窑尾袋除尘器的选型设计及应用
1 引言
过去国内水泥生产线窑尾不论其规模大小基本 上都是采用电除尘器．20世纪70年代．仅有少量的水泥生产企业窑尾烟气处理采用了袋除尘器．但这些厂的处理烟气量一般都在200 000m3／h以下 2 000dd规模的干法水泥生产线窑尾烟气处理应用袋除尘器始于90年代北京水泥厂．根据当时引进的美国富乐(Fuller)技术由河南中材环保有限公司为北京水泥厂提供了反吹风袋除尘器．后来山西水泥厂2 000dd干法水泥生产线建设时其窑尾烟气处理也采用了同样的反吹风袋除尘器从此．大型干法水泥生产线窑尾烟气治理应用袋除尘技术得到了国内水泥工作者的认同。《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915—2004)的发布．极大地促进了窑尾袋除尘器的推广应用。但是．袋除尘器运行过程中阻力大．工艺控制和袋除尘器自身控制不到位时出现了一些“烧袋”、“糊袋”和“破袋”事故．给水泥生产企业带来了很大的损失．
对水泥窑的稳定生产产生了重大影响回顾窑尾袋除尘器的应用历史．分析窑尾除尘技术的发展方向．总结设计和应用经验．对进一步促进窑尾袋除尘器的健康发展具有非常现实的意义
2 窑尾烟气的特性
水泥窑运转正常的情况下．窑尾烟气温度在350度左右；窑况异常时，烟气温度会更高。窑尾烟气中粉尘浓度高，折合成标况时一般在40～80g／Nm。：且粉尘中含有大量高温分解成分，细粉多，20～30um以下的颗粒占50％以上。此外，由于冷却方式的不同，如采用增湿塔、对原料进行烘干、掺冷风和余热发电等，冷却后的烟气水分含量会有很大的不同．烟气露点温度也因冷却方式不同而变化
3 窑尾烟气治理技术的发展阶段与展望
窑尾烟气是水泥生产线最主要的污染源．而且浪费了大量有用的原材料和热能．因此搞好窑尾除尘是水泥环保产业研究的重中之重．具有十分重要的意义。窑尾烟气除尘系统经历了电除尘器、袋除尘器两大技术的应用阶段．目前大型节能高效袋除尘器正在广泛推广之中。同时，行业内也出现了电改袋和电袋复合技术的新动向。
目前．无论是电除尘器还是袋除尘器均有很好的除尘效果，只要设计选型正确、制造质量优良、安装质量受控、维护操作合理，均能达到国家规定的排放标准。
3．1 电除尘器
电除尘器作为一种高效除尘器．在我国发展新型干法水泥生产线中得到了广泛的应用特别是20世纪80年代中期、90年代中期天津水泥工业设计研究院、河南中材环保有限公司等单位联合两次引进德国鲁奇(Lurgi)公司技术后，做了大量的消化吸收再创新工作。鲁奇电除尘技术已大量应用于2 000～10 00t/d新型干法水泥生产线的窑头窑尾除尘．这标志着电除尘器在水泥工业窑头窑尾应用上的成熟
电除尘器的主要优点：
(1)本体压力损失小，一般<200Pa，最大300Pa：
(2)单机处理烟气量大：
(3)耐高温，可在400％高温下运行：
(4)主要部件使用寿命长．维护费用低电除尘器的主要缺点是：
除尘效率受烟气和粉尘的物理化学特性影响大．
因而对工艺操作要求较高．对于高比电阻粉尘、微细和超微细粉尘等除尘效果不理想，甚至不能使用。
3．2 袋除尘器
袋除尘器的主要优点：
(1)除尘效率受烟气和粉尘的物理化学特性影响小．对工况变化的适应能力强：
(2)能捕捉超微细(≤0．1lxm)粉尘，除尘效率高，为今后国家进一步提高排放标准留有余地：
(3)操作维护简单。
袋除尘器的主要缺点是：
(1)本体压力损失大，一般情况下1 000～2 000Pa；
(2)受滤料的耐温限制，不能处理温度很高的烟气．一般不超过200~C：
(3)维护费用高。袋除尘器的滤袋寿命一般2～3年．若每3年更换一套滤袋．对大型袋除尘器来说其费用高达数百万元，这是一笔不小的费用。
3．3 电改袋
20世纪90年代前期设计的水泥生产线．在环保、节能等方面如何达到新标准的要求，是一个亟待解决的问题，电改袋是一种有效途径之一。
(1)电改袋常见技术方案
将原电除尘器改造为喷吹脉冲袋除尘器．保留原电除尘器基础和大部分壳体。如进气口、除尘器外壳、灰斗、排灰系统等。尽可能的节省费用和缩短工期：拆除原电除尘器的全部内部结构件及其振打装置等
