淺談水泥廠立窯袋除塵器的選型及應(yīng)用

何宏濤，鄭佳佳

(合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051)

淺談水泥廠立窯袋除塵器的選型及應(yīng)用

何宏濤，鄭佳佳

(合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051)

介紹了立窯煙氣的特性及治理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，并從袋除塵器類型及處理風(fēng)量的確定、過濾風(fēng)速的選取、過濾面積的計(jì)算、除塵器規(guī)格的選取等方面介紹了立窯袋除塵器的選型要點(diǎn)；介紹了LFEF型立窯袋除塵器、LMC低壓長(zhǎng)袋脈沖立窯袋除塵器和GMC型高溫高壓脈噴立窯袋除塵器在水泥行業(yè)的推廣情況及應(yīng)用效果。

立窯袋除塵器;LFEF型;LMC型;GMC型;選型;應(yīng)用

1 前言

隨著新型干法水泥的發(fā)展和國家淘汰落后產(chǎn)能速度的加快，2008年我國立窯水泥產(chǎn)量約占水泥總產(chǎn)量的35%，立窯水泥企業(yè)污染治理水平遠(yuǎn)低于新型干法水泥企業(yè)，立窯企業(yè)的粉塵污染較嚴(yán)重，其中立窯設(shè)備是立窯企業(yè)最主要的粉塵排放點(diǎn)。為有效控制水泥工業(yè)污染物的排放，《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004）已于2005年1月1日正式頒布實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)排放限值作了嚴(yán)格規(guī)定：自2006年7月1日起至2009年12月31日止，現(xiàn)有生產(chǎn)線立窯排氣筒中的顆粒物最高允許排放濃度是100mg/Nm3，自2010年1月1日起，其最高允許排放濃度是50mg/Nm3。因此，解決立窯煙氣治理問題是立窯企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急，立窯企業(yè)必須盡快落實(shí)好環(huán)保改造和達(dá)標(biāo)排放工作。

根據(jù)GB4915-2004新標(biāo)準(zhǔn)的排放限值要求，只有采用高效電除塵和袋除塵技術(shù)才能使煙氣排放達(dá)標(biāo)。由于袋除塵器除塵效率高且具有脫除有害氣體的功能，故袋除塵器更有優(yōu)勢(shì)。

2 立窯煙氣的特性

立窯煙氣的特性主要取決于原燃料成分、煅燒方法、成球工藝和操作方法等，主要性質(zhì)有：

（1）煙氣量的波動(dòng)范圍較大，一般為2.5～6.3Nm3/kg熟料。

（2）煙氣中粉塵濃度波動(dòng)范圍較大，一般為1～20g/Nm3。粉塵中小于30μm的細(xì)粉占80%左右，具體顆粒級(jí)配見表1。

表1 立窯粉塵的顆粒級(jí)配

（3）煙氣濕含量較高，且波動(dòng)范圍較大，一般為8%～16%，正常濕含量為13%左右，若濕料層厚、底火深，其濕含量則可超過20%。煙氣露點(diǎn)溫度較高，一般為40℃～55℃。

（4）煙氣溫度波動(dòng)范圍大，且隨著窯內(nèi)工況變化而變化，窯面煙氣的溫度為45℃～300℃，當(dāng)窯內(nèi)出現(xiàn)異常情況時(shí)，窯面煙氣溫度會(huì)更高，可能達(dá)到400℃。

（5）煙氣中含有大量的有害氣體，且成分較復(fù)雜，通常有CO、SO2、NOX、氟化物及瀝青煙等，其中SO2和氟化物有很強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)除塵設(shè)備的殼體和濾料有較強(qiáng)的腐蝕作用，嚴(yán)重影響設(shè)備的性能和濾料的性能。

（6）立窯粉塵的比電阻值較高，通常為1011～1012Ω·cm，且隨著溫度和濕度的變化而變化，有時(shí)會(huì)高于1012Ω·cm，傳統(tǒng)的電除塵器已難以適應(yīng)。

綜上所述，立窯煙氣具有煙氣量、煙氣溫度和濕含量波動(dòng)范圍大，露點(diǎn)溫度高，煙氣中粉塵的顆粒較細(xì)及堿含量高（見表2）等特性，故立窯煙氣治理具有其特殊性和困難。

