應(yīng)正確、理性看待水泥行業(yè)電除塵技術(shù)

  新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915－2013）中規(guī)定“水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)”排放標(biāo)準(zhǔn)為30mg/m³，特別排放限值20mg/m³，窯頭冷卻機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)和窯尾一樣。

  新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，袋除塵器應(yīng)用愈來愈多，出現(xiàn)了“電改袋”的現(xiàn)象。一些和袋除塵行業(yè)利益密切的企業(yè)，不是從為用戶負(fù)責(zé)的角度出發(fā)，而是出于自身利益需要，片面宣傳袋除塵器的優(yōu)勢，強(qiáng)調(diào)電除塵器的缺點(diǎn)，甚至喊出“水泥行業(yè)除塵‘電改袋’刻不容緩”的口號(hào)。

  中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)電除塵委員會(huì)通過調(diào)查研究并結(jié)合國內(nèi)外案例進(jìn)行分析，認(rèn)為電除塵器并沒有過時(shí)，不僅技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)型更好，而且完全可以在滿足低排放要求同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。當(dāng)然，電除塵技術(shù)同樣有自身的局限性，所以在此呼吁，應(yīng)正確、理性看待水泥行業(yè)電除塵技術(shù)。

  水泥廠回轉(zhuǎn)窯窯尾和窯頭冷卻機(jī)排出的廢氣，一直是水泥廠粉塵治理的重中之重。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)水平，只有采用電除塵器、袋除塵器及近幾年開發(fā)成功的電袋復(fù)合除塵器，粉塵排放才能達(dá)到國家的排放標(biāo)準(zhǔn)。由于電除塵器本身具有的優(yōu)點(diǎn)，特別是20世紀(jì)80～90年代先后兩次從德國魯奇(Lurgi)公司引進(jìn)成套電除塵技術(shù)后，經(jīng)過有關(guān)單位多年的消化、吸收和創(chuàng)新，我國水泥行業(yè)的電除塵技術(shù)水平有很大的提升，生產(chǎn)出的產(chǎn)品基本上可以和進(jìn)口的相媲美。所以上世紀(jì)很長的一段時(shí)期，我國水泥窯除塵系統(tǒng)采用電除塵器的占絕大多數(shù)。但是近些年來，由于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(dá)標(biāo)，加以袋除塵技術(shù)的快速發(fā)展，特別是新型高溫濾料的不斷涌現(xiàn)，不論是新建水泥廠還是老廠電除塵器的更新和改造，采用袋除塵器的日益增多，電除塵器似乎有被淘汰的趨勢。這種情況并不正常，而且也不符合我國水泥工業(yè)除塵的實(shí)際情況。

  世界上粉塵排放要求較高的歐美發(fā)達(dá)國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／Nm³。例如歐盟2001／80／EC規(guī)定排放值小于30mg/Nm³，電收塵占85％左右，實(shí)際平均排放濃度小于10mg/Nm³，美國和日本規(guī)定小于20mg/Nm3。在美國使用電除塵器占80％左右，而日本幾乎全部采用電除塵器。歐洲的一些水泥廠，窯頭窯尾都采用電除塵器，出口濃度均低于20mg/Nm³。可以看出，這些發(fā)達(dá)國家提早執(zhí)行了比中國更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，而仍廣泛采用電除塵器。

  電除塵器在水泥工業(yè)逐步失寵緣由

  電除塵器失寵的緣由可能很多，但是歸納起來不外乎客觀和主觀兩個(gè)方面。

  客觀方面首先緣于國家對(duì)水泥窯的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高。2004年到2013年投運(yùn)的電除塵器，都是按《水泥工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915—2004)設(shè)計(jì)的，即粉塵排放濃度≤50mg／Nm³；更早期的電除塵器甚至是按粉塵排放濃度≤100mg／Nm³設(shè)計(jì)，現(xiàn)在都要求執(zhí)行修訂后的新標(biāo)準(zhǔn)(GB4915—2013)排放濃度≤30mg／Nm³，所以許多電除塵不達(dá)標(biāo)成為必然。