(2)总体结构
袋除尘器采用原电除尘器钢结构外壳 壳体的上部增加净气室和出气阀．净气室底部为花板．在花板上安装滤袋、袋笼及喷吹系统。进气口完全利用原电除尘器进气喇叭和分布板．烟气靠进气端隔板导流后进入袋室进行过滤。改造后的袋除尘器采用喷吹脉冲清灰方式
(3)工作原理
当含尘气体从进气口进入除尘器后．首先碰到进气口中的分布板和导流隔板．气流便均匀流向袋室．同时气流速度变慢。由于惯性作用，使气流中的粗颗粒粉尘直接落人灰斗。起到预收尘的作用。进入袋室的气流通过内部装有金属骨架的滤袋，粉尘被捕集在滤袋的外表面．净化后的气体进入袋室上部的净气室．各净气室出口汇集到一个排气总管与原电除尘器出气管道连接．气体从此排出。
3．4 电袋复合技术
电袋复合技术的结构形式有两大类型．一种是前电后袋．另一种是混合式第一种前电后袋．又称为电袋分级处理，实际上是保留电除尘器的第一电场．而将后面的电场按以上电改袋方案改造成袋除尘器烟气通过第一电场后再进入后面的袋除尘器．从而使进入袋除尘器的含尘浓度大大降低．同时由于粉尘的预荷电作用．吸附到滤袋表面后组织松散．因而提高了粉尘层的透气性和清灰效果第二种混合式．电晕线放在袋除尘之间．粉尘获得饱和荷电．带同样电荷的粉饼．会因颗粒互相排斥而变得疏松。系统阻力明显降低，除尘效率进一步提高。电袋复合除尘是技术创新的一个方向．行业内已经开始关注该项技术的开发和应用情况
3．5 袋除尘器技术展望
(1)技术创新步伐加快。目前各主要水泥环保装备企业均十分关注国内外先进技术的开发情况．袋除尘器的应用技术在未来的几年里将会得到快速发展
(2)整机大型化趋势。随着国内水泥工业结构调整步伐的加快，高技术、大产能的水泥生产线陆续上马．加之国家大气粉尘排放标准的提高．必然会促进大型袋除尘器的应用及推广．尤其是长袋喷吹脉冲袋除尘器大型化的趋势明显．其性能目前已经接近和达到国际先进水平
(3)推广耐高温、高浓度袋除尘器的趋势。在“十一五”期间．适应高温、高含尘浓度的袋除尘器将得到进一步推广使用 这种袋除尘器能够直接处理温度高达300~C．含尘浓度达1 350g／Nm，的烟气．并可稳定达标排放
(4) 窑尾袋除尘器的设计将充分考虑与纯低温余热发电的紧密结合袋除尘器在发挥自身优势的同时．在设计选型和应用上要充分考虑与纯低温余热发电系统的相互适应、相互协调。袋除尘器+纯低温余热发电系统的完美结合将成为落实国家节能减排重大方针政策的有效途径。
4 窑尾袋除尘器的选型
根据工艺设计方案和工艺参数对袋除尘器进行选型．主要步骤包括：袋除尘器类型的确定、处理风量的确定、过滤材料的选择、过滤风速的选取、过滤面积的计算和除尘器规格的选取等。
4．1 袋除尘器类型的确定
目前应用于水泥窑尾的袋除尘器主要有反吹风式和喷吹脉冲式两大类。
1)反吹风袋除尘器
最早应用于2 000t／d水泥生产线窑尾烟气处理的袋除尘器就是反吹风式的，其型号为LFGF1200—2x7，
设计风量370 O00m3／h，名义过滤风速0．38m／min，一室清灰过滤风速0．46m／min，一室清灰，一室检修时的过滤风速0．49m／min。滤袋为南京玻璃纤维研究院生产的玻纤膨体纱布(8=O．45)。1995年5月达标正常运行．一年后经北京市环境保护监测中心测试，出口浓度24．0mg／Nm，，除尘器阻力1 580Pa，以后长期高效运行．最低出口浓度只有几毫克。滤袋保证寿命2年，实际使用3年以上，这在当时水泥窑尾除尘方面具有划时代的意义。反吹风袋除尘器主要不足之处是过滤风速低，一般不大于0．5m／min，就是用玻纤覆膜也只能到0．6m／min，因而除尘器的体积较大。
2)喷吹脉冲袋除尘器
喷吹脉冲袋除尘器是在总结各种袋除尘器应用经验的基础上发展起来的一种新型、高效袋除尘器。它采用喷吹脉冲清灰技术，增强了滤袋的清灰效果，提高了过滤风速，节省了清灰能耗和缩小了除尘器的体积及占地面积。除尘器采用PLC可编程控制器，自动控制清灰、输灰的全过程。因此，该除尘器是一种处理风量大、清灰效果好、除尘效率高、运行可靠、维护方便、占地面积小的大型除尘设备。
