浅谈水泥厂立窑袋除尘器的选型及应用
摘要:介绍了立窑烟气的特性及治理技术的发展与应用，并从袋除尘器类型及处理风量的确定、过滤风速的选取、过滤面积的计算、除尘器规格的选取等方面介绍了立窑袋除尘器的选型要点；介绍了LFEF型立窑袋除尘器、LMC低压长袋脉冲立窑袋除尘器和GMC型高温高压脉喷立窑袋除尘器在水泥行业的推广情况及应用效果。
关键词:立窑袋除尘器,LFEF型,LMC型,GMC型,选型,应用
1 前言
随着新型干法水泥的发展和国家淘汰落后产能速度的加快，2008年我国立窑水泥产量约占水泥总产量的 35%，立窑水泥企业污染治理水平远低于新型干法水泥企业，立窑企业的粉尘污染较严重，其中立窑设备是立窑企业最主要的粉尘排放点。为有效控制水泥工业污染物的排放，《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915- 2004）已于2005年1月1日正式颁布实施，该标准对排放限值作了严格规定：自2006年7月1日起至2009年12月 31日止，现有生产线立窑排气筒中的颗粒物最高允许排放浓度是100mg/Nm3，自2010年1月1日起，其最高允许排放浓度是50mg/Nm3。因此，解决立窑烟气治理问题是立窑企业的当务之急，立窑企业必须尽快落实好环保改造和达标排放工作。
根据GB4915-2004新标准的排放限值要求，只有采用高效电除尘和袋除尘技术才能使烟气排放达标。由于袋除尘器除尘效率高且具有脱除有害气体的功能，故袋除尘器更有优势。
2 立窑烟气的特性
立窑烟气的特性主要取决于原燃料成分、煅烧方法、成球工艺和操作方法等，主要性质有：
（ 1 ） 烟气量的波动范围较大， 一般为2 . 5 ～ 6.3Nm3/kg熟料。
（2）烟气中粉尘浓度波动范围较大，一般为1～ 20g/Nm3。粉尘中小于30μm的细粉占80%左右，具体颗粒级配见表1。
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（3）烟气湿含量较高，且波动范围较大，一般为 8%～16%，正常湿含量为13%左右，若湿料层厚、底火深，其湿含量则可超过20%。烟气露点温度较高，一般为40℃～55℃。
（4）烟气温度波动范围大，且随着窑内工况变化而变化，窑面烟气的温度为45℃～300℃，当窑内出现异常情况时，窑面烟气温度会更高，可能达到400℃。（5）烟气中含有大量的有害气体，且成分较复杂，通常有CO、SO2、NOX、氟化物及沥青烟等，其中SO2和氟化物有很强的腐蚀性，对除尘设备的壳体和滤料有较强的腐蚀作用，严重影响设备的性能和滤料的性能。
（ 6 ）立窑粉尘的比电阻值较高，通常为1 0 1 1～ 1012Ω·cm，且随着温度和湿度的变化而变化，有时会高于1012Ω·cm，传统的电除尘器已难以适应。
综上所述，立窑烟气具有烟气量、烟气温度和湿含量波动范围大，露点温度高，烟气中粉尘的颗粒较细及碱含量高（见表2）等特性，故立窑烟气治理具有其特殊性和困难。
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3 立窑烟气治理技术的发展与应用
目前， 立窑烟气治理技术主要有沉降室除尘、水除尘、电除尘和袋除尘等技术，按照GB4915-2004新标准的排放限值要求，沉降室除尘和水除尘均不能达标，只有采用高效电除尘和袋除尘技术才能使烟气排放达标。烟气经沉降室除尘后排放浓度大多超过500mg/Nm3，根本不能达标，需要改造，改造后的沉降室作为预收尘用，下一级配其它高效电除尘器或袋除尘器。采用水除尘，烟气的排放浓度往往在200mg/Nm3左右。
电除尘器的除尘效果除与本身结构有关外，还取决于废气的性质，最主要的是废气的比电阻和温度。由于烟气的量、温度、湿度都在较大的范围内波动，废气的比电阻也随之变化，直接影响其除尘效率。另外废气中的硫氧化物、氮氧化物对电除尘器的腐蚀，也明显影响它的运行，会降低其使用寿命。合肥水泥研究设计院开发研制的立窑专用电除尘器如先期的CDLY型电除尘器和后来改进的JYC型电除尘器都取得了良好的应用效果，基本能达到100mg/Nm3的排放标准，如须达到50mg／Nm3的排放标准，必须增加电场数且作改进设计。
