应正确、理性看待水泥行业电除尘技术

  新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915－2013）中规定“水泥窑及窑尾余热利用系统”排放标准为30mg/m³，特别排放限值20mg/m³，窑头冷却机的排放标准和窑尾一样。

  新标准实施后，袋除尘器应用愈来愈多，出现了“电改袋”的现象。一些和袋除尘行业利益密切的企业，不是从为用户负责的角度出发，而是出于自身利益需要，片面宣传袋除尘器的优势，强调电除尘器的缺点，甚至喊出“水泥行业除尘‘电改袋’刻不容缓”的口号。

  中国环保产业协会电除尘委员会通过调查研究并结合国内外案例进行分析，认为电除尘器并没有过时，不仅技术成熟、经济型更好，而且完全可以在满足低排放要求同时实现节能减排。当然，电除尘技术同样有自身的局限性，所以在此呼吁，应正确、理性看待水泥行业电除尘技术。

  水泥厂回转窑窑尾和窑头冷却机排出的废气，一直是水泥厂粉尘治理的重中之重。根据现有的技术水平，只有采用电除尘器、袋除尘器及近几年开发成功的电袋复合除尘器，粉尘排放才能达到国家的排放标准。由于电除尘器本身具有的优点，特别是20世纪80～90年代先后两次从德国鲁奇(Lurgi)公司引进成套电除尘技术后，经过有关单位多年的消化、吸收和创新，我国水泥行业的电除尘技术水平有很大的提升，生产出的产品基本上可以和进口的相媲美。所以上世纪很长的一段时期，我国水泥窑除尘系统采用电除尘器的占绝大多数。但是近些年来，由于客观和主观上的诸多原因，不少水泥厂电除尘器的粉尘排放不能达标，加以袋除尘技术的快速发展，特别是新型高温滤料的不断涌现，不论是新建水泥厂还是老厂电除尘器的更新和改造，采用袋除尘器的日益增多，电除尘器似乎有被淘汰的趋势。这种情况并不正常，而且也不符合我国水泥工业除尘的实际情况。

  世界上粉尘排放要求较高的欧美发达国家及日本的燃煤电厂，目前仍主要采用电除尘器，而他们的排放浓度一般都低于20～30mg／Nm³。例如欧盟2001／80／EC规定排放值小于30mg/Nm³，电收尘占85％左右，实际平均排放浓度小于10mg/Nm³，美国和日本规定小于20mg/Nm3。在美国使用电除尘器占80％左右，而日本几乎全部采用电除尘器。欧洲的一些水泥厂，窑头窑尾都采用电除尘器，出口浓度均低于20mg/Nm³。可以看出，这些发达国家提早执行了比中国更严格的排放标准，而仍广泛采用电除尘器。

  电除尘器在水泥工业逐步失宠缘由

  电除尘器失宠的缘由可能很多，但是归纳起来不外乎客观和主观两个方面。

  客观方面首先缘于国家对水泥窑的粉尘排放标准进一步提高。2004年到2013年投运的电除尘器，都是按《水泥工业污染物排放标准》(GB4915—2004)设计的，即粉尘排放浓度≤50mg／Nm³；更早期的电除尘器甚至是按粉尘排放浓度≤100mg／Nm³设计，现在都要求执行修订后的新标准(GB4915—2013)排放浓度≤30mg／Nm³，所以许多电除尘不达标成为必然。

  其次，窑的产量不断提高，处理烟气量增大。由于水泥生产技术在不断革新，致使窑的产量大幅度提高，以5000t/d新型干法生产线为例，现在产量多数已达5500t/d，甚至更高，因此烟气量相应大增。现有电除尘器的处理能力，因原设计选型时没有留足够的富余量，所以不堪重负，必然影响排放达标。这就是当环保部门来检查时，有的厂不得不压低产量的原因所在。

