新型干法窯窯尾袋除塵器的實踐
1 前言
新型干法水泥生產技術的應用和發展，極大地提高了勞動生產率和產品質量，隨著生產規模的不斷擴大，如何有效控制新型干法旋窯煙塵、粉塵的排放，也成為廣大環保工作者關注的焦點。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，國家環境保護總局下發了《關于印發全國 2000年工業污染源達標排放和環境保護重點城市環境功能區達標工作方案的通知》, 掀起了“一控雙達標”的環保風暴，極大的推動了我國環保技術的發展，也為在水泥行業實施更高的排放標準打下了良好的基礎。2004年8月27日，國家環保局通過了新修訂的《水泥工業污染物排放標準》，按照新標準的規定，新型干法窯系統的煙塵排放濃度要控制50mg／mn3。這實際上是對除塵工作提出了新的要求，預示著在新型干法旋窯工藝系統中，電除塵已經不能滿足新的排放要求，袋除塵取代電除塵，已經成為必然的趨勢。
目前，在工業發達國家，干法旋窯新工藝系統中，袋除塵器的應用已十分普遍。我國廣大環保工作者在這一領域也做出了大膽嘗試，伴隨著新型干法工藝大型化的發展步伐，與不同規格的新型干法窯相配套的袋式除塵器也已出現。在環保要求高的一些地區，有些水泥廠已將電收塵器改為袋收塵器。隨著設計水平的提高，新型高品質濾料的出現，零配件質量的不斷提高，袋收塵器必將越來越多地應用于窯頭、窯尾的廢氣治理中，將逐步取代電收塵器，
如：近年來，合肥院為國內外設計的新型干法生產線窯頭、窯尾采用袋除塵的有中聯南陽航天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域的應用與研究，并取得了一定的成績。因此，本文將在總結自己多年來，從事水泥工業煙塵治理應用研究工作以及實踐經驗的基礎上，以云南盤江水泥廠1200t/d干法生產線窯尾“電改袋”除塵實踐為例，在對電除塵器與袋除塵器的優缺點進行了比較的同時，并對具體的改造方法與技術參數等進行詳細的論述。
2 新型干法窯窯尾袋除塵器的應用契機
2.1電除塵技術局限的結果
我國電除塵器的技術水平，已經達到國際先進水平。在水泥行業，我國已能生產配套10000t/d水泥熟料生產線超大型電除塵器，處理風量近200萬m3/h。但是，電除塵器在除塵機理上卻存在著很大的缺陷，直接制約了電除塵器的應用。
（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高于袋收塵。有研究表明：當除塵效率超過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，其能耗高于袋除塵器。事實上，按照新標準，除塵效率往往達到99.9%以上，導致電除塵器的能耗及初投資成倍增加,這樣會使電除塵器對袋除塵器的傳統優勢完全散失。
表1
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（2）電除塵器對微細粒子處理能力有限。有專家研究表明：采用傳統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。電除塵器電場數增多可提高對PM10和PM2.5的捕集率，但這會導致電除塵器投資、運行費用成倍增加。國家有關部門正在醞釀對《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）進行修訂，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用的重要契機。
2.2袋除塵技術進步的結果
袋式除塵器具有高而穩定的除塵效率，除塵效率很容易達到99.9%以上。它可同時除去煙塵中的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。隨著近年來的技術發展，影響袋除塵器應用的技術難題已得到解決，中國袋除塵技術與國外相比已經差距不大。
(1) 完善的設計及生產體系已經形成。在袋除塵行業內起帶頭作用的一批科研設計院所和骨干企業已經成熟，整體工藝設計和結構設計水平大幅提高，制造、安裝裝備的能力大為加強，有足夠能力開發出具有自主知識產權的新技術，新材料，新設備；形成了開發、制造、安裝、調試一條龍服務的運作模式，能進行工程總承包。
(2)關鍵技術獲得突破。制約袋除塵器應用的清灰技術、濾料技術、控制技術及本體結構技術均獲得關鍵突破，為袋除塵器的應用提供了有力的保障。
(3) 配套體系已經完備。濾料的品種與質量得到迅速發展提高，濾料除了傳統的滌綸、玻纖等常用材料外，諾梅克斯、P84、PPS、聚四氟乙烯等高品質濾料也已廣泛使用；機織布、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，為改善濾布品質也有多種化學處理配方。其他配件，如脈沖閥、控制器、袋籠等，品種齊全，性能、品質都達到很高水平。另外，進口渠道暢通。行業內已經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計要點
3.1新型干法窯窯尾煙氣特點
窯況正常時，從窯尾出來的廢氣溫度達350℃ 左右,窯況異常時，從窯尾出來的廢氣溫度會更高；粉塵含塵濃度高，一般在80～100g/Nm3波動；粉塵中含有大量高溫分解成分，細粉多，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有很大不同，煙氣露點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350℃，必須先進行冷卻，才能進入袋除塵器處理。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合系統中使用普遍，冷卻效果明顯，效果穩定。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露糊袋。（2）風冷卻器冷卻。有自然風冷卻器和強制吹風冷卻器之分，冷卻效率低，效果不穩定，常常須摻入冷風應急。風冷卻器鋼耗高，強制吹風冷卻器除冷卻風扇耗電嚴重外，由于系統中串入風冷卻器后，還會引起阻力大幅提高，導致主風機電耗增加。（3）摻冷風冷卻。這是最直接有效的一種冷卻方式，效果明顯。有專家認為：摻冷風會導致廢氣量增加，從而增加電耗。筆者認為，電耗指標應綜合評估，摻冷風雖然會導致廢氣量增加，但由于系統管網簡單，阻力低，綜合電耗比風冷卻器系統要低。
