新型干法窑窑尾袋除尘器的实践
1 前言
新型干法水泥生产技术的应用和发展，极大地提高了劳动生产率和产品质量，随着生产规模的不断扩大，如何有效控制新型干法旋窑烟尘、粉尘的排放，也成为广大环保工作者关注的焦点。多年来，我国旋窑窑尾除尘多采用电除尘器，袋式除尘器很少采用。1998年11月4日，国家环境保护总局下发了《关于印发全国 2000年工业污染源达标排放和环境保护重点城市环境功能区达标工作方案的通知》, 掀起了“一控双达标”的环保风暴，极大的推动了我国环保技术的发展，也为在水泥行业实施更高的排放标准打下了良好的基础。2004年8月27日，国家环保局通过了新修订的《水泥工业污染物排放标准》，按照新标准的规定，新型干法窑系统的烟尘排放浓度要控制50mg／mn3。这实际上是对除尘工作提出了新的要求，预示着在新型干法旋窑工艺系统中，电除尘已经不能满足新的排放要求，袋除尘取代电除尘，已经成为必然的趋势。
目前，在工业发达国家，干法旋窑新工艺系统中，袋除尘器的应用已十分普遍。我国广大环保工作者在这一领域也做出了大胆尝试，伴随着新型干法工艺大型化的发展步伐，与不同规格的新型干法窑相配套的袋式除尘器也已出现。在环保要求高的一些地区，有些水泥厂已将电收尘器改为袋收尘器。随着设计水平的提高，新型高品质滤料的出现，零配件质量的不断提高，袋收尘器必将越来越多地应用于窑头、窑尾的废气治理中，将逐步取代电收尘器，
如：近年来，合肥院为国内外设计的新型干法生产线窑头、窑尾采用袋除尘的有中联南阳航天3200t/d、山东青州６０００t/d、广东珠江水泥厂５３００t/d、浙江富阳5000t/d窑头、巴基斯坦Lucky水泥厂3200t/d等。
笔者较早涉足这一领域的应用与研究，并取得了一定的成绩。因此，本文将在总结自己多年来，从事水泥工业烟尘治理应用研究工作以及实践经验的基础上，以云南盘江水泥厂1200t/d干法生产线窑尾“电改袋”除尘实践为例，在对电除尘器与袋除尘器的优缺点进行了比较的同时，并对具体的改造方法与技术参数等进行详细的论述。
2 新型干法窑窑尾袋除尘器的应用契机
2.1电除尘技术局限的结果
我国电除尘器的技术水平，已经达到国际先进水平。在水泥行业，我国已能生产配套10000t/d水泥熟料生产线超大型电除尘器，处理风量近200万m3/h。但是，电除尘器在除尘机理上却存在着很大的缺陷，直接制约了电除尘器的应用。
（1）电除尘器的除尘效率直接受粉尘比电阻制约，若要获得高除尘效率，能耗及初投资都将远高于袋收尘。有研究表明：当除尘效率超过99.5%以后，电除尘器电晕功率急剧增加（如表1），如果电除尘器效率在99.8%以下，其能耗低于袋除尘器，反之，效率超过99.8%时，其能耗高于袋除尘器。事实上，按照新标准，除尘效率往往达到99.9%以上，导致电除尘器的能耗及初投资成倍增加,这样会使电除尘器对袋除尘器的传统优势完全散失。
表1
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（2）电除尘器对微细粒子处理能力有限。有专家研究表明：采用传统3电场、宽间距的高效电除尘器，除去粗颗粒较易，但对PM10及PM2.5的控制很差，电除尘器前和电除尘器后的PM10浓度降幅不大，而PM2.5浓度几乎没有下降。电除尘器电场数增多可提高对PM10和PM2.5的捕集率，但这会导致电除尘器投资、运行费用成倍增加。国家有关部门正在酝酿对《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）进行修订，控制PM10和PM2.5的排放，这也是袋除尘器能在干法旋窑上获得应用的重要契机。
2.2袋除尘技术进步的结果
袋式除尘器具有高而稳定的除尘效率，除尘效率很容易达到99.9%以上。它可同时除去烟尘中的PM10和PM2.5，使烟尘中对人类健康危害最大的PM10 和PM2.5降低到无害的程度。随着近年来的技术发展，影响袋除尘器应用的技术难题已得到解决，中国袋除尘技术与国外相比已经差距不大。
(1) 完善的设计及生产体系已经形成。在袋除尘行业内起带头作用的一批科研设计院所和骨干企业已经成熟，整体工艺设计和结构设计水平大幅提高，制造、安装装备的能力大为加强，有足够能力开发出具有自主知识产权的新技术，新材料，新设备；形成了开发、制造、安装、调试一条龙服务的运作模式，能进行工程总承包。
