采用低阻、高效袋式除尘器是水泥行业最好的节能减排措施
内容提供：合肥水泥研究设计院
摘要:随着环保要求的提高，水泥行业采用袋式除尘器已经越来越普遍，但对袋式除尘器技术的认识还存在着一些误区，尤其对减排是不是节能还有疑虑；本文从应用实例分析，提出在水泥行业采用低阻、高效袋式除尘器对减排和节能的重要意义，并从技术角度提供了设计生产低阻高效袋式除尘器的措施。
1、序言
袋式除尘器在各行各业的使用越来越广泛；随着单一生产线的建设规模越来越大，大型袋式除尘器的使用越来越多，已经形成了这种趋势；这一方面是各行业的环保要求更高，另一方面得益于袋式除尘器及其滤料、配件本身的技术进步。就水泥行业而言，五年前还找不到4000吨/日规模的生产线全线采用袋式除尘器的范例；窑尾采用脉冲袋式除尘器的厂家也很少，最大规模的是2500吨/日以下的生产线采用反吹风袋式除尘器；最近几年，水泥行业4000吨/日、 5000吨/日、10000吨/日规模生产线全线采用袋式除尘器的工艺线已经很多，包括窑尾；袋式除尘器的处理风量也从几十万m3/h到几百万m3/h；这就对运行可靠性、运行阻力等提出了更高的要求，也必须引起袋式除尘器设计者、供应商、配件生产厂家高度重视。
2、水泥行业节能减排的形势
我国的能耗形势是非常严峻的，2006年中国的经济增长率10.7%(后调整11.1%)，约20.94万亿元，约2.68万亿美元,约占世界的5.5%；其代价是：消耗煤炭占世界的38%（23.8亿吨、消耗石油占世界的9%、消耗钢材占世界的34%（4.2亿吨）、消耗的水泥占世界46% （12.4亿吨）；我们“十一、五”的目标是GDP年均增长7.5%；单位国内生产总值能耗下降20%，主要污染物排放总量减少10%；因此节能减排的任务是非常繁重的，还需要做大量工作。
当然，全国各级政府对水泥行业的节能减排工作都非常重视。2007年全国淘汰落后水泥产能工作取得显著成绩。关停立窑生产企业520家，淘汰立窑水泥熟料产量5700万吨，立窑水泥产量首次出现下降，新型干法水泥熟料产量比上年增长17%。吨水泥综合能耗为115千克标煤，比上年下降4%；吨水泥电耗为91千瓦时，比上年下降1.7%。
虽然我国水泥行业的节能减排工作取得了一定成绩，但大多数企业的节能降耗指标与国内的标杆企业和国际先进水平仍有一定的差距；同时，还存在 45%的落后水泥生产能力。虽然重新修订了GB4915排放标准，但水泥行业每年排放的烟尘和粉尘总量还很大，仍占全国工业企业排放总量的首位，水泥行业的结构调整、节能减排、资源综合利用等任务仍然很重；需要做的工作还很多，其中采用高效和低阻的袋式除尘器是节能降耗的很明显的措施之一。
3、低阻高效袋式除尘器对提高产量和降低排放浓度的可能
由于传统袋式除尘器阻力高，维护管理工作量大；多年来，占新型干法水泥工艺线排放量80%以上的水泥行业最大的排放点―窑头、窑尾烟气除尘基本都是采用电除尘器；随着GB4915-2004排放标准的修订，以及袋式除尘器本身技术的进步，尤其低阻力滤料和高强度清灰脉冲阀的使用，使得袋式除尘器的阻力有了降低的可能，运行可靠性也进一步提高；因此近几年，脉冲清灰袋式除尘器越来越多的应用于窑头、窑尾烟气除尘；现在越来越多的4000吨/日以上的水泥生产线全工艺线采用袋式除尘器的已经有很多厂家，5000吨/日以上直至10000吨/日的水泥生产线全工艺线采用袋式除尘器的厂家也不少。