  其次，窯的產(chǎn)量不斷提高，處理煙氣量增大。由于水泥生產(chǎn)技術(shù)在不斷革新，致使窯的產(chǎn)量大幅度提高，以5000t/d新型干法生產(chǎn)線為例，現(xiàn)在產(chǎn)量多數(shù)已達(dá)5500t/d，甚至更高，因此煙氣量相應(yīng)大增。現(xiàn)有電除塵器的處理能力，因原設(shè)計(jì)選型時(shí)沒有留足夠的富余量，所以不堪重負(fù)，必然影響排放達(dá)標(biāo)。這就是當(dāng)環(huán)保部門來檢查時(shí)，有的廠不得不壓低產(chǎn)量的原因所在。

  另外，窯尾除塵系統(tǒng)發(fā)生變化。新型干法水泥生產(chǎn)線一般將窯尾煙氣用于原料烘干，所謂的窯尾廢氣處理系統(tǒng)實(shí)際上是包括原料粉磨兼烘干設(shè)備的除塵系統(tǒng)。這一系統(tǒng)由于烘干物料中的水分蒸發(fā)進(jìn)入煙氣，使得煙氣中水分增大，相應(yīng)粉塵比電阻得以降低，這對(duì)于保證電除塵器排放達(dá)標(biāo)十分有利。但是生料粉磨設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率一般低于窯系統(tǒng)，因此窯尾廢氣處理系統(tǒng)的電除塵器，會(huì)經(jīng)常工作在“直接操作”和“聯(lián)合操作”的兩種工作狀態(tài)下。這兩種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，對(duì)電除塵器的操作帶來一定困難。但是經(jīng)過水泥廠多年的探索和生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)這兩種工作狀態(tài)已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，只要增濕塔運(yùn)行正常，電除塵器排放達(dá)標(biāo)一般不存在大的問題?？墒墙┠陙恚捎谄髽I(yè)要嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)能減排的政策，所以水泥行業(yè)大力推行純低溫發(fā)電技術(shù)，因此窯尾除塵系統(tǒng)相應(yīng)有所改變，使得窯尾除塵系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，給電除塵器的運(yùn)行帶來新的不確定因素，這也是部分窯系統(tǒng)電除塵器不達(dá)標(biāo)的主要原因之一。

  有的環(huán)保工作者對(duì)電除塵器達(dá)標(biāo)喪失信心、有些文章過分強(qiáng)調(diào)電除塵器的缺點(diǎn)也導(dǎo)致電除塵器的失寵。

  主觀方面，設(shè)計(jì)參數(shù)選擇過于冒進(jìn)、除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、制造和安裝質(zhì)量欠佳、氣流分布不合乎設(shè)計(jì)要求、未能充分發(fā)揮增濕塔的作用、高壓電源裝置性能差也導(dǎo)致電除塵逐步被邊緣化。

  電除塵器適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性顯著

  20世紀(jì)90年代后，我國水泥行業(yè)的電除塵技術(shù)水平有很大的提升。國內(nèi)比較大的水泥設(shè)計(jì)院和很多大的水泥企業(yè)都普遍認(rèn)可電除塵器技術(shù)，比如海螺水泥、華潤水泥、冀東水泥、華新水泥、紅獅水泥、亞泰水泥等都在很多新建水泥生產(chǎn)線上采用電除塵器。在新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前，有一些是按50mg/m³選型的，大部分都達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。有一些水泥企業(yè)集團(tuán)提前幾年就按30mg/Nm³來配套窯頭窯尾電除塵器。實(shí)踐證明，水泥廠窯頭窯尾采用電除塵器，只要選型合適，安裝運(yùn)行管理到位，完全可以達(dá)到30mg/Nm³甚至更低指標(biāo)。對(duì)一些重點(diǎn)地區(qū)，只要按20mg/Nm³或10mg/Nm³來設(shè)計(jì)電除塵器，達(dá)到特別排放限值完全沒問題。

  近幾年純低溫余熱發(fā)電在水泥廠普遍應(yīng)用，使水泥廠的綜合熱利用大大提高，是當(dāng)前節(jié)能減排要求下的必然趨勢和產(chǎn)物。但是有些水泥廠設(shè)置了余熱發(fā)電裝置后，認(rèn)為溫度已經(jīng)降低了，不重視增濕塔對(duì)煙氣的增濕調(diào)質(zhì)作用，就把增濕塔作為旁路或煙道使用，而沒用噴水，或者擔(dān)心濕底少噴水，從而造成窯尾電除塵器性能下降。這就要求水泥廠應(yīng)該及時(shí)改造噴水系統(tǒng)及其控制，減小噴霧霧滴直徑，既要達(dá)到增濕目的，又要避免濕底。