袋除尘器与以上几种除尘器相比，除尘效率最高，能使排放浓度在50mg/Nm3以下。另外，袋除尘器还具有能脱除有害气体的功能。合肥水泥研究设计院研制的立窑袋除尘器主要有：LFEF型立窑玻纤袋除尘器、 LMC低压长袋脉冲立窑袋除尘器和GMC高温高压脉喷立窑袋除尘器，其中，LFEF型立窑玻纤袋除尘器研制至今共有四代产品，目前性能最优的是LFEF（IV）型。以上这几种袋除尘器都有使用效果良好的业绩，也有因管理和操作等方面原因致使用效果较差的例子。这三种袋除尘器具有设备适应性强、工艺布置简单、运行稳定可靠，除尘效率高等优点，得到了广泛的应用。
为适应排放新标准GB4915-2004的限值要求，改造和新建的生产线的设计最好选用LMC型或GMC型脉喷袋除尘器。
4 立窑袋除尘器的选型
根据工艺设计方案和原始参数对袋除尘器作选型，主要步骤包括：袋除尘器类型的确定、处理风量的确定、过滤风速的选取、过滤面积的计算、除尘器规格的选取等。
4.1 袋除尘器类型的确定
（1）LFEF型立窑袋除尘器
主要由进气系统、排气系统、反吹系统、袋室、灰斗、排灰系统和电控等组成。
工作原理：采用上进气方式，含尘废气由上部进入进气室，部分粗颗粒由于惯性落入灰斗，清灰时因气流方向与烟尘沉降方向一致，防止了粉尘的二次飞扬。又因为进气室使气流分布均匀，气流速度没有突变，从而保证了各袋室压降平衡，有利于提高滤袋寿命。除尘器运行一段时间后，滤袋内表面附着的粉尘层逐渐增厚，除尘器的运行阻力上升，当增加到一定值后，就需要对滤袋清灰，即通过反吹风机清灰使除尘器的阻力下降，清灰结束后，该室又投入正常过滤工作。清灰控制采用定时清灰，清灰控制仪采用西门子原装PLC。
（2）LMC低压长袋脉冲立窑袋除尘器
主要由进气管路、进气室、灰斗、袋室、净气室、出口管道、喷吹管路系统、排灰装置、卸灰阀和电气控制系统组成。
工作原理：含尘烟气经烟道进入尘气通道，然后折入灰斗。当气流撞击导流板，部分粗粒由惯性而落入灰斗，其余含尘烟气的粉尘被阻留在滤袋表面，净气相继经净气室、出风蝶阀和排风道最终排入大气。除尘器运行一段时间后，滤袋外表面捕集的粉尘层逐渐增厚，除尘器的运行阻力上升，当增加一定值后，就需要对滤袋进行清灰，整个清灰过程主要是通过脉冲阀来进行的，首先关闭排风阀打开脉冲阀，压缩空气通过喷管向本排每条滤袋喷射气流，使滤袋产生变形、震动以达到清灰的目的。清灰结束后，排风阀再次打开，除尘器又进入过滤状态，互不干扰，实现了长期连续运行，提高了清灰效果。
（3）GMC型高温高压脉喷立窑袋除尘器
主要由灰斗、袋室、净气室、喷吹管路系统、排灰装置、卸灰阀和电控柜等组成。
工作原理：含尘气体经过风道进入除尘器已扩大的灰斗进行预收尘，通过导流板均布于各条滤袋之间，粉尘阻留于滤袋表面，为使设备阻力不超过1500Pa，高压气体经电磁脉冲阀产生脉冲，使气包内压缩空气由喷吹管孔眼喷吹（称一次风），通过文丘里管诱导数倍于一次风的周围空气（称二次风）进入滤袋使滤袋瞬时急剧膨胀，并伴随着气流的反作用抖落粉尘，达到清灰的目的，使用PLC自动控制装置实现定时清灰，可根据粉尘浓度随意调节清灰周期和脉喷时间，使除尘器在较低的阻力范围内运行。
4.2 处理风量的确定
袋除尘器的处理风量应按一般生产时所产生的最大废气量选取，具体计算式如下：
Q =（1+K）·A·G·Qb·(273 +T)/273
其中： Q — 除尘器的处理风量，m3/h； K — 窑面除尘系统漏风系数； G — 立窑台时平均产量，t/h； Qb — 单位熟料生产的理论废气量，Nm3/t熟料，可取2000Nm3/t熟料； T — 除尘器运行的合适上限温度，℃； A — 立窑生产不均衡系数。结合经验数据和立窑正常的生产数据，取K=0.65， G=9.5t/h，T=120℃，A=1.2。
4.3 过滤风速ω的选取