我们于2005年完成并通过中国建筑材料工业协会鉴定的“5000t/d以上预分解窑窑尾袋除尘器的研制及应用”项目，首次将脉喷袋式除尘器运用在海德堡珠江水泥有限公司5000吨/日规模的新型干法生产线窑尾除尘；处理风量达到97万m3/h以上；排放浓度低于10mg/m3；运行几年来，系统阻力始终低于1200Pa；与以往的袋式除尘器相比，运行阻力降低了30%左右，真正达到节能降耗的目的；使用至今还没有更换过滤袋。为了提高袋式除尘器的运行可靠性，我们在该系统中增加了故障诊断和记录功能，该功能包括破袋捡漏、清灰系统故障、卸灰系统故障和超温的报警与显示记录功能，从而实现除尘器的智能化运行，该除尘器达到了如下主要技术性能指标：
除尘器处理风量： 100万m3/h以上 ；
入口温度： ≤250℃；
过滤风速： 1.0～1.2m/min；
入口浓度： 60g/m3以上；
出口浓度： ＜7.92mg/m3（9.24 mg/Nm3）；
滤袋寿命： ≥4年；
随主机运转率： 100%；
除尘器本体阻力： <1200Pa；
清灰压缩空气压力： 0.45Mpa；
该除尘器在水泥窑尾的成功应用，为国内水泥行业大型袋式除尘器的设计、制造、安装、调试和使用提供了成功的经验；为水泥行业装备大型化的开发研究提供了成功范例；项目的各项技术指标，如除尘器的排放浓度、系统阻力等都达到了国内领先水平，完全满足水泥行业日益严格的环保要求；除此之外，系统中故障判断功能和事故记录功能保证设备长期可靠运行；大型袋式除尘器运行阻力可调功能保证了系统在最经济的条件下运行，该功能对于改善主机设备的通风，提高主机设备产量，节约能源，起到很好的作用；在系统中增加的在线和离线切换技术保证了系统在满足生产的条件下，达到节能和完全避免事故排放的可能性。该除尘器是把原来的电除尘器改成袋式除尘器的；同时我们又在辽源金刚水泥有限公司新设计的5000吨/日工艺线的窑尾采用同样的技术，取得更好的节能减排效果；该厂由于采用了低阻高效的袋式除尘器，几年来，窑的年平均产量达到5600吨/日、排放浓度低于10mg/Nm3；通过这二个应用实例，我们对节能效果做了测算，如表1，这没有包括阻力降低，提高产量带来的效益和使用温度的提高降低增湿塔用水量带来的效益；通过这个测算可以定性的确定，降低袋式除尘器的运行阻力的经济效益也是非常显著的。
表1 降低袋式除尘器运行阻力经济效益概算表  |
因此，在水泥行业推广大型低阻高效袋式除尘器技术上是可行的，能够提高主机生产产量，降低排放浓度，达到节能减排目的，具有很好的经济效益。
4、提高了废气的使用温度，降低雾化水的使用量也是节能的措施之一
在水泥行业的窑头、窑尾废气中，窑头篦冷机排出的废气具有温度高、比电阻高等特点，一般在采用电除尘器时需要喷水增湿冷却，目的是降低粉尘的比电阻，有利于提高电除尘器的除尘效率，一般把废气温度降到150℃以下，这就需要喷入大量的水；现在采用袋式除尘器，由于玻纤滤料的长期使用温度可在 260℃以上，又不必考虑比电阻问题，在对废气的调质过程中，就简化多了，一般只设空气冷却器就可以，减少了用水量；窑尾废气将电除尘器改为袋式除尘器也一样，每年节约用水量是很大的，这也是很重要的节能措施之一。
5、低阻、高效袋式除尘器的技术措施
5.1合理的气流分布
对于水泥行业使用的小型袋式除尘器来说，气流分布的要求不是那么高，随着单台水泥生产线的规模越来越大，处理风量也越来越大；现在水泥行业处理 100万m3/h以上风量的袋式除尘器已经很常见了，对于处理如此大风量的袋式除尘器来说，气流的分布就显得尤为重要；不合理的气流分布除可能对滤袋等造成破坏外，最大的可能会造成除尘器运行阻力的“居高不下”，带来能耗的增加，因此在水泥行业大型袋式除尘器设计中，气流分布应引起足够的重视。
5.2高性能、低阻力过滤材料的选用
