)對(duì)粉塵排放達(dá)標(biāo)產(chǎn)生重要作用。這種方法適宜的廢氣溫度為110～180℃[1]。

采用新型供電系統(tǒng)的供電方式，對(duì)提高電除塵器的效率也是非常顯著的。

實(shí)踐表明，在水泥行業(yè)大力發(fā)展余熱發(fā)電工程對(duì)于回收水泥生產(chǎn)線中低溫廢氣余熱，以及在響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召、降低水泥生產(chǎn)成本、提高水泥企業(yè)效益等方面具有非常大的好處。但余熱發(fā)電工程的建設(shè)將對(duì)現(xiàn)有的窯頭、窯尾電除塵器的除塵效率產(chǎn)生較大的不利影響。余熱發(fā)電的投運(yùn)將導(dǎo)致原有增濕塔的停用，從而導(dǎo)致廢氣粉塵比電阻的增加，進(jìn)而使得原有電除塵器的除塵效率大幅下降。為解決這一問題，國(guó)內(nèi)外已開展了相關(guān)方面的研究，如使用SO3對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)、采用新型的電源方式等。在這一思路的指引下，今后在實(shí)際工程的實(shí)施過程中應(yīng)具體問題具體分析，全面考慮電除塵器的影響因素，并最終找到除塵效率下降的解決方案。