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電除塵器在水泥工業(yè)逐步失寵的緣(yuán)由

新修訂的《水泥工業大氣汙染物排(pái)放標準》(GB4915-2013)中規定“水泥窯及窯尾餘熱利用係統”排放標準為30mg/m³,特(tè)別排放限值20mg/m³,窯頭冷卻機的排放標準和窯尾(wěi)一樣(yàng)。
新標準實施後,袋除塵器應用愈來(lái)愈(yù)多,出(chū)現了“電(diàn)改(gǎi)袋”的現象。一些和袋除(chú)塵行業利益密切的企(qǐ)業,不是(shì)從為用戶負責的角度(dù)出發,而是出於自身利益需要,片麵(miàn)宣傳袋(dài)除塵器的優勢,強調電除塵器的(de)缺(quē)點,甚至喊出“水泥行業(yè)除塵‘電改袋’刻(kè)不容緩(huǎn)”的口號。
中國環保產業協會電除(chú)塵委員會通(tōng)過調(diào)查研究並結合(hé)國內外案例進行分析,認為電除塵器並沒(méi)有過時(shí),不僅技術成熟(shú)、經濟型更(gèng)好,而且完全可以在滿足低排放要求同時(shí)實現節能減排。當然,電除塵技術同樣(yàng)有自(zì)身的局限性,所以(yǐ)在此呼籲,應正確、理性看待水泥行業電除塵技術。
水泥廠回(huí)轉窯窯尾和窯頭冷卻機排出(chū)的廢氣,一直是水(shuǐ)泥廠粉塵治(zhì)理的重中之重。根(gēn)據現有的技術水平(píng),隻有采(cǎi)用電除塵器、袋除塵(chén)器及近幾年開(kāi)發成功的電袋複合(hé)除塵(chén)器,粉塵排放才能達到國家(jiā)的排放標準。由於電(diàn)除塵器本身具有的優點,特別是(shì)20世紀80~90年代(dài)先後兩(liǎng)次從(cóng)德國魯奇(Lurgi)公司引進成套電除塵技術後,經過(guò)有關單位(wèi)多年的(de)消化、吸收和創新,我國水泥行業的電除塵技術水平(píng)有很大的提升,生產出的產品基(jī)本上(shàng)可以和進口的相媲美。所以上世紀很長的一(yī)段時期,我國水泥窯除塵係統采用電除塵器的占絕大(dà)多數。但(dàn)是近些年(nián)來,由(yóu)於客觀和主觀上的諸多原因,不少水泥廠電除塵器的粉塵排放不能達標,加以袋除塵技術的快(kuài)速(sù)發展,特別是新型高溫濾料的(de)不斷湧現,不(bú)論是新(xīn)建水(shuǐ)泥廠還是老廠電除塵器的更新(xīn)和改造,采用袋除塵器的日益增多,電除塵器似乎(hū)有被(bèi)淘汰的趨(qū)勢。這種情況並不正常(cháng),而且也不符合我國水(shuǐ)泥工(gōng)業除塵的實際情(qíng)況。
世界上粉塵排放要求較高的歐美發達(dá)國家(jiā)及日本的燃煤(méi)電廠,目前仍主要采用電除塵器,而他們(men)的排放濃度一般都低於20~30mg/Nm³。例如歐盟2001/80/EC規定排放值小於30mg/Nm³,電收塵占85%左右(yòu),實(shí)際(jì)平均排放濃度小於10mg/Nm³,美國和日本規定小於20mg/Nm³。在美國使用(yòng)電除塵(chén)器占80%左右,而日本幾乎全部采用電除塵器。歐洲(zhōu)的一(yī)些水泥廠,窯(yáo)頭窯尾都采用電除塵器,出口濃度均低(dī)於20mg/Nm³。可以看出,這些發達國家提(tí)早執行了比中國(guó)更嚴格的排放標準,而仍廣(guǎng)泛采用電除塵器。
電除塵器在水泥工業逐步失寵緣由
電除塵器失寵的緣由可能很多,但是歸納起(qǐ)來不外乎客觀(guān)和主觀兩個方(fāng)麵。
