静电除尘器处理窑尾废气技术探讨

在当今世界,除了北美地区,水泥回转窑窑尾废气处理系统中传统的除尘方法都是采用静电除尘器.国内多数企业使用静电除尘器的历史较长,经验较多,都很适应.特别是在湿法窑和半干法窑窑尾废气处理系统中使用电除尘器时除尘效果很好,且易操作.但是在实际应用中,往往遇到许多技术问题,特别是新型干法悬浮预热窑窑尾废气的工艺参 数,诸如烟气量,烟气化学成分,含尘浓度,粉尘比电阻等值经常波动较大,给电除尘器的操作使用带来一些麻烦,许多用户尤其一些中小厂家还没有完全掌握这门技术,其运行效果不尽人意,不能达标.我们将多年积累的这方面的设计和实践经验总结如下,供大家参考.
一,工艺流程
60年代初,在全世界范围内开始重视节约能源.在这种形势下带悬浮预热器的水泥回转窑得以迅速发展,已经出现了10000t/d熟料生产线.为合理利用热能,在带悬浮预热器的回转窑系统中,通常将来自窑尾预热器的低温废气引入带烘干兼粉磨功
能的生料磨内,使生料磨在完成粉碎功能的同时,将含水分6%～8%的生料粉烘干至0.5%～1%,以利生料的均化,储存.出磨的废气温度也应高于露点温度300℃～400℃,以防止窑尾收尘系统不被冷凝,堵塞,一般控制在900℃～1000℃.出磨的含尘废气
经粗粉分离器和旋风收尘器预除尘后,与从增湿塔出来经调质处理的窑尾废气在汇风箱汇集进入电除尘器,经电收尘器捕集净化,干净的烟气排入大气(见图1).
二,设备技术性能与参数
水泥回转窑窑尾废气处理系统中包含的主要设备是静电除尘器和增湿塔.在生产操作过程中能掌握好这两种设备的操作规律,至关重要.静电除尘器和增湿塔的主要技术参数通常由三部分表述,与工艺有关的技术参数(工艺参数),机械本身的技术参数(机械参数)和与电气有关的技术参数(电气参数).分述如下:
2.1　静电除尘器
(1)工艺参数
设备型式:主要分为立式,卧式;单室,双室;湿法操作,干法操作.
设备规格通常表示为:LURGL:ZG/FT/NxZST/GA;;国内:WY-F-Ⅲ.
处理废气的能力(m3/h,Nm3/h):一般习惯用工况处理风量或标况处理风量表示.
外形尺寸(mm):取决于电场横截面积和电场长度.
进出风口的法兰尺寸(mm):取决于电场横截面积.根据工艺布置需要,有水平进气,上进气,下进气几种选择,**常用的是水平进气形式,其大小口比例通常为15:1.
设备阻力(Pa):一般均＜200Pa.
设备耐压(Pa):根据工艺系统需要设计.
电场内烟气流速(m/s):一般需＜1m/s.

适宜工作烟气温度(℃):见3.1节.
允许**高烟气温度(℃):见3.1节.
适宜烟气露点温度(℃):50℃～60℃.
进口含尘浓度(g/Nm3):50～60g/Nm3.
出口含尘浓度(mg/Nm3):＜50g/Nm3.
设备重量(t):取决于电场横截面积和电场长度.
保温面积(m2):取决于电场横截面积和电场长度.
(2)机械参数
除尘器室数:指垂直于气流方向分布的通路数.
电场:指沿气流方向独立配置一台高压电源的一组电极(电晕极和沉淀极)所形成的除尘电场.
电场个数(2):指沿气流方向分布的电场数与除尘器室数的乘积.
电场横截面积(m2):指垂直于气流方向电场的面积.
通道数(P):指垂直于气流方向的通道数(即电晕极的排数).
电场有效沉淀面积(m2):指沿气流方向极板投影面积的!倍与通道数的乘积.
电场有效长度(m):指沿气流方向极板的投影长度.
电场有效高度(m):指垂直气流方向极板的投影高度.
同极间距(mm):指垂直气流方向同极间的距离.
(3)电气参数
高压硅整流器型号及参数.
分布板,电晕极,沉淀极振打装置:传动电动机的有关参数.
卸料系统:传动电动机的有关参数.
电加热器,温控器,料位控制器,CO测定仪等仪器仪表的有关参数.
接地电阻:＜4Ω.
2.2增湿塔
(1)工艺参数
设备型式与规格:φD×Hmm.
处理废气的能力(m3/h,Nm3/h):一般习惯用工况处理风量或标况处理风量表示.
外形尺寸(mm):是否包含楼梯,平台.
进出风口的法兰尺寸(mm):上进气,下出气.
设备阻力(Pa):＜200Pa.
设备耐压(Pa):根据工艺系统需要设计.
塔内烟气流速(m/s):1.5～3.5m/s.
允许**高烟气温度(℃):350℃.
设备重量(t):是否包含楼梯,平台.
保温面积(m2):包括进气口,下部输送机不保温.
