1  前言

為了提高原煤在工業(yè)窯爐中的燃燒效率，通常要將其磨成煤粉來燃燒。在水泥（回轉(zhuǎn)窯）、冶金、電力行業(yè)，由于燃用的原煤中含有一定的水分，往往采取粉磨兼烘干的方式，通常采用的磨機(jī)為風(fēng)掃式球磨機(jī)或立式磨。但無論采取何種粉磨方式，在煤粉制備及輸送過程中，部分煤粉都會(huì)隨氣流排出，對(duì)環(huán)境造成污染。因此，煤粉制備工藝系統(tǒng)中含塵廢氣中的煤粉回收成為了必不可少的環(huán)節(jié)。隨著煤粉制備工藝技術(shù)的發(fā)展，煤粉制備系統(tǒng)已由傳統(tǒng)的兩級(jí)收塵改為一級(jí)收塵，粉磨設(shè)備也逐漸被高效的立式磨替代，收塵器在粉磨系統(tǒng)中不僅是收塵設(shè)備，而且也是主要的工藝設(shè)備之一。

新標(biāo)準(zhǔn)《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915- 2004）對(duì)煤粉制備系統(tǒng)含塵廢氣的排放限值作了嚴(yán)格規(guī)定：自2006年7月1日起至2009年12月31日止，現(xiàn)有生產(chǎn)線煤磨排氣筒中的顆粒物最高允許排放濃度是 100mg/Nm³ ，自2010年1月1日起，其最高允許排放濃度是50mg/Nm³ 。自2005年1月1日起，新建生產(chǎn)線煤磨排氣筒中的顆粒物最高允許排放濃度是50mg/Nm³ 。為適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)，水泥廠煤粉制備系統(tǒng)選用高效脈沖防爆袋除塵器是設(shè)計(jì)選型的必然趨勢(shì)。

2  煤粉制備系統(tǒng)含塵廢氣的特性

在水泥生產(chǎn)線中，煤粉制備系統(tǒng)的粉塵凈化處理一般都采用防爆除塵器。水泥廠煤粉制備系統(tǒng)的廢氣大都具有如下特點(diǎn)：

（1）粉塵濃度高

不管是風(fēng)掃磨還是立式磨，由于取消了細(xì)粉分離器，煤粉制備產(chǎn)生的廢氣的粉塵濃度均較高，一般為 400～1000g/m³。

（2）揮發(fā)份高

盡管無煙煤煅燒技術(shù)的研究和開發(fā)已取得初步進(jìn)展，但在水泥、電力、冶金工業(yè)生產(chǎn)中大量采用的是高揮發(fā)分的煙煤，揮發(fā)分一般大于20%，而且多數(shù)水泥廠采用的煙煤揮發(fā)分含量達(dá)25%～30%。

（3）粒度小

煤粉成品的粒度小，粒徑小于80μm的占80%。

（4）易結(jié)露，有腐蝕性

因煤粉制備采用烘干兼粉磨的工藝技術(shù)，煤磨出口廢氣含有一定的水分，故容易結(jié)露，使得該粉塵的剝離性也比干粉塵差。由于原料煤中含有一定量的硫，廢氣會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生一定的腐蝕。

（5）有燃爆的可能性

煤粉發(fā)生自燃及爆炸的三個(gè)條件為：

1）煤粉爆炸的下限濃度為20～30g/m³ ，上限濃度為2000～7000g/m³ ，煤粉濃度界于爆炸的上限和下限之間，有爆炸的危險(xiǎn)，而且當(dāng)煤粉的揮發(fā)分高于20%時(shí)，爆炸的可能性將增加；

2）有足夠的氧氣；

3）環(huán)境達(dá)到一定溫度或存在火源隱患。在帶烘干粉磨的煤粉制備系統(tǒng)中，存在以下幾種火源：來自烘干熱氣流中的火星；長(zhǎng)期堆積的煤粉氧化后使局部溫度升高而燃燒起火；因系統(tǒng)中的靜電積累而引起的火花；機(jī)械碰撞火花；其它外部火源。