  另外，窑尾除尘系统发生变化。新型干法水泥生产线一般将窑尾烟气用于原料烘干，所谓的窑尾废气处理系统实际上是包括原料粉磨兼烘干设备的除尘系统。这一系统由于烘干物料中的水分蒸发进入烟气，使得烟气中水分增大，相应粉尘比电阻得以降低，这对于保证电除尘器排放达标十分有利。但是生料粉磨设备的运转率一般低于窑系统，因此窑尾废气处理系统的电除尘器，会经常工作在“直接操作”和“联合操作”的两种工作状态下。这两种工作状态的转换，对电除尘器的操作带来一定困难。但是经过水泥厂多年的探索和生产实践，对这两种工作状态已经积累了丰富的经验，只要增湿塔运行正常，电除尘器排放达标一般不存在大的问题。可是近些年来，由于企业要严格执行节能减排的政策，所以水泥行业大力推行纯低温发电技术，因此窑尾除尘系统相应有所改变，使得窑尾除尘系统变得更为复杂，给电除尘器的运行带来新的不确定因素，这也是部分窑系统电除尘器不达标的主要原因之一。

  有的环保工作者对电除尘器达标丧失信心、有些文章过分强调电除尘器的缺点也导致电除尘器的失宠。

  主观方面，设计参数选择过于冒进、除尘系统设计不合理、制造和安装质量欠佳、气流分布不合乎设计要求、未能充分发挥增湿塔的作用、高压电源装置性能差也导致电除尘逐步被边缘化。

  电除尘器适应性、经济性显著

  20世纪90年代后，我国水泥行业的电除尘技术水平有很大的提升。国内比较大的水泥设计院和很多大的水泥企业都普遍认可电除尘器技术，比如海螺水泥、华润水泥、冀东水泥、华新水泥、红狮水泥、亚泰水泥等都在很多新建水泥生产线上采用电除尘器。在新标准实施前，有一些是按50mg/m³选型的，大部分都达到设计指标。有一些水泥企业集团提前几年就按30mg/Nm³来配套窑头窑尾电除尘器。实践证明，水泥厂窑头窑尾采用电除尘器，只要选型合适，安装运行管理到位，完全可以达到30mg/Nm³甚至更低指标。对一些重点地区，只要按20mg/Nm³或10mg/Nm³来设计电除尘器，达到特别排放限值完全没问题。

  近几年纯低温余热发电在水泥厂普遍应用，使水泥厂的综合热利用大大提高，是当前节能减排要求下的必然趋势和产物。但是有些水泥厂设置了余热发电装置后，认为温度已经降低了，不重视增湿塔对烟气的增湿调质作用，就把增湿塔作为旁路或烟道使用，而没用喷水，或者担心湿底少喷水，从而造成窑尾电除尘器性能下降。这就要求水泥厂应该及时改造喷水系统及其控制，减小喷雾雾滴直径，既要达到增湿目的，又要避免湿底。

  在排放标准已提高的今天，电除尘器仍有广泛的适应性。国内少数水泥厂电除尘器性能不能满足要求的主要原因不是电除尘器的适应性有问题，而是当时环保要求较低、选型设计不合理、增湿塔没有发挥作用等多种原因造成的。

  设备经济性也是用户关注的重点。除尘设备总费用包括一次性设备投资费用和年运行费用（电耗费用与维修费用之和）。通过计算分析、综合对比之后，我们发现在三种除尘设备中，电除尘器能耗比袋式除尘器低很多，运行费用及设备总费用最低。运行时间越长，电除尘器技术经济性越优越显著。

  从投资角度看，在水泥行业，电除尘器具有较好的技术经济性，运行管理压力也比袋式除尘器、电袋复合除尘器小。另外，电除尘器配套采用新技术会进一步扩大其适用范围。从运行成本看，电除尘器阻力低，风机运行能耗低，不需要更换滤料，实际能耗较低。

  先进技术为电除尘器性能带来提升

  由于近几年水泥产量的过剩，新建水泥生产线大幅减少，大量正在运行的电除尘器由于原设计排放指标是50mg／Nm³，再加上运行维护不到位，无法满足新标准而面临改造。在改造中，除了需要增加收尘极板面积，还要采用电除尘新技术以最大限度提高电除尘器的除尘效率,满足日益提高的粉尘排放要求。

  首先，先进的电控设备如高频电源、三相工频高压电源、脉冲高压电源都为改善除尘效果提供基础保障。

  高频高压电源是新一代的电除尘器供电电源，其工作频率为几十kHz。大量的工程实例证明，基于间歇脉冲工作的高频电源在提高除尘效率、节约能耗方面，具有非常显著的效果；而高频电源工作在纯直流方式下，可以大大提高粉尘荷电量，提高除尘效率。目前高频电源已经应用于冀东水泥、华新水泥、红狮水泥等水泥集团的电除尘器中，效果很好。