表2 立窯粉塵的化學(xué)組成 （單位：%）

3 立窯煙氣治理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

目前， 立窯煙氣治理技術(shù)主要有沉降室除塵、水除塵、電除塵和袋除塵等技術(shù)，按照GB4915-2004新標(biāo)準(zhǔn)的排放限值要求，沉降室除塵和水除塵均不能達(dá)標(biāo)，只有采用高效電除塵和袋除塵技術(shù)才能使煙氣排放達(dá)標(biāo)。煙氣經(jīng)沉降室除塵后排放濃度大多超過500mg/Nm3，根本不能達(dá)標(biāo)，需要改造，改造后的沉降室作為預(yù)收塵用，下一級(jí)配其它高效電除塵器或袋除塵器。采用水除塵，煙氣的排放濃度往往在200mg/Nm3左右。

電除塵器的除塵效果除與本身結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還取決于廢氣的性質(zhì)，最主要的是廢氣的比電阻和溫度。由于煙氣的量、溫度、濕度都在較大的范圍內(nèi)波動(dòng)，廢氣的比電阻也隨之變化，直接影響其除塵效率。另外廢氣中的硫氧化物、氮氧化物對(duì)電除塵器的腐蝕，也明顯影響它的運(yùn)行，會(huì)降低其使用壽命。合肥水泥研究設(shè)計(jì)院開發(fā)研制的立窯專用電除塵器如先期的CDLY型電除塵器和后來改進(jìn)的JYC型電除塵器都取得了良好的應(yīng)用效果，基本能達(dá)到100mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)，如須達(dá)到50mg／Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)，必須增加電場(chǎng)數(shù)且作改進(jìn)設(shè)計(jì)。

袋除塵器與以上幾種除塵器相比，除塵效率最高，能使排放濃度在50mg/Nm3以下。另外，袋除塵器還具有能脫除有害氣體的功能。合肥水泥研究設(shè)計(jì)院研制的立窯袋除塵器主要有：LFEF型立窯玻纖袋除塵器、LMC低壓長(zhǎng)袋脈沖立窯袋除塵器和GMC高溫高壓脈噴立窯袋除塵器，其中，LFEF型立窯玻纖袋除塵器研制至今共有四代產(chǎn)品，目前性能最優(yōu)的是LFEF（IV）型。以上這幾種袋除塵器都有使用效果良好的業(yè)績(jī)，也有因管理和操作等方面原因致使用效果較差的例子。這三種袋除塵器具有設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)、工藝布置簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，除塵效率高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。

為適應(yīng)排放新標(biāo)準(zhǔn)GB4915-2004的限值要求，改造和新建的生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)最好選用LMC型或GMC型脈噴袋除塵器。

4 立窯袋除塵器的選型

根據(jù)工藝設(shè)計(jì)方案和原始參數(shù)對(duì)袋除塵器作選型，主要步驟包括：袋除塵器類型的確定、處理風(fēng)量的確定、過濾風(fēng)速的選取、過濾面積的計(jì)算、除塵器規(guī)格的選取等。

4.1 袋除塵器類型的確定

（1）LFEF型立窯袋除塵器

主要由進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、袋室、灰斗、排灰系統(tǒng)和電控等組成。

工作原理：采用上進(jìn)氣方式，含塵廢氣由上部進(jìn)入進(jìn)氣室，部分粗顆粒由于慣性落入灰斗，清灰時(shí)因氣流方向與煙塵沉降方向一致，防止了粉塵的二次飛揚(yáng)。又因?yàn)檫M(jìn)氣室使氣流分布均勻，氣流速度沒有突變，從而保證了各袋室壓降平衡，有利于提高濾袋壽命。除塵器運(yùn)行一段時(shí)間后，濾袋內(nèi)表面附著的粉塵層逐漸增厚，除塵器的運(yùn)行阻力上升，當(dāng)增加到一定值后，就需要對(duì)濾袋清灰，即通過反吹風(fēng)機(jī)清灰使除塵器的阻力下降，清灰結(jié)束后，該室又投入正常過濾工作。清灰控制采用定時(shí)清灰，清灰控制儀采用西門子原裝PLC。