(2)关键技术获得突破。制约袋除尘器应用的清灰技术、滤料技术、控制技术及本体结构技术均获得关键突破，为袋除尘器的应用提供了有力的保障。
(3) 配套体系已经完备。滤料的品种与质量得到迅速发展提高，滤料除了传统的涤纶、玻纤等常用材料外，诺梅克斯、P84、PPS、聚四氟乙烯等高品质滤料也已广泛使用；机织布、针刺毡布等织法滤料可满足不同的工艺要求；滤布处理有压光、烧毛处理、防油防水处理、表面覆膜处理等等，为改善滤布品质也有多种化学处理配方。其他配件，如脉冲阀、控制器、袋笼等，品种齐全，性能、品质都达到很高水平。另外，进口渠道畅通。行业内已经形成了完整的高水平的配套体系。
3 新型干法窑窑尾袋除尘器的设计要点
3.1新型干法窑窑尾烟气特点
窑况正常时，从窑尾出来的废气温度达350℃ 左右,窑况异常时，从窑尾出来的废气温度会更高；粉尘含尘浓度高，一般在80～100g/Nm3波动；粉尘中含有大量高温分解成分，细粉多，20～30μm以下颗粒占50%以上；由于冷却方式的不同，出冷却器的烟气水分含量会有很大不同，烟气露点温度也因冷却方式不同而变化。
3.2袋除尘器冷却方式的确定
新型干法窑窑尾废气温度高达350℃，必须先进行冷却，才能进入袋除尘器处理。目前，冷却方式有以下几种：（1）增湿塔或烟道直接喷水冷却，这种冷却方式在窑磨联合系统中使用普遍，冷却效果明显，效果稳定。使用这种冷却方式，须充分考虑到喷水后引起烟气量的增加，并要防止过度喷水引起结露糊袋。（2）风冷却器冷却。有自然风冷却器和强制吹风冷却器之分，冷却效率低，效果不稳定，常常须掺入冷风应急。风冷却器钢耗高，强制吹风冷却器除冷却风扇耗电严重外，由于系统中串入风冷却器后，还会引起阻力大幅提高，导致主风机电耗增加。（3）掺冷风冷却。这是最直接有效的一种冷却方式，效果明显。有专家认为：掺冷风会导致废气量增加，从而增加电耗。笔者认为，电耗指标应综合评估，掺冷风虽然会导致废气量增加，但由于系统管网简单，阻力低，综合电耗比风冷却器系统要低。
3.3袋除尘器处理风量的确定
熟料烧成过程中产生的废气一般由四部分组成。即：(1)原料分解产生气体,(2)燃料燃烧产生气体,(3)水分蒸发产生气体,(4)系统漏入的气体。以生产普通硅酸盐水泥熟料为准，各部分气体的量分析如下:
3.3.1原料分解产生的气体
设定水泥的熟料成分不变，因其是化学反应过程，其产生的气体量不因窑形而变化，原料的种类虽有影响，但差别不大。一般生产每吨熟料约需1.54吨原料（包括煤灰），分解出290Nm3左右气体。
3.3.2燃料燃烧产生的气体
煅烧水泥使用煤作燃料，根据固体燃料燃烧气体量简便计算法：完全燃烧时烟气量为：
V1＝（Z－1）（1.01QYDW/4187+0.5）+0.89QYDW/4187+1.65
取其中Z为空气过剩系数取1.15
设燃料发热量为5500×4.187kJ的煤1kg产生的气体量为：
V1＝（1.15－1）（1.01×5500×4.187/4187+0.5）+0.89×5500×4.187/4187+1.65＝7.453Nm3
即烧煤每发出4187kJ（1000KCal）热量，随之产生
7.453/5.5=1.355Nm3气体
3.3.3水分蒸发产生的气体
每蒸发1kg水产生的蒸汽量为：
V2＝1×22.4/18=1.244Nm3气体
3.3.4漏入的空气量
漏入的空气量通常以前三项相加后乘一个漏风系数K表示。K的数值随设备不同而不同。
3.3.5上述4项中，第（1）项和窑型无关，第（2）、（4）项和窑型密切相关，第（3）项和烟气冷却方式密切相关。
3.4袋除尘器清灰方式的确定
清灰效果的好坏，直接决定了袋除尘器能否长期稳定运行。反吹风式清灰和低压行喷吹式清灰均可采用，目前也都有成功应用的实例。反吹风类清灰属低效清灰，允许采用低过滤风速的滤料，因此设备体积庞大，总投资高；在超过3000t/d的系统上，缺陷明显，不宜采用。低压行喷吹式清灰有在线和离线清灰两种。离线行喷吹清灰技术已经成熟，成功应用的实例也相当多，如何降低结构阻力及分风均匀性是采用这种清灰技术要关注的问题。在线行喷吹清灰是大型袋除尘器清灰技术的发展方向，这种除尘器结构阻力低，在超大烟气量场合优势明显，特别适合大型干法窑系统，在“电改袋”系统中也很实用。