  三相工频高压电源采用三相380VAC/50Hz交流输入，各相电压、电流、磁通的大小相等，相位上依次相差120°，通过三路六只可控硅反并联调压，经三相变压器升压整流，对电除尘器供电。同常规单相高压电源比较，三相电源输出电压的纹波系数较小，二次平均电压高，输出电流大，对于中、低比电阻粉尘，需要提高运行电流的场合，可以显著提高除尘效率。

  脉冲高压电源是电除尘配套使用的新型高压电源，其脉冲供电方式已在世界上被公认为是改善电除尘器性能和降低能耗最有效的方式之一。目前常见的主要为一个直流电源和一个脉冲高压电源叠加而成，直流高压源可采用工频电源、高频电源等。

  其次，防止气流短路和改善气流分布的措施也使电除尘效果更佳。如增设或改进气流阻流板、采用计算流体动力学（CFD）方法对除尘器的气流进行分析、出口增设槽型板等。

  电凝并技术在静电力作用下，通过增加微细颗粒的荷电能力，从而增加颗粒间的凝并效应。在河北奎山2500t/d窑头改造中，西矿环保成功应用了水泥行业首台电凝并器。通过在除尘器进口管道上加装电凝并器，经过对电凝并器的开、关对比试验，在关掉凝并器后排放浓度下降35%。

  移动式电极技术可有效防止粉尘二次飞扬。所谓移动式电极就是将极板平行与烟气流动方向布置，极板借链条传动使之回转运动。极板清灰不是靠机械振打，而是靠设置在灰斗上部的清灰刷。当极板回转到回斗下部时，清灰钢刷在远离气流的位置对板面上的积灰进行清理，这样可有效的防止粉尘二次飞扬。由于清灰彻底，极板表面洁净，最后一个电场粉尘浓度低，极板上积灰较薄，所以也不容易发生反电晕现象。

  让市场和用户选择除尘技术

  国内很多水泥集团，对如何选用除尘方式有清醒的认识，比如海螺水泥新建生产线一直坚持首选电除尘器原则，认为“标准制定只要能达到指标就可以，不能强制使用何种收尘设备，更不能指定具体厂家和产品”。海螺水泥在新标准实施前几年就按30mg/m³排放要求来配置除尘器，5000t/d水泥熟料生产线窑尾一般是双室5电场，窑头是四电场，投运后粉尘排放基本都在30mg/m³以下，甚至20mg/m³以下。除了选型规格比较大外，海螺水泥还普遍采用新型的三相高压电源，此三相电源具有电控系统领先的电火花响应能力（美国专利），能在检测到发生火花的同一个半波内迅速停止导通可控硅。这样可大大减少由于需要在下一个过零点熄灭火花，而产生破坏电晕功率的电弧。每次火花发生后，自动重新计算慢上升率，以维持在任何工况下能稳定地运行。投入使用后，全自动运行，始终检测并调整到最佳工况点，无需人为修改参数。

  海螺水泥和其他一些水泥企业大面积使用电除尘器，而且使用效果良好，和他们对除尘器的科学管理和维护分不开，同时相比布袋除尘，电除尘实实在在降低了水泥生产成本。

  在对老旧除尘器改造中，海螺水泥、红狮水泥、南方水泥等一些企业也仍旧优先考虑电改电技术方案。在宣城海螺5000t/d窑尾电除尘改造中,由于设备本体收尘面积比较大，内部件状况比较好，所以只是把全部老的单相电源更换成了三相电源，最终排放稳定在20mg/m³以下。在甘肃临夏海螺二分厂窑头改造中，增加了一个电场，同时更换了高压电源，改造后排放稳定在30mg/m³以下。

  应正确、理性看待水泥行业电除尘技术。由于过去选型规格偏小，这些电除尘满足新排放标准有困难，所以业主不相信电除尘可以达到低排放。但是，只要把道理讲清楚，市场会做出理性选择。很多环评单位和政府对电除尘器不了解，没有客观比较就直接推荐和要求使用袋式除尘器。无论哪种除尘方式都是有使用条件的，但对某种技术的简单排斥是不应该的，应该将技术路线选择权交给市场和用户。