1 前言

新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，如何有效控制新型干法旋窯煙塵、粉塵的排放，也成為廣大環(huán)保工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。多年來，我國旋窯窯尾除塵多采用電除塵器，袋式除塵器很少采用。1998年11月4日，國家環(huán)境保護(hù)總局下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)全國 2000年工業(yè)污染源達(dá)標(biāo)排放和環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市環(huán)境功能區(qū)達(dá)標(biāo)工作方案的通知》, 掀起了“一控雙達(dá)標(biāo)”的環(huán)保風(fēng)暴，極大的推動(dòng)了我國環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，也為在水泥行業(yè)實(shí)施更高的排放標(biāo)準(zhǔn)打下了良好的基礎(chǔ)。2004年8月27日，國家環(huán)保局通過了新修訂的《水泥工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，按照新標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，新型干法窯系統(tǒng)的煙塵排放濃度要控制50mg／mn3。這實(shí)際上是對除塵工作提出了新的要求，預(yù)示著在新型干法旋窯工藝系統(tǒng)中，電除塵已經(jīng)不能滿足新的排放要求，袋除塵取代電除塵，已經(jīng)成為必然的趨勢。

目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，干法旋窯新工藝系統(tǒng)中，袋除塵器的應(yīng)用已十分普遍。我國廣大環(huán)保工作者在這一領(lǐng)域也做出了大膽嘗試，伴隨著新型干法工藝大型化的發(fā)展步伐，與不同規(guī)格的新型干法窯相配套的袋式除塵器也已出現(xiàn)。在環(huán)保要求高的一些地區(qū)，有些水泥廠已將電收塵器改為袋收塵器。隨著設(shè)計(jì)水平的提高，新型高品質(zhì)濾料的出現(xiàn)，零配件質(zhì)量的不斷提高，袋收塵器必將越來越多地應(yīng)用于窯頭、窯尾的廢氣治理中，將逐步取代電收塵器，

如：近年來，合肥院為國內(nèi)外設(shè)計(jì)的新型干法生產(chǎn)線窯頭、窯尾采用袋除塵的有中聯(lián)南陽航天3200t/d、山東青州６０００t/d、廣東珠江水泥廠５３００t/d、浙江富陽5000t/d窯頭、巴基斯坦Lucky水泥廠3200t/d等。

筆者較早涉足這一領(lǐng)域的應(yīng)用與研究，并取得了一定的成績。因此，本文將在總結(jié)自己多年來，從事水泥工業(yè)煙塵治理應(yīng)用研究工作以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以云南盤江水泥廠1200t/d干法生產(chǎn)線窯尾“電改袋”除塵實(shí)踐為例，在對電除塵器與袋除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較的同時(shí)，并對具體的改造方法與技術(shù)參數(shù)等進(jìn)行詳細(xì)的論述。

2 新型干法窯窯尾袋除塵器的應(yīng)用契機(jī)
 
2.1電除塵技術(shù)局限的結(jié)果

我國電除塵器的技術(shù)水平，已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。在水泥行業(yè)，我國已能生產(chǎn)配套10000t/d水泥熟料生產(chǎn)線超大型電除塵器，處理風(fēng)量近200萬m3/h。但是，電除塵器在除塵機(jī)理上卻存在著很大的缺陷，直接制約了電除塵器的應(yīng)用。

（1）電除塵器的除塵效率直接受粉塵比電阻制約，若要獲得高除塵效率，能耗及初投資都將遠(yuǎn)高于袋收塵。有研究表明：當(dāng)除塵效率超過99.5%以后，電除塵器電暈功率急劇增加（如表1），如果電除塵器效率在99.8%以下，其能耗低于袋除塵器，反之，效率超過99.8%時(shí)，其能耗高于袋除塵器。事實(shí)上，按照新標(biāo)準(zhǔn)，除塵效率往往達(dá)到99.9%以上，導(dǎo)致電除塵器的能耗及初投資成倍增加,這樣會(huì)使電除塵器對袋除塵器的傳統(tǒng)優(yōu)勢完全散失。

表1

（2）電除塵器對微細(xì)粒子處理能力有限。有專家研究表明：采用傳統(tǒng)3電場、寬間距的高效電除塵器，除去粗顆粒較易，但對PM10及PM2.5的控制很差，電除塵器前和電除塵器后的PM10濃度降幅不大，而PM2.5濃度幾乎沒有下降。電除塵器電場數(shù)增多可提高對PM10和PM2.5的捕集率，但這會(huì)導(dǎo)致電除塵器投資、運(yùn)行費(fèi)用成倍增加。國家有關(guān)部門正在醞釀對《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）進(jìn)行修訂，控制PM10和PM2.5的排放，這也是袋除塵器能在干法旋窯上獲得應(yīng)用的重要契機(jī)。

