除塵技術在水泥行業的應用

李 哲，孫海鵬，孫 凱（.中機生產力促進中心，北京 00044；.中汽認證中心，北京 00044；.中國環境保護產業協會，北京 0007）

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除塵技術在水泥行業的應用

李 哲1，孫海鵬2，孫 凱3
（1.中機生產力促進中心，北京 100044；2.中汽認證中心，北京 100044；3.中國環境保護產業協會，北京 100037）

摘 要：通過對電除塵、袋式除塵技術在水泥行業的應用實例，比較了兩種除塵技術的運行情況、經濟成本及環境效益，分析了達到“超低排放”的可行性，為其他行業選擇除塵技術提供了借鑒。

關鍵詞：水泥行業；電除塵；袋式除塵；經濟成本；環境效益

1　引言

近年來，我國霧霾頻發，影響大氣質量的主要因素是顆粒物、粉塵等污染物。其中粉塵排放量大的水泥行業，急需開展深度治理，提升除塵效率。

我國是水泥生產和消費大國，2014年水泥產量為24.76億噸［1］，占世界水泥總產量的50%以上。現有規模以上水泥生產企業約4000家，其中水泥熟料生產企業2400多家、新型干法水泥生產線1600多條［2］。

水泥行業的主要環境問題在于產生大量的煙（粉）塵。據統計，2012年，水泥行業消耗1.49億噸標準煤，產生368萬噸［3］煙（粉）塵。水泥行業顆粒物（PM）排放量占工業煙塵排放總量的30%，二氧化硫（SO2）排放量占全國排放總量的3%～4%，氮氧化物（NOx）排放量占全國排放總量的8%～10%［4］。

作為新型干法水泥生產線的熱力設備，水泥窯頭、窯尾是水泥廠最大的煙（粉）塵污染來源，對人體及環境會產生較大的危害。

2　除塵技術

2.1發展歷程

我國水泥行業的除塵技術發展主要分為兩個階段。

一是電除塵處理處置階段。1984年，我國天津水泥院從德國魯奇公司引進電除塵技術。直到20世紀，由于當時布袋濾料受煙氣溫度等條件的限制，我國建設的所有大型水泥廠都無一例外地在高溫工藝過程中采用了靜電除塵器。該技術在煙氣工況相對穩定、煙（粉）塵的比電阻達到電場要求時，能夠滿足排放標準。但即使達標排放，水泥行業的顆粒物排放量仍然巨大，2005年達到520萬噸［5］。

二是袋式除塵技術的推廣應用階段。2004年，袋式除塵技術開始在市場上應用；2007年，環保總局明確：“窯尾除塵未采用袋式除塵器的水泥生產線的產品”列為“高污染”產品，建議國家有關部門對此生產、消費采取限制性政策措施，引導市場和公眾減少對該類產品的使用；2008年，隨著大氣污染形勢的變化，市場預期政府部門將會出臺更為嚴格的水泥行業污染物排放標準。為提升除塵效率、應對新要求，新建水泥企業大部分都采用了袋式除塵器，原有水泥企業也開始推進除塵設備電改袋工程。

袋式除塵技術的推廣，促進了水泥行業顆粒物減排，2009年全國水泥行業的顆粒物排放總量為411萬噸［6］，比2005年減少了100余萬噸。

2010年，工信部《關于水泥工業節能減排的指導意見》明確推廣高效袋式除塵技術［7］。

2013年，《水泥工業大氣污染物排放標準》（GBT4915-2013）施行，新標準將顆粒物排放限值由原來的50mg/m3（水泥窯等熱力設備）、30mg/m3（水泥磨等通風設備）加嚴到30mg/m3、20mg/m3［8］。標準的加嚴又進一步促進了袋式除塵器的推廣應用。

在標準、技術等各種因素的綜合作用下，我國水泥行業的顆粒物減排效果明顯，總量由2012年的368萬噸減少到2013年的250萬噸。

目前，國內水泥行業的窯頭、窯尾除塵技術以袋式除塵技術為主，占比約60%。隨著我國水泥行業排放標準的日益加嚴，煙（粉）塵的治理技術不斷完善，環境效益也在逐漸提高。

2.2電除塵技術

電除塵技術的除塵清灰過程主要為：氣體電離、粉塵荷電、粉塵沉積以及清灰等四個步驟。

電除塵技術的優點是：初期除塵效率能達到99%，處理煙氣量大；可用于高溫（可高達500℃）煙氣，多用于水泥窯頭；可連續運轉，并能實現自動化；阻力低，壓力損失僅為100～200Pa；風機電耗較小，維護費用較低，僅為對極板、極線的維護，一般極板、極線在十幾年內僅需對部分構件進行簡單的維修更換，如極板整形、極絲更換等。缺點是：占地面積大，除塵效率受比電阻影響較大；運行一段時間后，會出現電極變形而引起電場變化，除塵效率降低，不具備離線檢修功能。