其主要特点是：
(1)采用喷吹脉冲技术，清灰效率高，能耗低；
(2)脉冲阀使用寿命长，可靠性高；
(3)喷吹效果好，设备运行阻力小；
(4)安装更换滤袋方便，固定可靠；
(5)相对于反吹风袋除尘器来说，喷吹脉冲袋除尘器的体积和占地面积较小。
4．2 处理风量的确定
袋除尘器的处理风量应根据工艺计算再结合经验数据．按生产时产生的最大烟气量选取。新型干法水泥生产线都将窑尾烟气用于原料烘干，窑尾工艺系统实际上包括了原料粉磨烘干系统。当原料磨运行时．除尘系统要同时处理窑尾烟气和原料磨烟气，称为联合操作当原料磨停运时，除尘系统只处理窑尾烟气．称为直接操作。对窑尾袋除尘器来说，直接操作时由于烟气量和粉尘浓度较联合操作低，所以应考虑联合操作时的烟气量。
4．3 过滤材料的选择
过滤材料是袋除尘器的核心部件，滤料的性能和寿命．决定了袋除尘系统的成败。最近几年窑尾袋除尘器大部分采用玻纤覆膜滤料，一部分采用P84或Nomex+RH处理 在进行滤料选择时，首先要注意烟气特性对滤料性能的影响．主要考虑烟气的温度、湿度、腐蚀性以及氧化剂等因素。除了烟气特性外，粉尘浓度、除尘效率、阻力、粉尘剥离率也影响着滤料的选择；同时，滤料经向纬向断裂强力和断裂伸长率也是需要考虑的重要因素。滤料的选择要根据行业特点，在相对稳定的一个时期内．一个行业以1至2种经典选择为主，做到简单实用。
窑尾袋除尘器常用过滤材料的具体性能见表1。
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根据工艺参数选择滤料，根据滤料特性，在工艺参数控制、袋除尘器本体结构设计和电气控制系统设计时以保护滤料为主要原则。
4．4 过滤风速的选取
为保证窑尾袋除尘器的高效稳定运行，应根据窑尾烟气的性质、工艺状况、滤料的种类、清灰方式等选取合适的过滤风速。对于反吹风袋除尘器．选用玻纤膨体纱作滤袋时，净过滤风速应≤0．5m／min，如选用玻纤覆膜作滤袋，则净过滤风速应≤0．6m／min，最高不能超过0．7m／min。对于喷吹脉冲袋除尘器，选用玻纤覆膜滤料时，净过滤风速可取到1．0m／min．选用P84或Nomex+RH处理时，净过滤风速可取到1．20m／rain。
上述为一般建议，具体选择要同业主、总承包商就工艺参数充分交换意见。尤其要注意的是．相同的滤料不同的供应商其滤料质量和后处理(或表面处理)质量有较大的差异。在选取过滤风速时，这种差异要给予充分的考虑。
4．5 过滤面积的计算
S=Q/(60.v)
式中： 一过滤面积，m ；
p一烟气量，m3／h；
一过滤风速，m／min。
要说明的是．对于离线清灰的袋除尘器．以上计算出来的面积为净过滤面积．净过滤面积是指扣除离线清灰室以后的过滤面积。如采用在线清灰。则没有净过滤面积的概念。
4．6 除尘器结构设计
由于受到气流上升速度及清灰气流的限制．喷吹脉冲式的滤袋不能做得很长．因而限制了其在大规格除尘器上的发展。近年来。欧美和澳大利亚等发达国家对解决这一问题进行了大量的研究。从喷吹技术、进气方式和气流分布等方面下手。取得了突破性的进展。使滤袋的长度从4m增加到6～8m甚至更长．而滤袋的直径还保留在130ram。个别增加到150ram 这就使得同样的空间可以布置更多的过滤面积．加上它可以取较高的过滤风速。不但解决了在大规格除尘器上的应用，而且单位过滤面积的钢耗量也大大降低．称为脉冲技术的第二次革命。河南中材环保有限公司的LJP系列长袋喷吹脉冲袋除尘器就是在国际袋除尘技术快速发展的大背景下通过自主创新设计开发的考虑到目前市场的接受能力．LJP系列袋除尘器滤袋直径确定为160ram。滤袋长度6～8m。优先推广7m。
LJP系列袋除尘器采用了完全的侧进气方式．即烟气进入进气烟道后．不是先进入灰斗再从滤袋底部向上运动．而是从滤袋的上部侧向进入袋室，并在袋室内向下运动。这种进气方式大大降低了气流上升速度．使滤袋在长度方向上的粉尘负荷更均匀。使粉尘的沉降方向与气流的方向一致，提高了清灰效果。这是喷吹脉冲袋除尘器滤袋能够做到6～8m长的关键所在 LJP系列袋除尘器的另一重要技术是在两个滤袋组之间留有足够的烟气通道，为双阀结构创造了条件．双阀结构可使单机处理烟气量更大LJP系列袋除尘器还设计有离线清灰和不停机检修功能。清灰时。袋室上部出气口的阀门关闭，切断过滤气流，清灰完成后再将阀门打开。检修时，除将袋室上部出气口的阀门关闭外．同时将袋室下部的进气阀关闭．此时该室就与整个除尘工艺脱开．实现不停机检修．保证除尘器与水泥窑同步运行。此外．LJP系列袋除尘器还有顶棚设计、定时定