客觀方麵(miàn)首先緣於國家對(duì)水泥(ní)窯的粉塵排(pái)放標準進一步提高(gāo)。2004年(nián)到(dào)2013年投運的電除塵(chén)器,都是按《水泥(ní)工(gōng)業汙(wū)染物排(pái)放標準》(GB4915—2004)設計的,即粉塵(chén)排放濃度≤50mg/Nm³;更早期的(de)電除塵器甚至是(shì)按粉塵排放濃度≤100mg/Nm3設計,現在(zài)都(dōu)要求(qiú)執行修訂後的(de)新標準(GB4915—2013)排放濃度≤30mg/Nm³,所以許多電除塵不達標成為必然(rán)。
其次,窯的產(chǎn)量不斷提高,處理煙氣量增大。由於水泥生產技術在不斷革新,致使窯的產(chǎn)量大幅度提高,以5000t/d新型幹法生(shēng)產(chǎn)線為例,現(xiàn)在產量(liàng)多數已達5500t/d,甚至更高,因此煙氣量相應大增(zēng)。現(xiàn)有電除塵器的(de)處理能力,因原設計選型時沒(méi)有留足夠的(de)富餘量,所以不堪重負,必然影響排(pái)放達標。這就是當環保部門來(lái)檢查時,有的廠不得不壓低產量的(de)原因所在(zài)。
另外,窯尾除塵係統發生變化。新型幹法水泥(ní)生產線一般(bān)將窯尾煙氣(qì)用於原料烘幹,所謂的窯尾廢氣處理係統實際上是包括原料粉(fěn)磨兼烘幹設備的除塵係統。這一係統由於烘幹物料中的水分蒸發進入煙氣,使得煙氣中水分增大,相應粉塵比電阻(zǔ)得(dé)以降低,這對於保證(zhèng)電除(chú)塵器排放達標十分有利。但(dàn)是生料粉磨設備的運轉率一般低於窯(yáo)係統,因此窯尾(wěi)廢(fèi)氣處理係統的電除塵器(qì),會經常(cháng)工作在“直接操作”和“聯(lián)合操作”的兩種工作(zuò)狀態(tài)下。這兩種工作狀態的(de)轉換,對電(diàn)除塵器的操作帶來一定(dìng)困難。但是經過水泥廠多年的(de)探索和生產實(shí)踐,對這兩種工作狀態已經(jīng)積累了豐富(fù)的經驗,隻要增濕塔運行(háng)正常,電除塵器(qì)排放達(dá)標一般(bān)不存在大的問題。可是近些年來,由於(yú)企(qǐ)業要嚴格(gé)執行節能減排的政策,所以水泥行業大力推行純低溫(wēn)發電技術,因此窯尾除塵係統相應(yīng)有所改變,使得窯尾除塵(chén)係統變得更為複雜,給電除塵(chén)器(qì)的運行帶來新(xīn)的不確定因素,這(zhè)也是部分窯係統(tǒng)電除塵器不達標的主(zhǔ)要原因之一。
有的環保工作(zuò)者(zhě)對電除塵器達標喪失信心、有些文章過分(fèn)強調(diào)電除(chú)塵器的缺(quē)點也導致(zhì)電(diàn)除塵器的失寵(chǒng)。
主(zhǔ)觀方麵,設計參數選擇過於冒進、除塵係統設計不合理、製造(zào)和安裝質量欠佳、氣(qì)流分布不合(hé)乎設計要求、未(wèi)能充分發(fā)揮增濕塔的作用、高(gāo)壓(yā)電源裝(zhuāng)置性能差也導(dǎo)致電除塵逐步被(bèi)邊緣化。
電除塵器適應性、經濟性顯著
20世紀90年代後,我國水泥行業的(de)電除(chú)塵技術水平有很大的提升。國內比較大的水泥設計院(yuàn)和很多(duō)大的水泥企業都普遍認可(kě)電(diàn)除塵器技術,比如海螺水泥、華(huá)潤水泥、冀東水泥、華(huá)新水泥、紅獅水(shuǐ)泥、亞泰水泥等都在很(hěn)多新建(jiàn)水泥生產線上采用電除塵器。在新標準實施前,有一些是按50mg/m³選型的,大(dà)部分都(dōu)達到設計指標。有一些水泥企業集團提前(qián)幾年就(jiù)按30mg/Nm³來配套窯頭窯尾電除塵器。實踐證明,水泥廠窯(yáo)頭窯尾采用電除(chú)塵(chén)器,隻要選型合適,安裝運行管理(lǐ)到位,完全可以達(dá)到30mg/Nm³甚至更低指(zhǐ)標。對一些重點地區,隻要按20mg/Nm³或10mg/Nm³來設計電除塵器,達到特別排(pái)放限值完全沒問題。