在煤粉制備中同時(shí)具備以上三個(gè)條件的可能性是常常存在的，因此有發(fā)生燃爆的可能。

3  煤粉制備系統(tǒng)粉塵治理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

煤磨廢氣不但是水泥廠的主要污染源，而且還浪費(fèi)了大量有用的燃料，因此做好煤磨系統(tǒng)除塵有很重要的意義。煤磨廢氣除塵主要有燃燒法、水膜法、電除塵器、袋除塵器四種技術(shù)方法。

3.1  燃燒法除塵

二十世紀(jì)八十年代中期前，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線煤磨系統(tǒng)大都采用旋風(fēng)收塵器作為預(yù)收塵設(shè)備，旋風(fēng)收塵器的收塵效率一般低于90%，旋風(fēng)收塵器出口煤粉濃度一般為 25～80g/m³ 。燃燒法是將旋風(fēng)收塵器的出口廢氣作為一次空氣直接送入窯頭燃燒，這樣雖然能解決問題，但由于諸多因素的制約，除了少數(shù)濕法生產(chǎn)線能做到用盡全部廢氣外，大部分生產(chǎn)線用不完煤磨系統(tǒng)排出的廢氣，用不完的廢氣需進(jìn)行處理，直接排空會(huì)造成嚴(yán)重污染。采取燃燒法的前提條件是窯和煤磨要同步運(yùn)行，停窯期間煤磨排出的廢氣沒法處理。因此，這種方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了環(huán)保要求，目前已被淘汰。

3.2  水膜法除塵

由于燃燒法存在的不足，有些水泥廠采用水膜法除塵技術(shù)來處理煤磨系統(tǒng)排出的廢氣，這種方法的最大特點(diǎn)是投資省、操作維護(hù)簡(jiǎn)單，但收塵效率低，達(dá)不到國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，而且存在含煤廢水及煤泥的二次污染。這種方法除一些偏僻小廠外，一般很少使用，目前也已經(jīng)被淘汰。

3.3  電除塵器除塵

隨著電除塵器技術(shù)的發(fā)展，二十世紀(jì)八十年代中期電除塵器技術(shù)得到推廣應(yīng)用，與燃燒法除塵和水膜法除塵相比，電除塵器的除塵效果較高，但一般采用兩級(jí)除塵，即廢氣進(jìn)電除塵器之前由細(xì)粉分離器進(jìn)行預(yù)收塵，廢氣進(jìn)入電除塵器之前的濃度低于70g/m³ 。

電除塵器特點(diǎn)如下：

（1）運(yùn)行阻力低且運(yùn)行穩(wěn)定可靠；

（2）粉塵比電阻、粉塵濃度、煙氣溫度、煙氣成分對(duì)除塵效率都有影響；

（3）煤磨電除塵器設(shè)計(jì)排放濃度小于100mg/Nm³ ，由于電除塵器的除塵效率與除塵極板面積呈指數(shù)曲線關(guān)系，如果要進(jìn)一步降低排放濃度，必須通過增加電場(chǎng)數(shù)量或增加每個(gè)電場(chǎng)的極板面積從而大幅度地提高除塵面積來實(shí)現(xiàn)，但設(shè)備的投資以及運(yùn)行費(fèi)用會(huì)因此大幅度上升，且除塵效果提高不十分顯著；