水泥工业中应用的大量袋式除尘器，正确选择与使用过滤材料，仍然是核心技术，对除尘器的性能和运行费用,包括滤袋消耗和运行电耗起着决定性的作用。
水泥工业排放的含尘气体，根据工艺过程不同，具有不同的特性，如：
5.2.1、高温，如窑头、窑尾排出的含尘气体，温度高达350以上，须先经过调质，冷却后再进行处理；
5.2.2、高湿，如机立窑，烘干机，不仅温度波动，其湿含量也高达20%以上；
5.2.3、高浓度，与立式磨、挤压磨、高效选粉机配套的袋式除尘器，其处理的含尘气体的粉尘浓度可达700--1600g/m3，它即是生产过程的生产设备，也是粉尘排放控制的环保设备；
5.2.4、防燃、防爆，如煤磨排出的含有煤粉的含尘气体。
总之，有常温、也有高温、高湿、高浓度、具燃、爆特性的粉尘，还有温度波动幅度较大，如篦冷机余风除尘，既要防止糊袋，也要防止烧袋；因而，选用过滤材料不是唯一的，要针对不同的条件，选择不同的过滤材料，并采取相应的技术保护措施。
针对不同的使用条件，对过滤材料的要求应当包括下面几个技术经济性能：
适用于不同的温度要求；如常温、中温、高温；
剥离性好，易清灰，透气性好，阻力低；
过滤效率高，在某些高浓度场合，效率可达99.99%；
强度高，能承受高强度清灰，使用寿命长。
5.2.5、低阻过滤材料的选用原则
现在生产、经销各类过滤材料的厂家很多，鱼目混珠屡见不鲜；一些除尘器使用不好，阻力高、效率低、寿命短、与此有很大关系。所以选择某种滤料，一定要了解生产厂家的生产工艺是否完备，技术来源是否可靠，产品质量与检测手段是否有保证，缝制工艺是否合理，售后服务承诺是否兑现，总之要选择正宗的，质量可靠的产品。
选择某一种滤料，一定要看使用条件，除了常规的含尘浓度，粉尘细度，烟气温度，水分，排放要求，滤料的强度特性等之外；还需考虑诸如抗酸、抗碱、抗氧化、抗水解等化学稳定性。目前还没有一种万能的价廉物美的“广普滤料”,一定要考虑滤料本身的特性。
过滤风速是决定除尘器性能的一个很重要的参数，它的大小取值与滤料的使用效果与寿命直接相关。至今还没有一个公式来描述它与诸因素之间的关系，但它与粉尘、烟气的特性有关，与清灰方式有关，与滤料的材质、织物结构有关，与投资大小以及运行的经济性有关，因而需慎重选择，所以不必一定苛求高过滤风速；一定要参照许多成功的经验与失败的教训来选用。
选择过滤材料，除了技术特性外，还要综合评价其经济性，不能简单地讲“便宜”与“贵”；在技术可靠，满足使用要求的前提下，再考虑价格问题；滤料的价格，既要考虑初投资，也要考虑运行的经济性。如一些滤料厂推出的低阻滤料与普通滤料相比，价格提高了好几倍，但在同等使用条件下，运行阻力可降低一半，节省了运行的电耗；同时由于阻力降低，工艺过程通风改善，可以提高主机产量，经济效果很可观。所以在旧除尘器的改造中，为改善通风，提高产量，优选方案是将原有的普通滤料改为低阻高强，不用增加过滤面积，不扩大设备，不用动土建，也可以取得立竿见影的效果。
5.3高强度的清灰措施
袋式除尘器的清灰是保证袋式除尘器可靠运行的重要保证，也是保证除尘器能够在较低的阻力运行的重要措施；清灰的方式有很多种，采用什么清灰方式取决于袋式除尘器的设计、滤料的材质、粉尘的特性等因素；一般说来，对于袋式除尘器来说，清灰强度与清灰的效果有着重要的联系，高强度的清灰能够提高清灰效果，降低过滤材料的运行阻力；对于同一种滤料来说，降低滤料运行阻力的方法就是提高清灰强度。
