通过分析煤粉中的灰分和水分对煤粉发热量的影响，提出了利用窑尾热风以及煤磨前置高温电除尘器的措施，采用高温电除尘器装置可实现降低煤粉中的水分、去除热风中的生料粉、提高煤粉的发热量，该特殊设计的治理方案运用后，完全可以满足生产要求。
1 确定煤粉烘干热源
水泥工艺燃烧用煤粉一般要求含水量0.5%~1.5%，原煤的全水分含量都在10%左右，煤的含水量和所处的环境有很大的关系。对煤磨中的煤粉进行烘干预热，提高了煤粉的发热量，从而保证煅烧出高质量的熟料。根据经验公式，煤粉水分增加1个百分点相当于减少J/g的热量，因而需要对煤粉进行烘干。
从窑尾引出的废气温度达到~℃，含氧量小于14%，比窑头的废气更适合作为煤磨的烘干热源，目前不少水泥厂将窑尾烟气用于煤粉制备系统的热风进行循环利用。
2 选择合适的除尘器
窑尾废气直接入磨烘干物料，由于生产中一部分生料粉（含尘浓度80~g/Nm3）随着热风从窑尾进入煤磨，其废气中的粉尘会增加煤粉的灰分，加入生料粉后的煤粉比原有煤粉含灰量高出3%~4%，降低了煤粉的发热量。根据经验公式，煤粉灰分增加1个百分点相当于减少J/g的热量，为了进一步提高煤粉的发热量，采用在热风管道上设计一台合适的除尘器作为烟气净化设备，可脱除原有热风中98%以上的生料粉，以便有效提高煤粉的发热量。
旋风除尘器对窑尾大颗粒粉尘可达到80%的除尘效率，而对微细的小颗粒作用不大；布袋除尘器除尘效率高，但是受到滤料耐温＜℃的限制，虽然可以使用，但是投资成本太高，运维成本也高出不少；因在煤粉制备环节，烟气量一般不是特别大，经除尘器过滤后的废气进入煤磨系统，对煤粉进行热风烘干，不是直接排入大气，出口排放浓度要求不是非常高（一般不大于1g/Nm3），采用电除尘器完全可以满足工艺系统要求。
电除尘器在水泥厂的应用非常广泛，其正常的工作温度在℃以下，瞬间工作温度在℃。要长期稳定工作在~℃，直接采用常规电除尘器显然是不行的。高温型电除尘器在高温废气进入煤磨系统前对废气进行预除尘，也就是需要将此电除尘器前置于煤磨，它的运行工况及效率要求与窑头、窑尾除尘器有很大不同，针对烟气温度高、粉尘颗粒细、比电阻高、还不能增湿调质的特点，与其他的电除尘器相比在设计上也有着独特的技术要求。下面对此煤磨前置烘干高温电除尘器（下文简称高温电除尘器）的设计与应用进行介绍。
3 高温电除尘器的特殊设计
3.1 壳体、进出气口及灰斗选用耐高温型材
电除尘器的壳体不但要承受自重、附着在极板和极线上粉尘的重量以及热膨胀的应力，还要承受风载及地震载荷。灰斗的设计要考虑有一定的容积，保证足够的刚度和强度，所以除尘器的稳定性是非常重要的，尤其是在高温环境条件下使用，除尘器的壳体设计尤其要引起重视。
温度对钢结构的性能有着极为重要的影响，钢材的强度会随着温度的上升而下降。当烟气温度达到~℃，壳体强度设计时要乘以相应的温度折减系数（见表1），确保除尘器在高温条件下正常使用。
表1 不同使用温度下的折减系数
水泥厂窑头及窑尾除尘器的正常使用温度在℃以下，因此壳体材料的选择大多数考虑Q，这种材料价格便宜，容易采购。但对于~℃的高温情况，钢材强度的衰减较大，Q的力学性能已不能满足使用要求，须选取Q低合金高强度结构钢。
3.2 气流分布均匀性
进入电除尘器的烟气在电场断面上分布的均匀性直接影响电除尘器的效率，而且速度分布越不均匀，对电除尘器效率的影响越大。高温电除尘器一般选2个电场，含尘烟气在电场内停留时间10~12s，气流均布尤其重要。通过对高温电除尘器进行了大量的模型试验，对高温电除尘器的各种进出气方式和尺寸，按照进风管道风速和除尘器进气口风速的不同比例进行了标准化，高温电除尘器的几种分布板型式见图1。常规除尘器的分布板材质为Q，但在高温条件下，就要选择耐高温材质的钢板作为分布板的用料。
图1 几种分布板型式
3.3 内部结构件
（1）极板的设计采用耐高温ZT24型极板（见图2），比C型极板死角要小，有效面积大，放电点与极板各点的距离近似相等，形成一个近似理想的圆形，电流密度分布比较均匀，提高电场平均电压和极板电流密度，使粉尘在电场力的作用下向极板移动的速度（驱进速度）增大，以增大电收尘器的收尘效率。沉积在极板上的粉尘不容易被气流冲刷而引起二次飞扬，振打力传送均匀，振打加速度大，清灰效果好。为了提高极板整体刚度，使其在较高工作温度下不发生变形，极板采用1.25mm厚不锈钢材质。
图2 ZT24型极板
（2）采用耐高温极板悬吊梁，并用两点吊挂形式，极板悬吊梁的结构如图3所示，每块极板由两个U型吊座吊挂，工字钢和U型吊座的材质均为Q。