3.3袋除塵器處理風量的確定
熟料燒成過程中產生的廢氣一般由四部分組成。即：(1)原料分解產生氣體,(2)燃料燃燒產生氣體,(3)水分蒸發產生氣體,(4)系統漏入的氣體。以生產普通硅酸鹽水泥熟料為準，各部分氣體的量分析如下:
3.3.1原料分解產生的氣體
設定水泥的熟料成分不變，因其是化學反應過程，其產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燃料燃燒產生的氣體
煅燒水泥使用煤作燃料，根據固體燃料燃燒氣體量簡便計算法：完全燃燒時煙氣量為：
V1＝（Z－1）（1.01QYDW/4187+0.5）+0.89QYDW/4187+1.65
取其中Z為空氣過剩系數取1.15
設燃料發熱量為5500×4.187kJ的煤1kg產生的氣體量為：
V1＝（1.15－1）（1.01×5500×4.187/4187+0.5）+0.89×5500×4.187/4187+1.65＝7.453Nm3
即燒煤每發出4187kJ（1000KCal）熱量，隨之產生
7.453/5.5=1.355Nm3氣體
3.3.3水分蒸發產生的氣體
每蒸發1kg水產生的蒸汽量為：
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相加后乘一個漏風系數K表示。K的數值隨設備不同而不同。
3.3.5上述4項中，第（1）項和窯型無關，第（2）、（4）項和窯型密切相關，第（3）項和煙氣冷卻方式密切相關。
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定運行。反吹風式清灰和低壓行噴吹式清灰均可采用，目前也都有成功應用的實例。反吹風類清灰屬低效清灰，允許采用低過濾風速的濾料，因此設備體積龐大，總投資高；在超過3000t/d的系統上，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已經成熟，成功應用的實例也相當多，如何降低結構阻力及分風均勻性是采用這種清灰技術要關注的問題。在線行噴吹清灰是大型袋除塵器清灰技術的發展方向，這種除塵器結構阻力低，在超大煙氣量場合優勢明顯，特別適合大型干法窯系統，在“電改袋”系統中也很實用。
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、耐化學腐蝕、疏水易清灰等特點，玻纖系列濾料使用較普遍。反吹風清灰類除塵器多采用玻纖織布或玻纖膨體紗類濾料，它們具有低價優勢。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合而成，具有耐高溫、高強度、抗酸堿腐蝕、耐磨、抗折等特點，經過不同的表面化學處理與后整理技術，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品。FMS濾料與玻璃纖維濾料相比，其耐磨性、抗折性及剝離強度有明顯提高，可承擔高過濾負荷。過濾速度可達到1.5米/分以上或更高，運行阻力低。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；尺寸穩定性、強度更好，并且價格低于其他耐高溫化學纖維。是適合我國國情的新產品。國外有不少廠家使用P84濾料，P84濾料耐溫性、抗化學性 、清灰效果都很優良，使用效果令人滿意，但價格昂貴，很多使用廠家不能承受。綜合比較起來，FMS系列耐高溫針刺氈濾料較適合中國國情。
4 應用實例
云南盤江水泥廠1200t/d新型干法生產線，窯尾除塵原設計采用電除塵器，由于電除塵器除塵效率較低，已不能滿足新標準的排放要求，因此，我們在項目實施過程中改為袋式除塵器。現場的實際情況是：土建工程已經完工，整個工藝流程不能變動；電除塵器基礎也已經建成，不能拆除。“電改袋”的實質是在原燒成—廢氣處理系統中，用袋除塵器取代原CDW105臥式電除塵器。
4.1原燒成—廢氣處理系統配置見表2。
表2
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4.2袋除塵器入口煙氣特性見表3。
表3
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由于本系統為窯、磨聯合系統，生料磨開、停對袋除塵器入口煙氣特性有較大影響，生料磨開機時，煙氣溫度150℃，含塵濃度160 g/m3；生料磨停機時，煙氣溫度180℃，含塵濃度80 g/m3。
4.3袋除塵器技術參數
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尺寸，袋除塵器進行了非標型變型設計，除塵器型號為LCM（96+80）-2×（9+2）。技術參數如表4所示。
表4
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4.4袋除塵器設計說明
（1）袋除塵器占地面積： 長×寬=15000×11000mm，與原電除塵器基礎尺寸吻合。
（2）袋除塵器最大處理風量可達到360000 m3/h,實際使用中除塵器過濾風速長期低于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260℃，在低過濾風速下運行，壽命可達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配套設備參數調整
電除塵器改為袋除塵器以后，系統工藝參數進行了相應調整，如表5所示。
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表5
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5 結束語
隨著袋式除塵技術的不斷進步，袋式除塵器已廣泛用于水泥生產工藝中的每一個環節，其完全能夠解達到國家規定的排放要求。為了使水泥工業成為可持續發展的行業，必須通過新型工業化的道路，采用成熟的先進科學和技術，降低能源消耗，提高水泥質量，降低對環境的污染。隨著全球經濟一體化的趨勢的影響，我們可以用自身技術、產品質量和勞動力價格低的優勢與國外企業一爭高低，開拓和占領更多的國際市場。
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