（4）清灰不徹底，極板和極線易變形，煙氣對(duì)極板和極線會(huì)造成腐蝕，很難保證除塵長(zhǎng)期高效；

（5）電除塵器存在發(fā)生事故排放的缺陷；

（6）電除塵器的火花放電給系統(tǒng)的防爆帶來不利影響。為防CO超標(biāo)引起爆炸，電除塵器入口需安裝CO分析系統(tǒng)。

3.4  袋除塵器除塵

二十世紀(jì)八十年代后期，隨著袋式除塵技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是新型濾料的研制及應(yīng)用和清灰技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)逐漸開發(fā)出了煤磨專用的抗靜電、防燃、防爆袋除塵器，使袋除塵器在水泥廠煤粉制備系統(tǒng)粉塵治理中得到了廣泛應(yīng)用。針對(duì)煤粉制備工藝系統(tǒng)和含塵廢氣的特點(diǎn)，科研部門研制出了反吹風(fēng)型和脈沖噴吹型專用袋除塵器，其中的反吹風(fēng)型主要為MDC型防爆袋除塵器，脈沖噴吹型為FGM（M）型氣箱脈沖防爆袋除塵器、MMC型脈沖噴吹防爆袋除塵器和LPMC型低阻高效防爆袋除塵器。

二十世紀(jì)八十年代后期，以MDC為代表的反吹風(fēng)型煤磨防爆袋除塵器廣泛用于水泥廠煤粉制備系統(tǒng)的粉塵治理，并取得了良好的效果，該除塵器有如下特點(diǎn)：

（1）除塵效率高，能實(shí)現(xiàn)排放濃度＜100mg/Nm³ ，在過濾風(fēng)速取低值時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)排放濃度＜50mg/Nm³ ；

（2）采用外濾式反吹清灰，清灰動(dòng)能較低，過濾風(fēng)速低，設(shè)計(jì)過濾風(fēng)速為0.8～1.0m/min，設(shè)備鋼耗較高，體積較大；

（3）處理低濃度含塵氣體，允許入口含塵濃度＜150g/m³ ，通常需要二級(jí)收塵；

（4）采用反吹風(fēng)清灰，很難徹底清灰，設(shè)備設(shè)計(jì)阻力＜1770Pa，清灰時(shí)會(huì)引入大量新鮮冷空氣，既不利于防結(jié)露，又不利于防燃爆。

相比反吹風(fēng)型防爆袋除塵器，脈沖噴吹防爆袋除塵器具有更好的性能，其特點(diǎn)如下：

（1）采用外濾式，設(shè)計(jì)過濾風(fēng)速為1.0～1.2m/min，設(shè)備鋼耗較低；

（2）可處理濃度低于1000g/m³ 的高濃度含塵氣體，無論是與立式磨還是與風(fēng)掃磨配套都只要一級(jí)除塵；

（3）采用電磁脈沖閥進(jìn)行脈沖清灰，清灰動(dòng)能大，清灰徹底；

（4）選用防油防水抗靜電濾料并配置自動(dòng)防爆卸壓裝置，阻燃防爆性能好。

為適應(yīng)排放新標(biāo)準(zhǔn)《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004）的限值要求，新建水泥生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)最好選用脈沖噴吹型防爆袋除塵器。

4  煤磨袋除塵器的選型

根據(jù)工藝設(shè)計(jì)方案和原始參數(shù)對(duì)袋除塵器進(jìn)行選型，主要包括以下步驟：袋除塵器類型的確定、處理風(fēng)量的確定、過濾風(fēng)速的選取、過濾面積的計(jì)算、除塵器規(guī)格的選取等。

4.1  袋除塵器類型的確定

上述三種脈沖噴吹型防爆袋除塵器的結(jié)構(gòu)及工作原理如下：

（1）FGM（M）型氣箱脈沖防爆袋除塵器

氣箱脈沖防爆袋除塵器主要由箱體、袋室、灰斗、進(jìn)出風(fēng)口、支柱、爬梯、欄桿、氣路系統(tǒng)、提升閥系統(tǒng)、清灰控制器等部分組成。