2.2袋除塵技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果

袋式除塵器具有高而穩(wěn)定的除塵效率，除塵效率很容易達(dá)到99.9%以上。它可同時(shí)除去煙塵中的PM10和PM2.5，使煙塵中對人類健康危害最大的PM10 和PM2.5降低到無害的程度。隨著近年來的技術(shù)發(fā)展，影響袋除塵器應(yīng)用的技術(shù)難題已得到解決，中國袋除塵技術(shù)與國外相比已經(jīng)差距不大。

(1) 完善的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)體系已經(jīng)形成。在袋除塵行業(yè)內(nèi)起帶頭作用的一批科研設(shè)計(jì)院所和骨干企業(yè)已經(jīng)成熟，整體工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平大幅提高，制造、安裝裝備的能力大為加強(qiáng)，有足夠能力開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，新材料，新設(shè)備；形成了開發(fā)、制造、安裝、調(diào)試一條龍服務(wù)的運(yùn)作模式，能進(jìn)行工程總承包。

(2)關(guān)鍵技術(shù)獲得突破。制約袋除塵器應(yīng)用的清灰技術(shù)、濾料技術(shù)、控制技術(shù)及本體結(jié)構(gòu)技術(shù)均獲得關(guān)鍵突破，為袋除塵器的應(yīng)用提供了有力的保障。

(3) 配套體系已經(jīng)完備。濾料的品種與質(zhì)量得到迅速發(fā)展提高，濾料除了傳統(tǒng)的滌綸、玻纖等常用材料外，諾梅克斯、P84、PPS、聚四氟乙烯等高品質(zhì)濾料也已廣泛使用；機(jī)織布、針刺氈布等織法濾料可滿足不同的工藝要求；濾布處理有壓光、燒毛處理、防油防水處理、表面覆膜處理等等，為改善濾布品質(zhì)也有多種化學(xué)處理配方。其他配件，如脈沖閥、控制器、袋籠等，品種齊全，性能、品質(zhì)都達(dá)到很高水平。另外，進(jìn)口渠道暢通。行業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成了完整的高水平的配套體系。

3 新型干法窯窯尾袋除塵器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1新型干法窯窯尾煙氣特點(diǎn)

窯況正常時(shí)，從窯尾出來的廢氣溫度達(dá)350℃ 左右,窯況異常時(shí)，從窯尾出來的廢氣溫度會(huì)更高；粉塵含塵濃度高，一般在80～100g/Nm3波動(dòng)；粉塵中含有大量高溫分解成分，細(xì)粉多，20～30μm以下顆粒占50%以上；由于冷卻方式的不同，出冷卻器的煙氣水分含量會(huì)有很大不同，煙氣露點(diǎn)溫度也因冷卻方式不同而變化。

3.2袋除塵器冷卻方式的確定

新型干法窯窯尾廢氣溫度高達(dá)350℃，必須先進(jìn)行冷卻，才能進(jìn)入袋除塵器處理。目前，冷卻方式有以下幾種：（1）增濕塔或煙道直接噴水冷卻，這種冷卻方式在窯磨聯(lián)合系統(tǒng)中使用普遍，冷卻效果明顯，效果穩(wěn)定。使用這種冷卻方式，須充分考慮到噴水后引起煙氣量的增加，并要防止過度噴水引起結(jié)露糊袋。（2）風(fēng)冷卻器冷卻。有自然風(fēng)冷卻器和強(qiáng)制吹風(fēng)冷卻器之分，冷卻效率低，效果不穩(wěn)定，常常須摻入冷風(fēng)應(yīng)急。風(fēng)冷卻器鋼耗高，強(qiáng)制吹風(fēng)冷卻器除冷卻風(fēng)扇耗電嚴(yán)重外，由于系統(tǒng)中串入風(fēng)冷卻器后，還會(huì)引起阻力大幅提高，導(dǎo)致主風(fēng)機(jī)電耗增加。（3）摻冷風(fēng)冷卻。這是最直接有效的一種冷卻方式，效果明顯。有專家認(rèn)為：摻冷風(fēng)會(huì)導(dǎo)致廢氣量增加，從而增加電耗。筆者認(rèn)為，電耗指標(biāo)應(yīng)綜合評估，摻冷風(fēng)雖然會(huì)導(dǎo)致廢氣量增加，但由于系統(tǒng)管網(wǎng)簡單，阻力低，綜合電耗比風(fēng)冷卻器系統(tǒng)要低。