(2)供水设备参数
水泵型号及参数;
喷水管路环数(p);喷嘴个数(p).
适宜喷水量(t/h):0.5g(H2O)/Nm3.℃或0.15kg(H2O)/kg熟料.
**大喷水量(t/h):0.6g(H2O)/Nm3.℃或0.18kg(H2O)/kg熟料.
(3)电气参数
卸料系统:传动电动机的有关参数;温控器,料位控制器等仪器仪表的有关参数.
3,控制参数
3.1　工艺参数
带悬浮预热器水泥回转窑的出现,随之而来的问题是窑尾粉尘排放是否能达到环保排放标准(50mg/Nm3).从预热器排出的废气温度约为350℃,含尘量约为50～60g/Nm3,且细粉比例较大,露点温度仅为35℃～45℃,粉尘比电阻值为1013Ω-cm,显然这些工况条件是不利于静电除尘器工作的.粉尘比电阻值是废气温度和露点的函数见图.为达到适宜的粉尘比电阻值,目前使用**广泛也是**有效的方法是在静电除尘器前设置增湿塔,对回转窑烟气进行调质处理,以提高烟气的湿度,降低烟气的温度.实践证明,为保证电除尘器有效地工作,生料磨出口温度应控制在90℃～100℃,增湿塔出口温度应控制在150℃～190℃,经汇风箱混合后进入电除尘器的废气温度则控制在:90℃～120℃(磨开)或120℃～150℃(磨停),令粉尘比电阻值下降到109Ω～10111Ω-cm范围内,这是保证电除尘器有效工作的理想情况.能否达到上述工况条件,是用好静电除尘器的关键所在,并且也直接关系到用户的选型问题.例如,国外厂商在为用户选型时,一般是根据适宜的工况条件计算确定电除尘器的规格,不考虑违规操作,因而设备重量较轻;而用户在选用国产设备时,往往考虑许多非常因素,于是设计者在设计选型时为了追求可靠,往往加大保险系数,致使设备规格加大,所以,国内,外厂商对同样规模的回转窑生产线,选用的除尘设备规格会出现相差1倍的情况.
由于窑尾电除尘器的结构材料为普通碳素钢,其使用温度应＜350,否则钢材发生蠕变失去力学性能.为了保护设备不被烧毁,通常在静电除尘器前设置冷风阀,以应急降温保护设备.但不允许用掺冷风的办法降低进电除尘器的废气温度,那样将会大大增加进静电除尘器的废气量,提升了电场内的风速,降低了电场驱进速度,并增加了粉尘二次飞扬的机会,降低了收尘效率.设置在电除尘器前端的冷风阀应理解为是一种应急设备,作为异常高温(＞350℃)时的一种保护措施.
由于在回转窑操作中,风,煤,料的调节失衡,偶尔会出现煤粉不能充分燃烧,烟气中CO值异常升高达到其爆炸**的情况,有产生燃爆的危险.事实证明,国内外窑尾电收尘器产生燃爆事故的实例不在少数,带来巨大经济损失.所以经验教训告诉我们,在回转窑的生产操作过程中**控制进电除尘器烟气的CO值.理论和实践表明,**生产的CO控制值为1.5%(体积计)时报警,2%时电场断电.并要求将对应于CO量程0%～5%(体积计)的4～20mA模拟信号接入**控制室,便于操作与控制.
3.2　机械参数
静电除尘器内部的电场两极是收集粉尘的重要部件,特别要靠沉淀极板收集粉尘.
当极板上的粉尘积聚到一定厚度时,需要利用布置在每排极板端部的振打锤敲击该排极板,使粉尘成片状地从极板上脱离落入灰斗.如果振打频率不当会给清灰带来不利影响,振打频率过高会使粉尘没形成块状便被剥离,造成二次飞扬,振打频率过低会造成极板上积灰过厚导致电晕电流太小,这些都会使驱进速度下降,除尘效率降低.如何掌握振打频率便是我们**重视的问题.
为了正确理解沉淀极振打轴振打周期与振打频率的概念,我们将沉淀极振打装置的结构作一简单介绍:卧式电除尘器通常是由一台行星摆线针轮减速电动机带动一根传动轴,在轴上布置许多振打锤,由这些振打锤分别完成每一排极板的振打工作.根据要求一根转动轴上**多布置N个振打锤,即每根传动轴**多能带动N个振打锤,完成4排极板的振打任务.当多于N排极板时,则要求从另一侧布置同样结构的振打传动系统共同完成全部极板的振打工作.
假如一根转动轴上布置有N个振打锤,那么它们是怎样布置的呢？无疑,沿着轴长方向的间隔长度等于两排极板之间的距离(即同极间距);而在轴的圆周方向则均匀布置在360°的范围内.这样当传动电动机运行时,带动振打轴旋转,每转动一圈可以保证每个振打锤敲打一次极板(即一排极板).传动电动机出轴端连接振打轴,是按下述规律转动的.