工作原理：當(dāng)含塵煙氣由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入灰斗以后，一部分較粗塵粒由于慣性碰撞、自然沉降等原因落入灰斗，大部分塵粒隨氣流上升進(jìn)入袋室，經(jīng)濾袋過濾后，塵粒被阻留在濾袋外側(cè)，凈化后的煙氣由濾袋內(nèi)部進(jìn)入箱體，再由閥板孔、出風(fēng)口排入大氣，達(dá)到除塵的目的；隨著過濾過程的進(jìn)行，濾袋外側(cè)的積塵逐漸增多，使除塵器的運(yùn)行阻力逐步增大。當(dāng)阻力增至預(yù)先設(shè)定值或者到達(dá)設(shè)定時(shí)間時(shí)，清灰控制器發(fā)出信號(hào)，首先控制提升閥將閥板孔關(guān)閉，切斷過濾煙氣流，停止過濾過程，然后電磁脈沖閥打開，以極短的時(shí)間（0.1～ 0.15s）向箱體內(nèi)噴入壓力為0.5～0.7MPa的壓縮空氣，壓縮空氣在箱體內(nèi)迅速膨脹，涌入濾袋內(nèi)部，使濾袋產(chǎn)生變形、振動(dòng)，加上逆向氣流的作用，袋室外部的粉塵便被清除下來掉入灰斗，清灰完畢之后，提升閥再次打開，除塵器又進(jìn)入過濾狀態(tài)。清灰動(dòng)作均由PLC進(jìn)行自動(dòng)控制，清灰控制分定時(shí)式和定壓式兩種。

（2）MMC型脈沖噴吹防爆袋除塵器

MMC脈沖噴吹防爆袋除塵器主要由箱體、袋室、灰斗、進(jìn)出風(fēng)口、支柱、爬梯、欄桿、噴吹系統(tǒng)、清灰控制器等部分組成。

工作原理：含塵氣體由風(fēng)管或法蘭口進(jìn)入除塵器，在風(fēng)道的導(dǎo)向下，部分粉塵在灰斗壁上沉降，微細(xì)粉塵則隨著氣流飛入濾袋室并均勻地分散到各個(gè)濾袋表面，粉塵被阻留在濾袋外側(cè)，而穿過濾袋的凈化氣體經(jīng)過濾袋口進(jìn)入到上部?jī)魵馐�，最后通過出口排風(fēng)機(jī)排入大氣。積附在濾袋外側(cè)的粉塵，一部分靠自重落入灰斗中，另一部分則繼續(xù)留在濾袋外表面，并使得設(shè)備阻力逐漸升高。為保證設(shè)備阻力不超過1500Pa，每隔一定時(shí)間需要徹底清灰一次，將積附在濾袋外側(cè)的粉塵清理干凈。

在凈氣室中，每排濾袋的上部都對(duì)應(yīng)著裝有一根噴吹管與脈沖閥及壓縮空氣主管相聯(lián)，噴吹管上有許多小孔，每個(gè)小孔均對(duì)應(yīng)著一條濾袋的中心，在除塵過程中，清灰控制器自動(dòng)發(fā)出命令，控制各個(gè)脈沖閥順序開啟，此時(shí)高壓空氣以極快的速度從噴嘴中噴出，并通過文丘里管從周圍吸引5～7倍噴出空氣量的二次氣體與之混合，然后沖進(jìn)濾袋內(nèi)，像一個(gè)從上到下運(yùn)動(dòng)的“脈沖氣泡”，使濾袋鼓漲變形，引起一次振幅不大的沖擊振動(dòng)，同時(shí)在瞬間產(chǎn)生由里向外的逆向氣流，將積附在濾袋外側(cè)的粉塵抖落到灰斗中。清灰動(dòng)作均由PLC進(jìn)行自動(dòng)控制，清灰控制有定時(shí)式和定壓式兩種。