3.3袋除塵器處理風(fēng)量的確定

熟料燒成過程中產(chǎn)生的廢氣一般由四部分組成。即：(1)原料分解產(chǎn)生氣體,(2)燃料燃燒產(chǎn)生氣體,(3)水分蒸發(fā)產(chǎn)生氣體,(4)系統(tǒng)漏入的氣體。以生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥熟料為準(zhǔn)，各部分氣體的量分析如下:

3.3.1原料分解產(chǎn)生的氣體

設(shè)定水泥的熟料成分不變，因其是化學(xué)反應(yīng)過程，其產(chǎn)生的氣體量不因窯形而變化，原料的種類雖有影響，但差別不大。一般生產(chǎn)每噸熟料約需1.54噸原料（包括煤灰），分解出290Nm3左右氣體。

3.3.2燃料燃燒產(chǎn)生的氣體

煅燒水泥使用煤作燃料，根據(jù)固體燃料燃燒氣體量簡便計(jì)算法：完全燃燒時(shí)煙氣量為：

V1＝（Z－1）（1.01QYDW/4187+0.5）+0.89QYDW/4187+1.65

取其中Z為空氣過剩系數(shù)取1.15

設(shè)燃料發(fā)熱量為5500×4.187kJ的煤1kg產(chǎn)生的氣體量為：

V1＝（1.15－1）（1.01×5500×4.187/4187+0.5）+0.89×5500×4.187/4187+1.65＝7.453Nm3

即燒煤每發(fā)出4187kJ（1000KCal）熱量，隨之產(chǎn)生

7.453/5.5=1.355Nm3氣體

3.3.3水分蒸發(fā)產(chǎn)生的氣體

每蒸發(fā)1kg水產(chǎn)生的蒸汽量為：

V2＝1×22.4/18=1.244Nm3氣體

3.3.4漏入的空氣量

漏入的空氣量通常以前三項(xiàng)相加后乘一個(gè)漏風(fēng)系數(shù)K表示。K的數(shù)值隨設(shè)備不同而不同。

3.3.5上述4項(xiàng)中，第（1）項(xiàng)和窯型無關(guān)，第（2）、（4）項(xiàng)和窯型密切相關(guān)，第（3）項(xiàng)和煙氣冷卻方式密切相關(guān)。

3.4袋除塵器清灰方式的確定

清灰效果的好壞，直接決定了袋除塵器能否長期穩(wěn)定運(yùn)行。反吹風(fēng)式清灰和低壓行噴吹式清灰均可采用，目前也都有成功應(yīng)用的實(shí)例。反吹風(fēng)類清灰屬低效清灰，允許采用低過濾風(fēng)速的濾料，因此設(shè)備體積龐大，總投資高；在超過3000t/d的系統(tǒng)上，缺陷明顯，不宜采用。低壓行噴吹式清灰有在線和離線清灰兩種。離線行噴吹清灰技術(shù)已經(jīng)成熟，成功應(yīng)用的實(shí)例也相當(dāng)多，如何降低結(jié)構(gòu)阻力及分風(fēng)均勻性是采用這種清灰技術(shù)要關(guān)注的問題。在線行噴吹清灰是大型袋除塵器清灰技術(shù)的發(fā)展方向，這種除塵器結(jié)構(gòu)阻力低，在超大煙氣量場合優(yōu)勢明顯，特別適合大型干法窯系統(tǒng)，在“電改袋”系統(tǒng)中也很實(shí)用。