  在排放標(biāo)準(zhǔn)已提高的今天，電除塵器仍有廣泛的適應(yīng)性。國內(nèi)少數(shù)水泥廠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(yīng)性有問題，而是當(dāng)時(shí)環(huán)保要求較低、選型設(shè)計(jì)不合理、增濕塔沒有發(fā)揮作用等多種原因造成的。

  設(shè)備經(jīng)濟(jì)性也是用戶關(guān)注的重點(diǎn)。除塵設(shè)備總費(fèi)用包括一次性設(shè)備投資費(fèi)用和年運(yùn)行費(fèi)用（電耗費(fèi)用與維修費(fèi)用之和）。通過計(jì)算分析、綜合對(duì)比之后，我們發(fā)現(xiàn)在三種除塵設(shè)備中，電除塵器能耗比袋式除塵器低很多，運(yùn)行費(fèi)用及設(shè)備總費(fèi)用最低。運(yùn)行時(shí)間越長，電除塵器技術(shù)經(jīng)濟(jì)性越優(yōu)越顯著。

  從投資角度看，在水泥行業(yè)，電除塵器具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，運(yùn)行管理壓力也比袋式除塵器、電袋復(fù)合除塵器小。另外，電除塵器配套采用新技術(shù)會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大其適用范圍。從運(yùn)行成本看，電除塵器阻力低，風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗低，不需要更換濾料，實(shí)際能耗較低。

  先進(jìn)技術(shù)為電除塵器性能帶來提升

  由于近幾年水泥產(chǎn)量的過剩，新建水泥生產(chǎn)線大幅減少，大量正在運(yùn)行的電除塵器由于原設(shè)計(jì)排放指標(biāo)是50mg／Nm³，再加上運(yùn)行維護(hù)不到位，無法滿足新標(biāo)準(zhǔn)而面臨改造。在改造中，除了需要增加收塵極板面積，還要采用電除塵新技術(shù)以最大限度提高電除塵器的除塵效率,滿足日益提高的粉塵排放要求。

  首先，先進(jìn)的電控設(shè)備如高頻電源、三相工頻高壓電源、脈沖高壓電源都為改善除塵效果提供基礎(chǔ)保障。

  高頻高壓電源是新一代的電除塵器供電電源，其工作頻率為幾十kHz。大量的工程實(shí)例證明，基于間歇脈沖工作的高頻電源在提高除塵效率、節(jié)約能耗方面，具有非常顯著的效果；而高頻電源工作在純直流方式下，可以大大提高粉塵荷電量，提高除塵效率。目前高頻電源已經(jīng)應(yīng)用于冀東水泥、華新水泥、紅獅水泥等水泥集團(tuán)的電除塵器中，效果很好。

  三相工頻高壓電源采用三相380VAC/50Hz交流輸入，各相電壓、電流、磁通的大小相等，相位上依次相差120°，通過三路六只可控硅反并聯(lián)調(diào)壓，經(jīng)三相變壓器升壓整流，對(duì)電除塵器供電。同常規(guī)單相高壓電源比較，三相電源輸出電壓的紋波系數(shù)較小，二次平均電壓高，輸出電流大，對(duì)于中、低比電阻粉塵，需要提高運(yùn)行電流的場合，可以顯著提高除塵效率。

  脈沖高壓電源是電除塵配套使用的新型高壓電源，其脈沖供電方式已在世界上被公認(rèn)為是改善電除塵器性能和降低能耗最有效的方式之一。目前常見的主要為一個(gè)直流電源和一個(gè)脈沖高壓電源疊加而成，直流高壓源可采用工頻電源、高頻電源等。

  其次，防止氣流短路和改善氣流分布的措施也使電除塵效果更佳。如增設(shè)或改進(jìn)氣流阻流板、采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）方法對(duì)除塵器的氣流進(jìn)行分析、出口增設(shè)槽型板等。