（2）LMC低壓長(zhǎng)袋脈沖立窯袋除塵器

主要由進(jìn)氣管路、進(jìn)氣室、灰斗、袋室、凈氣室、出口管道、噴吹管路系統(tǒng)、排灰裝置、卸灰閥和電氣控制系統(tǒng)組成。

工作原理：含塵煙氣經(jīng)煙道進(jìn)入塵氣通道，然后折入灰斗。當(dāng)氣流撞擊導(dǎo)流板，部分粗粒由慣性而落入灰斗，其余含塵煙氣的粉塵被阻留在濾袋表面，凈氣相繼經(jīng)凈氣室、出風(fēng)蝶閥和排風(fēng)道最終排入大氣。除塵器運(yùn)行一段時(shí)間后，濾袋外表面捕集的粉塵層逐漸增厚，除塵器的運(yùn)行阻力上升，當(dāng)增加一定值后，就需要對(duì)濾袋進(jìn)行清灰，整個(gè)清灰過程主要是通過脈沖閥來進(jìn)行的，首先關(guān)閉排風(fēng)閥打開脈沖閥，壓縮空氣通過噴管向本排每條濾袋噴射氣流，使濾袋產(chǎn)生變形、震動(dòng)以達(dá)到清灰的目的。清灰結(jié)束后，排風(fēng)閥再次打開，除塵器又進(jìn)入過濾狀態(tài)，互不干擾，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，提高了清灰效果。

（3）GMC型高溫高壓脈噴立窯袋除塵器

主要由灰斗、袋室、凈氣室、噴吹管路系統(tǒng)、排灰裝置、卸灰閥和電控柜等組成。

工作原理：含塵氣體經(jīng)過風(fēng)道進(jìn)入除塵器已擴(kuò)大的灰斗進(jìn)行預(yù)收塵，通過導(dǎo)流板均布于各條濾袋之間，粉塵阻留于濾袋表面，為使設(shè)備阻力不超過1500Pa，高壓氣體經(jīng)電磁脈沖閥產(chǎn)生脈沖，使氣包內(nèi)壓縮空氣由噴吹管孔眼噴吹（稱一次風(fēng)），通過文丘里管誘導(dǎo)數(shù)倍于一次風(fēng)的周圍空氣（稱二次風(fēng)）進(jìn)入濾袋使濾袋瞬時(shí)急劇膨脹，并伴隨著氣流的反作用抖落粉塵，達(dá)到清灰的目的，使用PLC自動(dòng)控制裝置實(shí)現(xiàn)定時(shí)清灰，可根據(jù)粉塵濃度隨意調(diào)節(jié)清灰周期和脈噴時(shí)間，使除塵器在較低的阻力范圍內(nèi)運(yùn)行。

4.2 處理風(fēng)量的確定

袋除塵器的處理風(fēng)量應(yīng)按一般生產(chǎn)時(shí)所產(chǎn)生的最大廢氣量選取，具體計(jì)算式如下：

Q=（1+K）·A·G·Qb·(273+T)/273 其中：

Q — 除塵器的處理風(fēng)量，m3/h；

K — 窯面除塵系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)；

G — 立窯臺(tái)時(shí)平均產(chǎn)量，t/h；

Qb— 單位熟料生產(chǎn)的理論廢氣量，Nm3/t熟料，可取2000Nm3/t熟料；

T — 除塵器運(yùn)行的合適上限溫度，℃；

A — 立窯生產(chǎn)不均衡系數(shù)。

結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和立窯正常的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，取K=0.65，G=9.5t/h，T=120℃，A=1.2。

4.3 過濾風(fēng)速ω的選取

為使袋除塵器高效穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)立窯煙氣的性質(zhì)、工藝狀況、濾料的種類、清灰方式等選取合適的過濾風(fēng)速ω。對(duì)于LFEF（IV）型立窯袋除塵器，布袋選用國產(chǎn)玻纖濾料，該濾料可以在260℃時(shí)連續(xù)使用，瞬間耐溫為290℃，表面經(jīng)過特殊處理后還可有效抗結(jié)露。對(duì)于LMC低壓長(zhǎng)袋分箱脈沖袋除塵器和GMC型高溫脈噴立窯袋除塵器，布袋可以選用國產(chǎn)玻纖濾料或耐頓濾料，耐頓濾料連續(xù)使用可耐溫190℃，瞬間耐溫為230℃。濾料性能具體見表3。綜合考慮各因素，LFEF（IV）型立窯袋除塵器的過濾風(fēng)速最大選0.5m/min，LMC低壓長(zhǎng)袋分箱脈沖袋除塵器的過濾風(fēng)速最大選0.8m/min，GMC型高溫高壓脈噴立窯袋除塵器的過濾風(fēng)速最大選1.0m/min。

表3 過濾材料性能

4.4 過濾面積的計(jì)算

過濾面積S=處理風(fēng)量Q/（60×過濾風(fēng)速ω）。

4.5 除塵器規(guī)格的選取

根據(jù)過濾面積，對(duì)照相應(yīng)袋除塵器的規(guī)格和性能表選擇一種規(guī)格。這三種袋除塵器的規(guī)格和性能分別見表4、表5、表6。根據(jù)立窯的規(guī)格和熟料產(chǎn)量，也可以為業(yè)主設(shè)計(jì)非標(biāo)型產(chǎn)品。