差压清灰设计、自动破袋检测功能等多种设计可供用户选择．更重要的是，LJP系列袋除尘器的喷吹管和花板在工厂内组合成一个净气箱体．确保了花板和喷吹管的组合精度。不仅方便现场安装调整．而且对滤袋的寿命有相当的保证作用。
4．7 袋除尘器的清灰
袋除尘器的清灰通常有定时和定差压两种方式定时清灰控制简单。操作方便。但可能造成清灰不足或清灰过度。比较适合工艺条件相对稳定的场合定差压清灰能根据滤袋的阻力决定清灰频率．不会造成清灰不足或清灰过度。但差压仪器的维护和调整比较麻烦．适合工艺条件经常变化的场合。LJP系列袋除尘器具有定时和定差压两种清灰方式设计．调试时或工艺变化时可采用定差压清灰方式．取得经验后或工艺稳定后可采用定时清灰方式。用户使用起来更灵活更方便 LJP系列袋除尘器采用喷吹脉冲清灰。既保持了脉冲式清灰能力强的特点。又可以在滤袋的寿命后期用提高喷吹压力的方法来保证清灰效果这对获得良好的清灰效果、增加滤料的适应性和延长滤袋的使用寿命有很大的好处
4．8 除尘器的规格选择
根据过滤面积。对照相应除尘器的规格和性能进行选择．LJP系列袋除尘器部分产品的规格和性能参数见表2。
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5 窑尾袋除尘器的使用
5．1 推广应用情况
LIP系列长袋喷吹脉冲袋除尘器自研制以来．在国内外开始大量推广使用．取得了良好的经济效益、环境效益和社会效益．
5．2 应用效果
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5．3 使用注意事项
在正式投料前进行检查调试，调试合格后．窑尾袋除尘器即可投入试运行大多数新型干法水泥生产线投料前的烘窑或点窑均会采用重油作燃料．因此开启高温风机后．残留在窑及预热器中未完全燃烧的重油分子，可能会进入袋除尘器而附着在滤袋表面．从而影响滤袋的透气性能，故在袋除尘器初次使用前或更换新的滤袋后．一定要在滤袋表面预先敷涂一层干粉。但是，如果在烘窑或点窑前生料磨先投入运行．原料粉又经过袋除尘器，则此过程可免去。不过．在生料磨开启且无窑尾热风的情况下．一定要将生料磨出磨气体的温度控制在高于烟气露点温度以上 30℃ ．以防止烟气在除尘器内结露而造成糊袋进入窑尾袋除尘器的烟气通常是由窑磨烟气组成从窑尾预热器出来的烟气温度一般在350℃左右．但在投料初期系统工况不稳定．烟气温度可能会超过正常值很多，有时可高达450℃ 这时必须严格控制除尘器人口的气体温度．将其保持在滤料允许的温度内当温度持续上升时，一定要采取有效的措施．如加大增湿塔的喷水量或掺冷风等．确保滤袋不会被烧坏或减短寿命。
6 结束语
(1)窑尾烟气具有温度高、浓度高、风量大、粉尘细、粉尘性质变化快、温度范围波动大等特点。为稳定地达到GB4915—2004排放标准．窑尾烟气治理如果采用袋除尘器．建议选用LIP系列喷吹脉冲袋除尘器。如果要求必须达到30mg／Nm。以下排放．LIP系列袋除尘器更有优势
(2)在水泥窑尾工艺系统和袋除尘器本身的控制系统采取有效的防范措施后．窑尾袋除尘器完全可以做到长期高效运行。
参考文献：
[1]黄炜，林宏等．电袋复合式除尘器的突破[A1．第十一届全国电除尘学术会议论文集[C]．郑州：中国环保产业协会电除尘委员会，2005．113—115．
[2]柳静献，王现甫，孙熙．袋式除尘器用滤料的优化选择研究[A1．全国袋式除尘技术研讨会论文集[c]．抚顺：中国环保产业协会袋式除尘委员会．2007．193—196．
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