3.5袋除尘器滤料的确定
新型干法窑窑尾除尘选用的滤料，必须满足耐高温、耐化学腐蚀、疏水易清灰等特点，玻纤系列滤料使用较普遍。反吹风清灰类除尘器多采用玻纤织布或玻纤膨体纱类滤料，它们具有低价优势。行喷吹清灰类除尘器，采用FMS系列耐高温针刺毡滤料较多。FMS耐高温针刺毡滤料是由两种以上耐高温纤维混合及层状复合而成，具有耐高温、高强度、抗酸碱腐蚀、耐磨、抗折等特点，经过不同的表面化学处理与后整理技术，还具有易清灰，拒水防油、防静电等功能；并有适合 150-200℃、200-250℃、250-300℃等不同温度段的系列化产品。FMS滤料与玻璃纤维滤料相比，其耐磨性、抗折性及剥离强度有明显提高，可承担高过滤负荷。过滤速度可达到1.5米/分以上或更高，运行阻力低。与合成化纤耐高温滤料相比，克服了化纤滤料伸长率大、变形大、耐高温低、耐腐蚀性差的弱点；尺寸稳定性、强度更好，并且价格低于其他耐高温化学纤维。是适合我国国情的新产品。国外有不少厂家使用P84滤料，P84滤料耐温性、抗化学性 、清灰效果都很优良，使用效果令人满意，但价格昂贵，很多使用厂家不能承受。综合比较起来，FMS系列耐高温针刺毡滤料较适合中国国情。
4 应用实例
云南盘江水泥厂1200t/d新型干法生产线，窑尾除尘原设计采用电除尘器，由于电除尘器除尘效率较低，已不能满足新标准的排放要求，因此，我们在项目实施过程中改为袋式除尘器。现场的实际情况是：土建工程已经完工，整个工艺流程不能变动；电除尘器基础也已经建成，不能拆除。“电改袋”的实质是在原烧成—废气处理系统中，用袋除尘器取代原CDW105卧式电除尘器。
4.1原烧成—废气处理系统配置见表2。
表2
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4.2袋除尘器入口烟气特性见表3。
表3
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由于本系统为窑、磨联合系统，生料磨开、停对袋除尘器入口烟气特性有较大影响，生料磨开机时，烟气温度150℃，含尘浓度160 g/m3；生料磨停机时，烟气温度180℃，含尘浓度80 g/m3。
4.3袋除尘器技术参数
本方案采用低压长袋脉冲除尘器，由于要迁就原电除尘器基础尺寸，袋除尘器进行了非标型变型设计，除尘器型号为LCM（96+80）-2×（9+2）。技术参数如表4所示。
表4
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4.4袋除尘器设计说明
（1）袋除尘器占地面积： 长×宽=15000×11000mm，与原电除尘器基础尺寸吻合。
（2）袋除尘器最大处理风量可达到360000 m3/h,实际使用中除尘器过滤风速长期低于1.0m/min,对降低除尘器阻力及提高滤袋寿命十分有利。
（3）滤袋选用新型氟美斯（FMS9806）耐高温针刺毡滤料，耐温可达260℃，在低过滤风速下运行，寿命可达2年以上。
（4）由于厂家要求，脉冲阀选用ASCO 2英寸直角阀，该阀自身阻力较高，在条件许可的情况下，建议改用淹没式脉冲阀。
4.5配套设备参数调整
电除尘器改为袋除尘器以后，系统工艺参数进行了相应调整，如表5所示。
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表5
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5 结束语
随着袋式除尘技术的不断进步，袋式除尘器已广泛用于水泥生产工艺中的每一个环节，其完全能够解达到国家规定的排放要求。为了使水泥工业成为可持续发展的行业，必须通过新型工业化的道路，采用成熟的先进科学和技术，降低能源消耗，提高水泥质量，降低对环境的污染。随着全球经济一体化的趋势的影响，我们可以用自身技术、产品质量和劳动力价格低的优势与国外企业一争高低，开拓和占领更多的国际市场。
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