3.5袋除塵器濾料的確定

新型干法窯窯尾除塵選用的濾料，必須滿足耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、疏水易清灰等特點(diǎn)，玻纖系列濾料使用較普遍。反吹風(fēng)清灰類除塵器多采用玻纖織布或玻纖膨體紗類濾料，它們具有低價(jià)優(yōu)勢。行噴吹清灰類除塵器，采用FMS系列耐高溫針刺氈濾料較多。FMS耐高溫針刺氈濾料是由兩種以上耐高溫纖維混合及層狀復(fù)合而成，具有耐高溫、高強(qiáng)度、抗酸堿腐蝕、耐磨、抗折等特點(diǎn)，經(jīng)過不同的表面化學(xué)處理與后整理技術(shù)，還具有易清灰，拒水防油、防靜電等功能；并有適合 150-200℃、200-250℃、250-300℃等不同溫度段的系列化產(chǎn)品。FMS濾料與玻璃纖維濾料相比，其耐磨性、抗折性及剝離強(qiáng)度有明顯提高，可承擔(dān)高過濾負(fù)荷。過濾速度可達(dá)到1.5米/分以上或更高，運(yùn)行阻力低。與合成化纖耐高溫濾料相比，克服了化纖濾料伸長率大、變形大、耐高溫低、耐腐蝕性差的弱點(diǎn)；尺寸穩(wěn)定性、強(qiáng)度更好，并且價(jià)格低于其他耐高溫化學(xué)纖維。是適合我國國情的新產(chǎn)品。國外有不少廠家使用P84濾料，P84濾料耐溫性、抗化學(xué)性 、清灰效果都很優(yōu)良，使用效果令人滿意，但價(jià)格昂貴，很多使用廠家不能承受。綜合比較起來，F(xiàn)MS系列耐高溫針刺氈濾料較適合中國國情。

4 應(yīng)用實(shí)例

云南盤江水泥廠1200t/d新型干法生產(chǎn)線，窯尾除塵原設(shè)計(jì)采用電除塵器，由于電除塵器除塵效率較低，已不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，因此，我們在項(xiàng)目實(shí)施過程中改為袋式除塵器?，F(xiàn)場的實(shí)際情況是：土建工程已經(jīng)完工，整個(gè)工藝流程不能變動(dòng)；電除塵器基礎(chǔ)也已經(jīng)建成，不能拆除。“電改袋”的實(shí)質(zhì)是在原燒成—廢氣處理系統(tǒng)中，用袋除塵器取代原CDW105臥式電除塵器。

4.1原燒成—廢氣處理系統(tǒng)配置見表2。

表2

4.2袋除塵器入口煙氣特性見表3。

表3

由于本系統(tǒng)為窯、磨聯(lián)合系統(tǒng)，生料磨開、停對袋除塵器入口煙氣特性有較大影響，生料磨開機(jī)時(shí)，煙氣溫度150℃，含塵濃度160 g/m3；生料磨停機(jī)時(shí)，煙氣溫度180℃，含塵濃度80 g/m3。

4.3袋除塵器技術(shù)參數(shù)

本方案采用低壓長袋脈沖除塵器，由于要遷就原電除塵器基礎(chǔ)尺寸，袋除塵器進(jìn)行了非標(biāo)型變型設(shè)計(jì)，除塵器型號為LCM（96+80）-2×（9+2）。技術(shù)參數(shù)如表4所示。

表4

4.4袋除塵器設(shè)計(jì)說明

（1）袋除塵器占地面積：  長×寬=15000×11000mm，與原電除塵器基礎(chǔ)尺寸吻合。

（2）袋除塵器最大處理風(fēng)量可達(dá)到360000 m3/h,實(shí)際使用中除塵器過濾風(fēng)速長期低于1.0m/min,對降低除塵器阻力及提高濾袋壽命十分有利。

（3）濾袋選用新型氟美斯（FMS9806）耐高溫針刺氈濾料，耐溫可達(dá)260℃，在低過濾風(fēng)速下運(yùn)行，壽命可達(dá)2年以上。

（4）由于廠家要求，脈沖閥選用ASCO  2英寸直角閥，該閥自身阻力較高，在條件許可的情況下，建議改用淹沒式脈沖閥。

4.5配套設(shè)備參數(shù)調(diào)整

電除塵器改為袋除塵器以后，系統(tǒng)工藝參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，如表5所示。

5 結(jié)束語

隨著袋式除塵技術(shù)的不斷進(jìn)步，袋式除塵器已廣泛用于水泥生產(chǎn)工藝中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，其完全能夠解達(dá)到國家規(guī)定的排放要求。為了使水泥工業(yè)成為可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)，必須通過新型工業(yè)化的道路，采用成熟的先進(jìn)科學(xué)和技術(shù)，降低能源消耗，提高水泥質(zhì)量，降低對環(huán)境的污染。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的趨勢的影響，我們可以用自身技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)力價(jià)格低的優(yōu)勢與國外企業(yè)一爭高低，開拓和占領(lǐng)更多的國際市場。

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