近幾年純低溫餘(yú)熱發電在水泥廠普遍(biàn)應(yīng)用,使水泥廠的綜合熱利用大大提高,是當前節能減(jiǎn)排要求下的必然趨勢和產(chǎn)物。但是有些水泥廠設置了餘熱發電裝置後(hòu),認為溫度已經降低了,不重視增濕塔對煙氣的增濕調質作用(yòng),就把增濕塔作為旁路或煙(yān)道使用,而沒用噴水,或者擔心濕底少噴水,從而造成窯尾電除塵器性能下降。這就要求水泥(ní)廠應該及時改造噴水係(xì)統及其控製(zhì),減小噴霧霧滴直(zhí)徑,既要達到增濕目的,又要避(bì)免濕底。
在排放標準(zhǔn)已提高的今天,電除塵器仍有(yǒu)廣泛的適應性。國內(nèi)少數水泥廠(chǎng)電除塵器性能不能滿足要求的主要原因不是電除塵器的適應性有問題,而是當時環保要求(qiú)較低、選型(xíng)設計不合理、增濕塔沒有發揮作(zuò)用(yòng)等多種原因造(zào)成的。
設備經濟性也是(shì)用戶關注的重點。除塵(chén)設備總費用包括一次性設備投資費用和年運行費用(電耗費用與維修費用之和)。通過計算分析、綜合對比之後,我們發現在三種除塵設備中,電除塵器能耗(hào)比(bǐ)袋式除塵器低(dī)很多,運行費(fèi)用及設備總費用低。運行時間越長,電除塵器技術經濟性越(yuè)優(yōu)越顯著。
從投資(zī)角度看,在水泥行業,電除塵器具有較好的技術經(jīng)濟性,運行管理壓力也比(bǐ)袋式除塵器、電袋複合除塵(chén)器小。另外,電除塵器配套采(cǎi)用新技術會進一步擴大其適用範圍。從運行成(chéng)本看,電除塵器(qì)阻力低,風機運行能耗(hào)低,不需要更換濾料(liào),實際(jì)能(néng)耗較低。
先進技術為電除(chú)塵器性能帶來提升
由於近幾年水泥產(chǎn)量(liàng)的過剩,新建水(shuǐ)泥生產線大幅(fú)減少,大量正在運行的電除塵器(qì)由於原設計排放指標是(shì)50mg/Nm³,再加上運行維護不到位,無法滿足新標準而麵臨改造。在改(gǎi)造中,除了需(xū)要增加收塵極板麵積,還要采用電除塵新技術以好限度提高(gāo)電除塵器的除塵效率(lǜ),滿足日益提(tí)高的粉塵排放要求。
首先,先進的電控設備如高頻電(diàn)源、三相工頻高壓電源、脈衝高壓電源都為改善除塵效果提供基礎保障。
高(gāo)頻高壓電源是新一代(dài)的電除塵(chén)器供電電源,其工作頻率為幾(jǐ)十kHz。大量(liàng)的工程實例證明,基於間歇脈衝工作的高頻電源在提高除塵效率、節約能耗(hào)方麵,具有非常顯著(zhe)的效果;而高頻電源(yuán)工作在純直流方式(shì)下,可以大大提高粉塵荷(hé)電(diàn)量,提高除塵效(xiào)率。目前高頻電源(yuán)已經應用於(yú)冀(jì)東(dōng)水泥、華新水泥、紅獅水泥等水泥集團(tuán)的電除塵器中,效果很好(hǎo)。
三(sān)相工頻高壓電源采用三相380VAC/50Hz交流輸入,各相電壓、電流(liú)、磁通的大小相等,相位上依次相(xiàng)差120°,通過三路六隻可控矽反並聯調壓,經三相變壓器升壓整流,對電除塵(chén)器供(gòng)電。同常規單相(xiàng)高壓電源比較,三(sān)相電源輸出電壓的紋波係數較小,二次平均電壓高,輸出電流大,對於中、低比電阻粉塵,需要提高運行電流的(de)場(chǎng)合,可以顯著提高除塵效率。
脈衝高壓電(diàn)源是電除塵(chén)配套使用的新型高壓電源,其脈衝供電方式(shì)已在世(shì)界(jiè)上被公認(rèn)為是(shì)改(gǎi)善電除塵器性能和降低能耗好有效(xiào)的方式之一。目前常(cháng)見的主(zhǔ)要為一個直流電源和一個脈衝高壓電源(yuán)疊加而成,直流高壓源可采用工頻(pín)電源、高頻電源等。