图3 极板悬吊梁的结构
（3）为了防止高温环境下极板变形，收尘极振打杆采用特殊设计，为两根扁钢通过夹板与极板夹紧连接组成，材质为35#钢（见图4）。
图4 收尘极振打杆的结构
（4）针对高温工况，采用耐高温材质V15整体电晕线（见图5），使用圆钢代替扁钢带，确保除尘器工作时不断线，保证除尘器的收尘效率。
图5 V15整体电晕线
（5）振打锤关系到除尘器长期高效清灰，选用耐高温材质Q。
（6）振打轴采用光圆钢加工，材质35#钢。相比常规电除尘器的振打轴，此时单根振打轴的长度不宜设计过长，对于通道数较多的设备，振打轴的长度过长，这种情况下就要进行分段设计，同时增加支座轴承的数量，缩短轴承之间的距离，降低振打轴因为高温而发生热弯曲变形的概率。
（7）电晕极框架要借助于吊杆悬吊在壳体顶部的绝缘套管上，绝缘套管要承受除尘器框架管重量和高压的作用，并保证与壳体良好的绝缘性能。一般来说电除尘器工作温度在℃以下，直流工作电压72~kV，安装地点海拔高度不超过1?m，选用普通50瓷绝缘子就可以了。但是达到℃以上时，普通50瓷绝缘性能急剧下降，热稳定性下降，就要考虑选用绝缘性能好、机械强度高、抗击穿强度更好的95瓷绝缘子。
3.4 耐高温密封材料
密封材料必须选取耐高温硅橡胶或者耐高温石棉橡胶板，以便保证长期稳定工作在℃左右。
3.5 保温设计及施工
电除尘器的保温是防止烟气温度下降避免造成结露的一种措施。如果在保温施工中，仅是将保温材料覆盖在壳体板的表面，对型钢不进行保温材料的铺设，那么由于型钢内外两侧的温差造成热变形的应力正好和设备承受的负压方向一致，它们的作用力叠加在一起，容易超过材料的强度极限，造成壳体的永久变形，甚至引起极间距的变化，影响除尘效率。对于高温电除尘器，内外的温差更大，对梁柱的型钢保温一定要严格按照安装图纸进行施工（见图6），充分考虑热膨胀导致的热变形，保证除尘器整体结构不产生因高温下强度减弱产生的结构疲劳变形等问题。
图6 梁柱型钢的保温
4 应用案例
缅甸MAWLAMYINE水泥有限公司5?t/d水泥厂，采用煤磨前置电除尘器进行设计，电除尘器规格型号30/10/2×9/0.4，处理风量?m3/h，烟气温度~℃（max℃），进口含尘浓度≤80g/Nm3，出口排放浓度≤1g/Nm3。所使用的煤粉含水分18.5%，灰分16.3%，其中窑尾生料粉进入煤粉增加了3.5%的灰分。根据含不同灰分和水分的煤粉发热量经验公式，可以推算出热风烘干和经高温电除尘器除尘后煤粉不同发热量。根据经验公式：
Qnet.v.ar样=Q标+（Ad标-Ad样）×+（Mt标-Mt样）×80
其中Ad标=27%，Mt标=6%，则Qnet.v.ar标=22?J/g。
用窑尾废气直接烘干煤粉的情况下，即Ad样=16.3%，Mt样=18.5%时，根据该项目给出的参数可以计算得出：Qnet.v.ar样1=22?J/g。
如果窑尾废气经过高温电除尘器除尘后烘干煤粉的情况下，可以除去生料粉尘中约99%的灰分，使灰分降低到12.8%，即Ad样=12.8%，Mt样=18.5%，此时得出：Qnet.v.ar样2=24?J/g。
同时，生料粉分解是吸热反应，煤粉中生料粉尘降低也降低其分解所吸收的热量：
CaCO3（s）=CaO2（s）+CO2（g），ΔH=+.7kJ/mol
即每1molCaCO3分解吸热.7kJ/mol，即1gCaCO3分解吸热Q=1?J。
1g煤粉中所含有0.gCaCO3，则掺入的生料粉分解吸热时使煤粉的热量降低62.16J/g。
通过计算可以得出结论，选用高温电除尘器可以基本上脱除热风中生料粉，从而有效提高煤粉的发热量：ΔQnet.v.ar样=Qnet.v.ar样2-Qnet.v.ar样1+Q=1?J/g，即原煤燃烧可以提高1.53×kJ/t的热量。
5 结束语
随着国家对水泥行业大气污染物排放治理力度的逐步加大，不断推进水泥行业转型升级和绿色发展，电除尘器在颗粒物超低排放的大环境下，纷纷被袋除尘器或电袋除尘器取代，市场份额不断减小，但是通过煤磨前置高温电除尘器，在利用窑尾热风烘干煤粉特殊工况下，充分发挥了高温电除尘器的优势，达到去除热风中生料粉、大幅度提高煤粉发热量的目的，降低水泥企业的投资成本，为我国水泥工业的节能减排提供诸多改进的空间。
作者单位：河南中材环保有限公司推荐阅读1.欢迎刊登《水泥》杂志广告
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