立窑湿法高压静电组合式除尘技术的研究与应用
1 引言
我国拥有水泥立窑8000余台，是水泥生产大户，也是烟尘污染大户，影响到立窑生产的生存与发展。由于水泥立窑煅烧工况复杂，条件恶劣，治理难度大，现行应用的除尘技术由于一次投资大，运行费用高或其他种种原因，应用效果均不理想，迫切需要推出高效率、高可靠性、低价格、企业买得起、用得起的新技术。我们所研制的“水泥立窑湿法高压静电组合式除尘技术”，把喷雾增湿降尘、湿法高压静电除尘、污水过滤处理利用、微机自动控制系统组合为有机整体，能够确保粉尘排放浓度达标（小于100mg／Nm3）；不存在“结露”、“爬电”问题，可靠性高；一次投资低（比大玻纤袋除尘低50％）；运行费用低（比大玻纤袋除尘低90％）；并且污水全部回收处理利用，无二次污染；整个过程实现微机自控，包括自控喷雾除尘、自控湿法高压静电电场、自控排污、自控成球，实现了安全文明生产。
目前该项技术已在山东黄河水泥厂 Φ3m×1lm立窑上实施，正常运行已达半年多。
2 基本结构与工作原理
该系统由六大功能单元组成：增湿降尘、湿法高压静电、污水过滤、泥水成球、微机系统、高压电源。喷雾室与电场集尘极圆筒（兼立窑烟囱）组成本设备主体。在每个电场筒极的中心吊有电晕线，电晕线吊在桥架上，桥架则支承在高压绝缘子上。由于高压绝缘子不接触烟气，高压进线也进行了可靠绝缘处理，所以不存在干法静电除尘装置中的结露爬电问题。
工作原理：本设备的核心部分实质上就是一台湿法高压静电除尘器，其前级水除尘的喷雾室实质上就是烟尘的预处理器，在这里烟尘中的较粗颗粒与水雾碰撞、增重、沉降，同时烟气被增湿，其比电阻自动调整到适宜电除尘的最佳范围。由于电晕线与筒极之间施加高压直流电压，形成不均匀电场，电场中电晕放电使气体电离，形成离子和电子，电场内固体或液体粒子由于气态离子的连续轰击而荷电，带电粒子飞向相反极性，通常阳极作为集尘极。粒子所带电荷在集尘极被中和、捕集。由于集尘极被水膜连续冲洗，可获得强电场，不存在干式装置中振打清灰的二次扬尘问题，也排除了干式装置中由于结露造成的糊斗子、结拱、堵塞等麻烦。除尘原理如图1所示。
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图1 湿法高压静电除尘原理 1.喷嘴；2．喷雾箱；3．荷电粉尘;4.电晕线；5.烟囱（集尘极）；6．冲刷管；7.污水 |
3 系统运行过程
采用本设备的水泥立窑烟气除尘系统工作过程为：由于烟囱（兼电场集尘极筒体）的抽力实现自然通风，烟气进入水除尘喷雾箱内，该箱内布置有各种喷嘴，包括顺喷、侧喷、逆喷、顶喷、截喷等，根据烟囱烟气温度的变化，由高压离心水泵供水微机自控喷雾，烟尘通过该箱后，10μm以上颗粒大部分可以沉降，烟气得到初步净化增湿使粉尘比电阻稳定在合理的范围内。然后通过电场入口处的均风装置，气流均衡地进入电场各个筒体内，10μm以下的尘粒和液滴，在高压静电场的作用下荷电，被集尘极捕集，并被水膜连续不断地冲刷下来。产生的污水经排污管集入过滤器中，经两级过滤，清水集入清水箱中，被循环利用于喷雾除尘及水膜冲刷集尘极；泥水（浓缩后二次污水）排入污水箱中，通过微机控制进行自控成球，其工艺流程如图2。
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图2 湿法高压静电组合式除尘工艺流程 1.喷雾箱；2.检查门；3.过滤器；4.污水箱;5．双轴搅拌机；6.成球盘；7.污水泵；8．清水箱；9.清水泵；1O.电场 |
4 设备性能与运行工艺参数
该设备规格性能指标及运行工艺参数如表1。
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表1 收尘系统运行工艺参数
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5 使用效果
收尘系统自1997年11月投入运行已达半年多，生产实践证明使用效果是良好的。
(1)收尘系统启动后立窑烟囱冒黑烟和黄烟现象完全消失了，且烟气量减少1/2以上。
(2)烟气粉尘排放浓度达标：4月18日经环保监测站检测，排放深度为76.1mg/Nm3(见表2)
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表2 环保监测结果
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（3）与采用大玻纤袋除尘器相比，一次投资50万元左右，节约50％左右；采用自然通风，装机容量仅为15kW，运行费用节约90％；年维修费4万元，节约67％。
（4）利用微机实现了自控喷雾、自控排污、自控高压电场、自动污水成球，基本实现无人操作，实现了安全文明生产。
（5）除尘污水回收、过滤分离后，清水和污水均分别就地利用，杜绝了二次污染。
6 主要特点
（1）一次投资省，运行费用低。
由于系统采用自然通风、超宽极距、高压直流供电及湿法高压静电电场，阳极筒体个数大为减少，阳极、阴极不用振打，所以设备耗钢量大大降低，构造简化。
（2）除尘效果好，采用两级组合除尘，能确保达标排放。
（3）对立窑工况没有任何限制，无论废气温度和湿度多高或多低, ，对设备的正常工作均无影响，无结露爬电问题存在。
（4）设备结构合理、简捷，维修量小，操作维护容易掌握。
（5）适应性强：因地制宜，适应不同窑实际工艺情况，老窑、新窑都可应用，都具有同样好的效果。
（6）为烟气脱硫、脱氟创造条件。
7 与立窑煅烧工艺有关的几个问题
（1）双轴搅拌机预加污水成球采用进口喷嘴具有大而通畅的通道，不存在阻塞现象；此种喷嘴由耐磨合金材料制成，耐磨性高。由于浓缩污水的浓度只有5％～10％（含固量），对喷嘴的磨损不大，所以不必担心喷嘴寿命。
（2）关于电场（兼水泥立窑自然通风烟囱）抽力问题。我们在设计电场时进行了热工计算，所选用的电场截面积比该立窑原烟囱大几倍，电场高度比该立窑原烟囱还要高几米，电场系统阻力低，所以，从理论上，立窑使用本除尘装置后，烟囱抽力不会受到影响，从实际应用效果看，即使在阴雨天气压较低时，其排烟效果也优于沉降室。
（3）本设备对立窑工况的适应性强。这是由于第一级水除尘对立窑烟气的预处理作用，使进入电场的烟气含尘浓度大大降低，粉尘比电阻合理，有利于湿法高压静电电场的正常工作。同时第一级水除尘的喷水量由微机根据烟气温度自动调整，即烟气温度高时，说明湿料层薄，粉尘浓度高，烟气湿含量低，烟囱抽力也大，这时增大喷水量；烟气温度低，说明湿料层厚，粉尘浓度低，烟气湿含量高，烟囱抽力小，这时减小喷水量，这样以来既保证除尘效果，又能保证烟囱抽力。所以本项技术在水泥立窑上应用时，对立窑工况和湿料层的厚度无特殊要求。
（4）不降低立窑熟料产质量。由于立窑操作方法不需要任何改变，熟料产质量也就不会有影响。事实上，采用本系统后，利用污水微机自控成球，成球质量好而且稳定，有利于提高产质量。
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