为使袋除尘器高效稳定运行，应根据立窑烟气的性质、工艺状况、滤料的种类、清灰方式等选取合适的过滤风速ω。对于LFEF（IV）型立窑袋除尘器，布袋选用国产玻纤滤料，该滤料可以在260℃时连续使用，瞬间耐温为290℃，表面经过特殊处理后还可有效抗结露。对于LMC低压长袋分箱脉冲袋除尘器和GMC型高温脉喷立窑袋除尘器，布袋可以选用国产玻纤滤料或耐顿滤料，耐顿滤料连续使用可耐温190℃，瞬间耐温为230℃。滤料性能具体见表3。综合考虑各因素，LFEF（IV）型立窑袋除尘器的过滤风速最大选0.5m/min，LMC低压长袋分箱脉冲袋除尘器的过滤风速最大选0.8m/min， GMC型高温高压脉喷立窑袋除尘器的过滤风速最大选 1.0m/min。
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4.4 过滤面积的计算
过滤面积S=处理风量Q/（60×过滤风速ω）。
4.5 除尘器规格的选取
根据过滤面积，对照相应袋除尘器的规格和性能表选择一种规格。这三种袋除尘器的规格和性能分别见表4、表5、表6。根据立窑的规格和熟料产量，也可以为业主设计非标型产品。
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5 立窑袋除尘器的应用
5.1 推广和应用情况
（1）LFEF（IV）型立窑袋除尘器
自1987年第一台投入运行以来，目前已在全国各地投入使用200余台。使用厂家有广东石井水泥厂、广东花都市花山水泥厂和南京天龙水泥有限公司等，均取得了良好的经济效益、环境效益和社会效益。该型除尘器不仅改变了过去袋除尘器不适应立窑烟气除尘的观念，而且还一度成为最可靠成熟的立窑专用除尘器。该类型除尘器技术先后荣获“国家级新产品”、“国家最佳环保实用新技术”、“国家级高新技术精选项目”、“部级科技进步三等奖”等称号。
（2）LMC低压长袋脉冲立窑袋除尘器
自研制以来广泛应用于立窑烟气治理，自1999年第一台在西昌水泥厂成功运行，现已推广应用了70余台。应用于四川忠县卫星水泥厂、西藏拉萨水泥厂和江苏邳县水泥厂等生产线，在老线立窑除尘改造系统中发挥了的积极的作用。该除尘器技术1999年通过技术鉴定，先后荣获“国家最佳环保实用新技术”和“环境保护科学技术三等奖”等称号。
（3）GMC型高温高压脉喷立窑袋除尘器
自研制以来广泛应用于立窑烟气治理，目前已推广销售了近30台。应用于鞍钢大连石灰石矿水泥厂、广东三水水泥厂、浙江桐庐水泥厂等生产线，在老线除尘改造系统中发挥了积极的作用并取得了良好的效益。该除尘器技术2003年通过省级技术鉴定，荣获“部级科技进步三等奖”。
随着新标准GB4915-2004的颁布实施，LMC型和 GMC型立窑袋除尘器由于具有除尘效率高、清灰彻底、出口排放尘浓度低（≤50mg／Nm3）、滤袋使用寿命长、维护方便、占地面积小等优点，将在除尘器市场上逐步占据主导地位。
5.2 应用效果列举
这三种立窑袋除尘器的应用效果列举见表7。
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6 结语
（1）由于立窑烟气具有烟气量及烟气温度和湿含量波动范围大、露点温度高、烟气中粉尘的颗粒较细及碱含量高等特性，因而立窑烟气的治理具有特殊性且比较困难。为适应新标准GB4915-2004，立窑烟气治理必须选用高效的电除尘器或袋除尘器。如须满足排放浓度 50mg／Nm3的限值，袋除尘器更有优越性和应用性。
（2）立窑袋除尘器因具有运行稳定可靠、适应性强和除尘效率高等优点得到了广泛的应用。
（3）立窑袋除尘器的选型主要包括袋除尘器类型的确定、处理风量的确定、过滤风速的选取、过滤面积的计算、除尘器规格的选取等内容。
（4）LMC型和GMC型立窑袋除尘器在老线立窑除尘改造系统中发挥了积极的作用。随着新标准 GB4915-2004的进一步实施，这两种除尘器必将逐步占据主导地位。
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