TR=振打电动机转一圈所需时间(s);
t=相邻两个振打锤敲打极板的时间间隔:;<;
Ts=振打电动机间歇:停止运行<时间:;<;
Ts1,Ts2,Ts3:分别表示Ⅰ电场,Ⅱ电场,Ⅲ电场的振打电动机间歇时间;
GA＝电除尘器通道数;
n=极板排数,n=GA+1;
L=振打周期,L＝TR+Ts;
L1,L2,L3:分别表示Ⅰ电场,Ⅱ电场,Ⅲ电场的振打周期;
I=振打频率,I＝I/L=I/(TR+Ts);
C=振打间歇时间延长率,C＝L/TR;
C1,C2,C3:分别表示Ⅰ电场,Ⅱ电场,Ⅲ电场的振打间歇时间延长率;
I/G＝振打运行时间延长率,I/C=TR/L;
由于每个电场所处的位置不同,它们收下的粉尘负荷量也不同,则各个电场沉淀极的振打频率就不同.
下面以同极间距为400mm,电场匹配ZT24型沉淀极与V15型电晕线的窑尾电除尘器为例,说明各电场沉淀极振打周期.我们把靠近进气端的电场称为Ⅰ电场,各电场振打周期的设定值.应当指出各电场的振打间歇时间设定值在试生产期间,可以根据现场工况调节.
由于电晕极和分布板的主要功能不是收集粉尘,通常要求它们连续振打.
3.3　电气参数
为防止装在顶梁内的高压绝缘瓷瓶内部结露,爬电,影响电场的伏安特性,高压绝缘瓷瓶内设有电加热器,并设温控器检测,自动接通和切断电源.具体要求是:当进气端高压绝缘瓷瓶内温度＜80℃时(可以认定全部高压绝缘瓷瓶内温度均＜80℃),全部通电(电加热器工作);当出气端高压绝缘瓷瓶内温度＞100℃时(此时可以认定全部高压绝缘瓷瓶内温度均＞100℃),全部断电(电加热器不工作).
高压硅整流器的输出电压,电流处在什么状态下工作,收尘器效率**高,是我们关心的问题.通常电除尘器工作时的平均场强需达到3kV/cm,则同极间距为400mm的窑尾电除尘器二次电压应为60kV,受到电场结构形式和烟气工况条件的影响,实际达到50～55kV即可.二次电流与有效沉淀面积以及电场粉尘浓度密切相关,电除尘器正常工作时,实际作用于粉尘荷电的单位面积电晕电流不超过0.1mA/m2,同时随着电场位置不同其电晕电流密度又有差别(见表).
4,经常出现的故障和解决措施
1台运行良好的电除尘器一般都具备这样的前提条件:设计合理,选型得当,制造精良,精心安装.这里讨论的是在设计,选型,制造都已确定的情况下,安装和使用环节经常出现的问题与故障.任何安装工作中遗留的缺陷和违反要求的操作都会引起电
除尘器故障.
4.1　通过电除尘器的烟气量过大
如果不是电除尘器的选型偏小,出现此类问题的直接原因就是漏风严重.其漏风点主要在:检修门的密封不严,灰斗与输送机连接法兰密封不严,现场焊缝有纰漏等等,造成整台除尘器漏风率超过3%的允许值.漏风率超标导致电场内风速升高,高于**
佳流速后,电场驱进速度随着流速的增加而降低;另一方面风速太高气流易带走沉积在收尘极板上的粉尘,即引起所谓的二次飞扬现象.这样都会引起电除尘器效率的大大下降.
4.2　高压绝缘瓷瓶内温度失控
电晕极系统靠高压绝缘瓷瓶支撑并与电除尘器外壳绝缘,为防止装在顶梁内的高压绝缘瓷瓶内部结露,爬电,影响电场的伏安特性,高压绝缘瓷瓶内均设有电加热器,并设有温控器,自动接通或切断电源,具体要求前面已谈及.这一简单的保护措施往往不能得到足够的重视,电加热器,温控器不能正常工作,甚至还有在安装中就留下隐患的情况.
4.3　沉淀极振打装置运转频率不当
分布板,电晕极,沉淀极的振打频率设置不当,引起除尘器效率下降.
4.4　电场内常出现的故障
当1台静电除尘器带负荷运转后,由于设备部件受热膨冷缩影响,电场内的极间距,振打锤运动轨迹往往出现偏差.极间距偏差可能是上部悬吊梁窜动,悬挂装置松动引起,如果是因极板变形引起那就是安装问题了.振打锤运动轨迹的偏差,可以引起振打
点在三维方向出现偏离,可能是振打杆轴向窜动或是高度有误,振打锤在振打轴轴向窜动等原因引起的,需要认真调节解决.
4.5　增湿塔常出现的故障
增湿塔的使用效果,直接影响电除尘器的除尘效率.而用好增湿塔的关键是用好喷水系统,喷嘴雾化良好,不滴漏,控制好喷水量,不湿底.而这些正是现场经常出现的问题.
系统漏风带来的后果,前面也已说明.增湿塔的主要漏风点是,塔下灰斗与螺旋输送机的连接法兰处,应引起足够重视.