0 概述：水泥回转窑系统除尘设备的选择
我国水泥工业取得了长足发展，2006年产量达12.4亿吨，近几年平均增速为12%。新型干法水泥技术在节能、大型化方面取得突破性进展，其生产量占全部水泥产量的百分比由2000年12%上升到50%，而粉尘排放减少500万吨。目前新型干法窑中以5000t/d窑规模为主的工艺线迅速推广，水泥生产线规模的扩大，不仅促进了与之配套的的环保设备的大型化，同时也促进了环保装备及技术的进步。
水泥回转窑是水泥厂最大的粉尘污染源，新型干法水泥生产线均将窑尾烟气用于烘干原料、并与窑尾共用一台除尘器。因此，窑尾系统的粉尘排放量占到整条生产线的二分之一强。新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915－2004中规定“水泥窑及窑磨一体机”排放标准为50mg/m³，需要高效、稳定的除尘设备才能达标运行。世界发达国家对水泥窑的排放要求愈来愈严格，欧盟IPPC（综合污染预防与控制）指令（96、61、EC）关于《水泥制造业的最佳可用技术（BAT）与污染物排放指南》指出：采用袋除尘和电除尘技术，对应的排放控制水平为20~30 mg/Nm³。这份文件将成为欧洲各国制定排放标准的依据。有一些国家（如德国、荷兰）水泥工业粉尘排放甚至要求达10 mg/Nm³，尤其近年来“趋零排放”已成为一种潮流（表1）。
表1 国外水泥工业颗粒物排放标准（mg/Nm³）
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国家 |
德国 |
法国 |
爱尔兰 |
卢森堡 |
荷兰 |
瑞典 |
英国 |
欧盟IPPC |
日本 |
美国2 |
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水泥窑 |
50 |
50 |
50 |
30 |
15 |
50 |
40 |
20~30 |
一般地区100 |
~70 |
目前，国内外用于水泥回转窑除尘都是电、袋两大类除尘器。国内生产的袋除尘器、电除尘器每小时能处理几百到一百多万立方米风量的含尘废气，进口浓度允许超过100 g/Nm³，排放浓度热力设备可控制在50mg/Nm³以下，通风设备可控制在30 mg/Nm³以下。我国水泥回转窑据统计10%使用袋除尘器，90%使用电除尘器，但随着《水泥工业大气污染物排放标准》的出台，袋除尘器应用愈来愈多，国内外均出现“电改袋”的现象。袋、电除尘器由于除尘机理不同，应用情况，除尘效果也不尽相同。以下就电、袋两种除尘器工作原理，用于水泥回转窑除尘实际情况作简要分析比较。
1 电除尘器
电除尘器是利用高压静电来进行气尘分离的，它除尘基本过程分三个阶段：（1）进入电除尘器内的粉尘粒子先荷电；（2）荷电尘粒移动后沉降（即收尘）；（3）振打使沉积粉尘脱落（即清灰）。当含尘气体通过电极间通道时，电晕电流中的电子和负离子就会吸附到粉尘上，称为荷电。荷电的粉尘在电场的作用下向收尘极运动，最后沉积在收尘极板上并将电荷释放出来，当粉尘沉积到一定厚度时，通过振打装置将粉尘打落入灰斗排出。
工业电除尘器在实际运行中，除尘是一个极为复杂的过程，受诸多因素的影响，如图1、图2所示。从理论计算的除尘效率与实际运行数据相差较大，这些因素包括物理、电力、流体力学等，而最强干扰作用，是烟气和粉尘的性质，如粉尘的比电阻；气体的温度和湿度；化学成分；尘粒分布；压力，气体流速等等。
图1 电除尘荷电和除尘过程
1-电晕线；2-电子；3-离子；4-粉尘颗粒；5-阳极板图
2 影响电除尘器性能的主要因素
1.1 比电阻是主要影响因素
电除尘器要求控制烟气粉尘比电阻在104~1011Ω.cm这个范围，其除尘效率最佳，这也是长期实践得出的结论。
低于1011Ω.cm的粉尘称为低阻粉尘，这种粉尘导电良好，荷电粒子与集尘极接触立即放出电荷，同时获得与集尘极相同电荷的正电荷，受到集尘极相同电荷的排斥又脱离集尘极返回到气流中，形成二次飞扬（图3），又称“跳跃现象”。
高于1011Ω.cm的粉尘称为高阻粉尘。这种粉尘在集尘极放电缓慢，因此粉尘层间形成很大的电压梯度，产生一个强电场，这一电场不但减弱了电极间的电场强度，排斥其它粉尘继续向集尘极运动，还会发生局部放电，出现反电晕现象（图4），在集尘极和物料层中形成大量的阳离子，中和了迎面而来的阴离子，使电能消耗增加甚至无法工作。
图3 低比电阻粉尘的跳跃现象
图4 高比电阻粉尘的反电晕现象
1.2 烟气调质控制比电阻
为使电除尘器能在正常比电阻范围内工作，所有干法水泥厂回转窑都要采用增湿塔做为烟气调质处理。而烟气调质是根据粉尘中比电阻随温度和湿度（湿度以露点表示）变化而变化的性质来进行的，必须兼顾到温度和露点两个条件。新型干法生产线窑尾烟气温度在300°C ~ 400°C之间，进行增湿降温后，露点为50°C，温度为150°C，粉尘比电阻可调到1011Ω.cm以下，是电除尘理想的工作范围。增湿塔是窑尾除尘系统的重要组成部分，它的工作好坏直接影响电除尘器的效果。