其次,防止氣流短路和改善氣流分布(bù)的措施也使電除塵效果更佳。如增設或改進氣流阻流板、采用(yòng)計算流體動力學(CFD)方法(fǎ)對除塵器的氣流(liú)進(jìn)行分析、出口增設槽型板等。
電凝並(bìng)技術(shù)在靜電力作用下(xià),通過增加微細顆粒(lì)的荷電能力(lì),從而增加顆粒間的凝並效應。在河北(běi)奎山2500t/d窯頭改造中,西礦環保成功應用了水泥行業首台電凝並器。通過在除塵器進口管道上加裝電凝(níng)並器,經過對電(diàn)凝並器的開、關(guān)對比試驗,在關掉凝並器後排放濃(nóng)度下降35%。
移動式電極技術可有效防止粉塵二次飛揚。所謂移動式電極就是將極板(bǎn)平行與煙氣流動方向布置,極板借(jiè)鏈條傳動使之回轉運動。極板清灰不是(shì)靠(kào)機械振打,而是靠設置在灰鬥上部的清灰刷。當極板回轉到回鬥(dòu)下部時,清灰鋼刷在遠離氣流的位置對板麵上的積灰進行清理,這樣可有效的防止粉塵二次飛揚。由於清灰徹底,極板表麵潔淨,好後一個(gè)電場粉塵濃(nóng)度低,極板上積灰較薄,所以(yǐ)也不容易發生反電暈(yūn)現(xiàn)象。
讓市場(chǎng)和用戶選擇除塵技術
國內很多水泥集團,對如何選用(yòng)除塵方式有清醒的認識,比如海螺水泥新建生產線一直(zhí)堅持不錯電除(chú)塵器原則,認(rèn)為“標準製定隻要能達到指標就可(kě)以,不能強製使用何種收塵設備,更不能指定具體廠家和產品”。海螺水泥在新標(biāo)準實施前(qián)幾年就按30mg/m³排放要求來配置除(chú)塵器,5000t/d水泥熟料生產線窯尾一般是雙室5電(diàn)場,窯頭是四電場,投運(yùn)後粉塵排放基本都在30mg/m³以下,甚至20mg/m³以(yǐ)下。除了選型規格比較(jiào)大外,海螺水泥(ní)還普遍采用新型的三相高壓電(diàn)源,此三相電源具有電控係(xì)統領(lǐng)先的電(diàn)火花響應(yīng)能力(美國專利),能在檢測到發生火花的(de)同一個(gè)半波內迅速停止導通可控矽。這(zhè)樣(yàng)可大大減少由於需要在下一個過零(líng)點熄滅火花(huā),而產生破壞電暈功率(lǜ)的電弧。每次火花發生後,自動重新計(jì)算慢上升率,以(yǐ)維持在任何(hé)工況下(xià)能(néng)穩定地運行。投入使用後,全自動運行,始終檢測(cè)並調整到不錯工況(kuàng)點,無(wú)需(xū)人為修改(gǎi)參數(shù)。
海螺水泥和其他一些水泥企業大麵積使用電(diàn)除塵器,而且使用效果良好,和他們對除塵器的科學管理和維護分不開,同時相比布袋除塵,電除塵實(shí)實在在降(jiàng)低了水泥生產成本。
在對老舊除塵器改造中,海螺水泥、紅獅水泥、南方(fāng)水泥等一些企業也仍舊優先考慮電改電技術方(fāng)案。在宣城海螺5000t/d窯尾電除塵改造中,由於設備本體收塵麵積比(bǐ)較大,內部件狀況比較好,所以隻是把全部老(lǎo)的單相電源更換成了三相電源(yuán),好終排放穩定在20mg/m3以下。在甘肅臨夏海螺二分廠(chǎng)窯頭改造中,增加了一(yī)個電場,同時更換了(le)高壓(yā)電源,改造後排放穩定在(zài)30mg/m³以下。
應正確、理性看待水泥行業電除(chú)塵技術。由於過去(qù)選型規格偏小,這些電除塵滿足新排(pái)放標準有困難,所以業主不相信電除塵可以達到低排放。但是,隻要把道理講清楚,市場會做出理性選擇。很多(duō)環(huán)評單位(wèi)和政(zhèng)府(fǔ)對電除塵器不了(le)解,沒有客觀比較(jiào)就直接推薦和要求使用袋式除塵器。無論哪種除塵方式都是有使用條件的,但對某種技術的簡(jiǎn)單排(pái)斥是不應該的(de),應該將技術路(lù)線選擇權交給市場和用戶。
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