（3）LPMC型低阻高效防爆袋除塵器

LPMC低阻高效防爆袋除塵器主要由箱體、袋室、灰斗、進(jìn)出風(fēng)口、支柱、爬梯、欄桿、噴吹系統(tǒng)、清灰控制器等部分組成。

工作原理：含塵氣體由入口法蘭進(jìn)入除塵器導(dǎo)流均風(fēng)室，在均風(fēng)導(dǎo)流板的導(dǎo)向下，因風(fēng)道截面擴(kuò)大、風(fēng)速降低，部分粉塵在灰斗壁上沉降，微細(xì)粉塵則隨著氣流經(jīng)過灰斗上端面和側(cè)面的柵格幕墻均勻?qū)霝V袋室，由上而下均勻地分散到各條濾袋表面，粉塵被阻留在濾袋外側(cè)，而穿過濾袋的凈化氣體經(jīng)過濾袋上口進(jìn)入到上部?jī)魵馐�，再匯入出口風(fēng)道，最后通過出口排風(fēng)機(jī)排入大氣。積附在濾袋外側(cè)的粉塵，一部分靠自重落入灰斗中，另一部分繼續(xù)留在濾袋外表面，并使得設(shè)備阻力逐漸升高。為保證設(shè)備阻力不超過設(shè)定值，每隔一定時(shí)間或達(dá)到預(yù)定阻力時(shí)就需要清灰一次，將積附在濾袋外側(cè)的粉塵清除干凈。清灰采用淹沒式脈沖閥脈沖清灰。除塵器的清灰、卸灰、溫度檢測(cè)及報(bào)警均采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

4.2  處理風(fēng)量的確定

煤粉制備系統(tǒng)的主機(jī)設(shè)備按其通風(fēng)性質(zhì)可分為風(fēng)掃球磨和立式磨，因風(fēng)掃球磨和立式磨的物料全部用風(fēng)力輸送，故其通風(fēng)量通常用臺(tái)時(shí)產(chǎn)量計(jì)算得出。兩種磨機(jī)的計(jì)算公式基本一致：

處理風(fēng)量Q=（2000～3500）G，其中，Q的單位為噸，G為磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。袋除塵器的處理風(fēng)量應(yīng)根據(jù)理論計(jì)算并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選�。ò匆话闵a(chǎn)時(shí)所產(chǎn)生的最大廢氣量選取，且要考慮5%的系統(tǒng)漏風(fēng)量）。

4.3  過濾風(fēng)速的選取

過濾風(fēng)速是袋除塵器的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)。過濾風(fēng)速的大小直接影響袋除塵器的設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用、使用效果和濾袋的使用壽命等。袋除塵器的過濾風(fēng)速取決于濾袋材質(zhì)、處理的含塵氣體性質(zhì)（粉塵顆粒大小、濃度、溫度、濕度、易燃易爆性、粉塵粘結(jié)特性等）和排放標(biāo)準(zhǔn)的要求等。過濾風(fēng)速過大，阻力高，排放濃度高，濾袋壽命短；過濾風(fēng)速過小，除塵器體積大，設(shè)備投資高。

袋除塵器過濾風(fēng)速計(jì)算公式為：ω= k×Q/60F

式中：ω— 過濾風(fēng)速，m/min；

  k — 風(fēng)量波動(dòng)系數(shù)；

  Q — 風(fēng)量，m³ /h；   F — 面積，m2 。根據(jù)所選濾料的性能、高濃度的廢氣性質(zhì)和粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)，再結(jié)合水泥廠煤粉制備工藝推薦的過濾風(fēng)速值。對(duì)于正常工況可選用抗靜電滌綸針刺氈和覆膜抗靜電滌綸針刺氈。對(duì)于原煤水分較高的工況，建議在設(shè)計(jì)及訂貨時(shí)盡量選用抗靜電防油防水滌綸針刺氈、覆膜抗靜電滌綸針刺氈濾料或覆膜抗靜電防油防水滌綸針刺氈，如選用550g/m2 的覆膜抗靜電滌綸針刺氈濾料和覆膜抗靜電防油防水滌綸針刺氈濾料，除塵器的過濾風(fēng)速定為1.0～1.1m/min比較適宜；如選用550g/m2 的抗靜電滌綸針刺氈濾料和抗靜電防油防水滌綸針刺氈濾料，除塵器的過濾風(fēng)速定為0.8～ 1.0m/min比較適宜。