表4 LFEF（IV）系列立窯袋式除塵器規(guī)格和性能

5 立窯袋除塵器的應(yīng)用

5.1 推廣和應(yīng)用情況

（1）LFEF（IV）型立窯袋除塵器

自1987年第一臺(tái)投入運(yùn)行以來，目前已在全國各地投入使用200余臺(tái)。使用廠家有廣東石井水泥廠、廣東花都市花山水泥廠和南京天龍水泥有限公司等，均取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。該型除塵器不僅改變了過去袋除塵器不適應(yīng)立窯煙氣除塵的觀念，而且還一度成為最可靠成熟的立窯專用除塵器。該類型除塵器技術(shù)先后榮獲“國家級(jí)新產(chǎn)品”、“國家最佳環(huán)保實(shí)用新技術(shù)”、“國家級(jí)高新技術(shù)精選項(xiàng)目”、“部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)”等稱號(hào)。

表5 LMC低壓長(zhǎng)袋脈沖立窯袋除塵器規(guī)格和性能

表6 GMC型高溫高壓脈噴立窯袋式除塵器規(guī)格和性能

（2）LMC低壓長(zhǎng)袋脈沖立窯袋除塵器

自研制以來廣泛應(yīng)用于立窯煙氣治理，自1999年第一臺(tái)在西昌水泥廠成功運(yùn)行，現(xiàn)已推廣應(yīng)用了70余臺(tái)。應(yīng)用于四川忠縣衛(wèi)星水泥廠、西藏拉薩水泥廠和江蘇邳縣水泥廠等生產(chǎn)線，在老線立窯除塵改造系統(tǒng)中發(fā)揮了的積極的作用。該除塵器技術(shù)1999年通過技術(shù)鑒定，先后榮獲“國家最佳環(huán)保實(shí)用新技術(shù)”和“環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)”等稱號(hào)。

（3）GMC型高溫高壓脈噴立窯袋除塵器

自研制以來廣泛應(yīng)用于立窯煙氣治理，目前已推廣銷售了近30臺(tái)。應(yīng)用于鞍鋼大連石灰石礦水泥廠、廣東三水水泥廠、浙江桐廬水泥廠等生產(chǎn)線，在老線除塵改造系統(tǒng)中發(fā)揮了積極的作用并取得了良好的效益。該除塵器技術(shù)2003年通過省級(jí)技術(shù)鑒定，榮獲“部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)”。

隨著新標(biāo)準(zhǔn)GB4915-2004的頒布實(shí)施，LMC型和GMC型立窯袋除塵器由于具有除塵效率高、清灰徹底、出口排放塵濃度低（≤50mg／Nm3）、濾袋使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，將在除塵器市場(chǎng)上逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。

5.2 應(yīng)用效果列舉

這三種立窯袋除塵器的應(yīng)用效果列舉見表7。

表7 立窯袋除塵器的應(yīng)用效果

6 結(jié)語

（1）由于立窯煙氣具有煙氣量及煙氣溫度和濕含量波動(dòng)范圍大、露點(diǎn)溫度高、煙氣中粉塵的顆粒較細(xì)及堿含量高等特性，因而立窯煙氣的治理具有特殊性且比較困難。為適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)GB4915-2004，立窯煙氣治理必須選用高效的電除塵器或袋除塵器。如須滿足排放濃度50mg／Nm3的限值，袋除塵器更有優(yōu)越性和應(yīng)用性。

（2）立窯袋除塵器因具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、適應(yīng)性強(qiáng)和除塵效率高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。

（3）立窯袋除塵器的選型主要包括袋除塵器類型的確定、處理風(fēng)量的確定、過濾風(fēng)速的選取、過濾面積的計(jì)算、除塵器規(guī)格的選取等內(nèi)容。

（4）LMC型和GMC型立窯袋除塵器在老線立窯除塵改造系統(tǒng)中發(fā)揮了積極的作用。隨著新標(biāo)準(zhǔn)GB4915-2004的進(jìn)一步實(shí)施，這兩種除塵器必將逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。

（略）

Simple Explanation on Selection and Application of Bag Hose Precipitator of Vertical Kiln in Cement plant

HE Hong-tao, ZHENG Jia-jia

X701.2

A

1006-5377（2010）01-0034-04