如何提高袋式除尘器的清灰强度，不同的清灰方式有着不同的技术措施；大型袋式除尘器采用最多的是在线脉冲喷吹清灰方式，在气源压力一定，供气量能够保证的情况下，脉冲阀一次喷吹的压缩空气量对于清灰的效果就至关重要了；高品质的脉冲阀和控制方式就能够在最短的时间喷出足够的压缩气量就能达到高强度的清灰效果。
5.4智能化的清、卸灰控制
袋式除尘器的运行阻力与被除尘工艺的工况条件密切相关，运行过程中也常常随着工况条件的变化而变化；如入口粉尘浓度、处理风量的波动必然引起袋式除尘器阻力的波动；如何保证袋式除尘器在设定的阻力范围内运行，是袋式除尘器的设计者们多年来一直追求的。目前能够做到的也就是，用袋式除尘器的清、卸灰制度来保证和稳定袋式除尘器的运行阻力；如袋式除尘器的运行阻力高了，就用增加清灰的频率来解决；大型袋式除尘器还可以用增加喷出滤袋的数量来解决；当然这些技术措施的实现都必须由阻力测试部分和控制系统来完成，在袋式除尘系统中加入智能化的技术措施就很容易做到，也就是在原来袋式除尘器清、卸灰程序中增加了阻力识别和调整方法的功能，我们大型袋式除尘器设计中采用了这些技术措施，经过几年的运行，取得了比较满意的效果。
5.5优化的除尘器本体设计
随着我国产业政策的调整,水泥生产规模日趋大型化；全国已经投运和在建的日产5000吨以上规模的生产线有数百条，这种规模甚至更大规模的水泥生产线还在不断的增加；日产10000吨的生产线也有数条投产和在建；大规模水泥生产线的窑尾、窑头废气除尘是全厂减排的关键所在，随着这些大型袋式除尘器的运行，降低这些除尘器的运行阻力，是达到节能的重要措施之一。这些废气具有如下特点：
5.5.1、风量大；日产5000吨熟料的生产线，窑尾排放风量近100万m3/h；日产10000吨熟料的生产线，窑尾排放风量近200万 m3/h，加上窑头篦冷机余风除尘；占全厂需要除尘风量的80%以上； .5.2、废气温度高；入除尘器的废气温度达到200℃左右；
5.5.3、气体成分复杂；有NO、SO2、水分等，有较强的腐蚀性；
5.5.4、设备运转率要求高；除尘器随窑运转率必须达到100%，并不得设旁通系统。
6、窑头、窑尾采用大型袋式除尘器的技术优势
我国大型水泥厂的窑头、窑尾除尘过去一直采用电除尘器。由于电除尘器对比电阻的敏感性及其除尘机理决定，其排放浓度较高，一般都在 100mg/Nm3以上。随着我国环保要求的提高，新修订的环保标准《GB4915-2004水泥工业大气污染物排放标准》要求热力设备粉尘排放浓度达到 50mg/Nm3以下的排放标准；因此，袋式除尘器是窑头、窑尾废气除尘发展的必然趋势。近年来，随着滤料技术的不断进步，尤其是复合过滤材料、渗膜、覆膜滤料和各种性能优越的高温滤料的问世，促进了我国袋除尘技术的发展；国外的实践证明：袋除尘器在控制水泥窑头、窑尾粉尘排放方面有着明显的优势，具有如下优点：
不受粉尘的种类、颗粒大小、粉尘的浓度和比电阻的影响；
除尘效率可以稳定达到99.8～99.99%，排放浓度可以达到30mg/Nm3以下；
具有耐高温180℃～260℃、耐腐蚀、拒油、防水、防燃、防爆的特点；
处理风量大、占地面积小；
能做到不停机进行维护，随主机运转率达到100%；
结构简单，可以模块式灵活布置。
由于袋式除尘器具有以上的优势，国内几家大的水泥设计院在工艺设计过程中基本配置的都是袋式除尘器，给袋式除尘器行业带来很多机会，只要从设计、制造、安装和调试中严格把关，袋式除尘器能在水泥行业的节能降耗中发挥应有的作用。
参考文献：
1、 曾学敏：当前水泥工业基本情况及政策建议；
2、 孔祥忠：中国水泥工业进入成熟发展阶段。
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