4.4  過濾面積的計(jì)算

過濾面積S=Q/（60×ω）。

4.5  除塵器規(guī)格的選取

根據(jù)過濾面積，對(duì)照相應(yīng)袋除塵器的規(guī)格和性能表選擇一種規(guī)格。3種袋除塵器的主要規(guī)格和性能分別見表1、表2、表3。

 

4.6  各種規(guī)模生產(chǎn)線除塵器的選型

目前國(guó)內(nèi)擬建、在建、新建的水泥生產(chǎn)線多是 2000～5000t/d能力的新型干法生產(chǎn)線。各設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)煤粉制備系統(tǒng)時(shí)，采用的生產(chǎn)工藝流程及性能配置有所不同，配置的除塵器型號(hào)規(guī)格也有所區(qū)別，但通常工藝設(shè)計(jì)選型基本是一致的。具體見表4。

 

5  煤磨袋除塵器的應(yīng)用

5.1  推廣應(yīng)用情況

（1）FGM（M）型氣箱脈沖防爆袋除塵器是在 FGM（PPW）氣箱脈沖袋除塵器基礎(chǔ)上研制開發(fā)的。該除塵器自研制以來，在水泥廠、鋼廠和電廠進(jìn)行了推廣應(yīng)用，使用廠家遍布國(guó)內(nèi)外，僅在國(guó)內(nèi)的水泥廠至今已有300余臺(tái)投入使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。該除塵器于1997年通過省級(jí)鑒定，于1999年榮獲國(guó)家建材局科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

（2）MMC型脈沖噴吹防爆袋除塵器自1999年開始研制，于2003年通過部級(jí)鑒定，目前已推廣銷售了40余臺(tái)，先后應(yīng)用于重慶南桐特種水泥有限公司、都江堰拉法基水泥公司和重慶拉法基水泥公司等水泥生產(chǎn)線。

（3）LPMC型低阻高效防爆袋除塵器自研制以來廣泛應(yīng)用于冶金、電力、水泥等行業(yè)煤粉制備系統(tǒng)的廢氣治理，目前已推廣銷售了近20臺(tái)，應(yīng)用于山東鋁業(yè)公司水泥廠等新老生產(chǎn)線。該除塵器于2006年12月通過部級(jí)鑒定，其研制項(xiàng)目獲得2007年度建材行業(yè)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

5.2  部分典型應(yīng)用業(yè)績(jī)

這3種類型除塵器的部分業(yè)績(jī)見表5。

 

6  結(jié)語

（1）煤粉制備系統(tǒng)已由傳統(tǒng)的兩級(jí)除塵改為一級(jí)除塵，該系統(tǒng)廢氣具有粉塵濃度高、揮發(fā)分高、粒度小、易結(jié)露、有腐蝕性、有燃爆可能性等特點(diǎn)。為適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004）的要求，煤磨廢氣治理必須選用低阻高效防爆袋除塵器。

（2）煤磨廢氣除塵相繼經(jīng)歷了燃燒法除塵、水膜法除塵、電收塵器除塵、袋收塵器除塵四個(gè)技術(shù)階段。脈沖噴吹型防爆袋除塵器因具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、清灰效果好、能處理高濃度廢氣、除塵效率高等優(yōu)點(diǎn)在水泥廠得到了廣泛應(yīng)用。

（3）煤磨袋除塵器的選型主要包括袋除塵器類型的確定、處理風(fēng)量的確定、過濾風(fēng)速的選取、過濾面積的計(jì)算、除塵器規(guī)格的選取等內(nèi)容。目前，廣泛應(yīng)用的煤磨袋除塵器是脈沖噴吹型，主要有FGM（M）型氣箱脈沖防爆袋除塵器、MMC型脈沖噴吹防爆袋除塵器和LPMC型低阻高效防爆袋除塵器3種。

參考文獻(xiàn)：

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