  電凝并技術(shù)在靜電力作用下，通過增加微細(xì)顆粒的荷電能力，從而增加顆粒間的凝并效應(yīng)。在河北奎山2500t/d窯頭改造中，西礦環(huán)保成功應(yīng)用了水泥行業(yè)首臺(tái)電凝并器。通過在除塵器進(jìn)口管道上加裝電凝并器，經(jīng)過對(duì)電凝并器的開、關(guān)對(duì)比試驗(yàn)，在關(guān)掉凝并器后排放濃度下降35%。

  移動(dòng)式電極技術(shù)可有效防止粉塵二次飛揚(yáng)。所謂移動(dòng)式電極就是將極板平行與煙氣流動(dòng)方向布置，極板借鏈條傳動(dòng)使之回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。極板清灰不是靠機(jī)械振打，而是靠設(shè)置在灰斗上部的清灰刷。當(dāng)極板回轉(zhuǎn)到回斗下部時(shí)，清灰鋼刷在遠(yuǎn)離氣流的位置對(duì)板面上的積灰進(jìn)行清理，這樣可有效的防止粉塵二次飛揚(yáng)。由于清灰徹底，極板表面潔凈，最后一個(gè)電場粉塵濃度低，極板上積灰較薄，所以也不容易發(fā)生反電暈現(xiàn)象。

  讓市場和用戶選擇除塵技術(shù)

  國內(nèi)很多水泥集團(tuán)，對(duì)如何選用除塵方式有清醒的認(rèn)識(shí)，比如海螺水泥新建生產(chǎn)線一直堅(jiān)持首選電除塵器原則，認(rèn)為“標(biāo)準(zhǔn)制定只要能達(dá)到指標(biāo)就可以，不能強(qiáng)制使用何種收塵設(shè)備，更不能指定具體廠家和產(chǎn)品”。海螺水泥在新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前幾年就按30mg/m³排放要求來配置除塵器，5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線窯尾一般是雙室5電場，窯頭是四電場，投運(yùn)后粉塵排放基本都在30mg/m³以下，甚至20mg/m³以下。除了選型規(guī)格比較大外，海螺水泥還普遍采用新型的三相高壓電源，此三相電源具有電控系統(tǒng)領(lǐng)先的電火花響應(yīng)能力（美國專利），能在檢測到發(fā)生火花的同一個(gè)半波內(nèi)迅速停止導(dǎo)通可控硅。這樣可大大減少由于需要在下一個(gè)過零點(diǎn)熄滅火花，而產(chǎn)生破壞電暈功率的電弧。每次火花發(fā)生后，自動(dòng)重新計(jì)算慢上升率，以維持在任何工況下能穩(wěn)定地運(yùn)行。投入使用后，全自動(dòng)運(yùn)行，始終檢測并調(diào)整到最佳工況點(diǎn)，無需人為修改參數(shù)。

  海螺水泥和其他一些水泥企業(yè)大面積使用電除塵器，而且使用效果良好，和他們對(duì)除塵器的科學(xué)管理和維護(hù)分不開，同時(shí)相比布袋除塵，電除塵實(shí)實(shí)在在降低了水泥生產(chǎn)成本。

  在對(duì)老舊除塵器改造中，海螺水泥、紅獅水泥、南方水泥等一些企業(yè)也仍舊優(yōu)先考慮電改電技術(shù)方案。在宣城海螺5000t/d窯尾電除塵改造中,由于設(shè)備本體收塵面積比較大，內(nèi)部件狀況比較好，所以只是把全部老的單相電源更換成了三相電源，最終排放穩(wěn)定在20mg/m³以下。在甘肅臨夏海螺二分廠窯頭改造中，增加了一個(gè)電場，同時(shí)更換了高壓電源，改造后排放穩(wěn)定在30mg/m³以下。

  應(yīng)正確、理性看待水泥行業(yè)電除塵技術(shù)。由于過去選型規(guī)格偏小，這些電除塵滿足新排放標(biāo)準(zhǔn)有困難，所以業(yè)主不相信電除塵可以達(dá)到低排放。但是，只要把道理講清楚，市場會(huì)做出理性選擇。很多環(huán)評(píng)單位和政府對(duì)電除塵器不了解，沒有客觀比較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(duì)某種技術(shù)的簡單排斥是不應(yīng)該的，應(yīng)該將技術(shù)路線選擇權(quán)交給市場和用戶。