電除塵技術可應用于水泥行業的窯頭、窯尾、煤磨、烘干機、水泥磨除塵，尤其是窯頭、窯尾除塵。由于水泥窯頭溫度較高，煙塵比電阻適合電除塵技術，目前45%左右的窯頭都采用電除塵技術，窯尾僅有20%左右采用電除塵技術，而且一般都加裝了加濕器，以改變煙塵比電阻，提高除塵效率。

2.3袋式除塵技術

袋式除塵器也被稱為過濾式除塵器，是一種干式高效除塵器，其基本工作原理是：利用袋式過濾元件捕集含塵氣體中的粉塵，使氣體凈化；同時，通過清除被阻留在濾袋表面上的附塵，使濾袋再生而恢復其過濾功能。

袋式除塵器的優點是：除塵效率高，能將顆粒物排放濃度降低至20mg/m3以下；不受入口粉塵濃度、比電阻的影響，性能穩定可靠，對負荷變化適應性好，可實現不停機檢修；占地面積較小，能按場地要求作專門設計。缺點是：運行阻力大，風機電耗量高，濾袋的使用壽命短（僅為3～4年），運行成本較高。

近年來，排放標準趨嚴，袋式除塵技術由于除塵效率較高而得到了廣泛推廣。目前，袋式除塵器廣泛應用于水泥工業的窯頭、窯尾、煤磨、烘干機、水泥磨除塵，水泥行業窯頭、窯尾應用袋式除塵技術的比例分別達到約50%、75%。

3　經濟成本

3.1調研情況

為分析水泥行業運用除塵技術所需經濟成本，本研究以走訪、座談，查閱資料，案例比照分析等方式，調研了三類企業和單位：

第一類為環保企業，包括福建龍凈環保科技股份有限公司、西安西礦環保科技有限公司、科林環保裝備股份有限公司、河南中材環保科技有限公司、北京京誠嘉宇環境科技有限公司；

第二類為水泥企業，包括海螺水泥、冀東水泥、山水水泥集團、華潤水泥；

第三類為科研院所，包括合肥水泥設計研究院、天津水泥工業設計研究院。

3.2投入對比

以日產量5000t，處理90萬m3/h風量的水泥企業為例，對其窯尾除塵采用電除塵、袋式除塵技術的投資、運行、維護費用進行比較分析。

（1）設備購置費、土建施工費、管道費用等一次性投入費用：電除塵技術需885萬元，以20年壽命計，每年折舊費為44.25萬元；袋式除塵器需750萬元，以20年壽命計，每年折舊費為37.5萬元。

（2）運行費用：電除塵技術的主要運行費用為高壓硅整流器、放電極振打、沉淀極振打、拉鏈機、給料機、電加熱器、風機等耗電費用，其中電場（高壓硅整流器）運行費用占整個運行費用的71.2%。袋式除塵技術的主要運行費用為風機、空壓機的耗電量，其中風機耗電費用大約占整個運行費用的77.4%（見表1）。

（3）維護費用：單臺電除塵器一般僅對極板、極線進行維護，年總維護費用約為25萬元。袋式除塵技術主要為濾袋的折舊費用，濾袋壽命通常為3～4年，其中一般水泥窯頭連續運行時間為3年，窯尾為4年。以5000t/d的水泥窯為例，需要4000～5000條濾袋，濾袋單價為400～600 元/條，以壽命3年計算，濾袋折舊費用約為73.6萬元/年。

表1　除塵技術年運行費用比較

3.3費用對比

綜合上述各項投入，水泥行業運用電除塵技術的年費用為331.08萬元；袋式除塵技術的年費用為373.77萬元。兩種技術的年費用相差不大。其中，袋式除塵技術的年運行維護費用較高，尤其是濾袋更換費用較高，但設備的初始投資低于電除塵器（見表2）。

表2　除塵技術年費用對比

4　環境效益

4.1電除塵技術的環境效益

電除塵器投運初期可保持正常運行，并達到預期的除塵效率。但運行一段時間后，電除塵器受入口煙氣狀況（如溫度、風速）、比電阻、電場間距，以及陽極板與芒刺線之間的間距、密閉性、振打方式等多因素的影響，會引起電場變化，導致除塵效率下降，容易出現不穩定或不達標現象。

以2009年新建某水泥企業的兩條5000t/d熟料生產線為例，該項目2010年年底投產，兩條生產線窯頭選用2臺1室5電場電除塵器，窯尾選用2臺2室5電場電除塵器。

經過4年多的實際運行，2014年2月，該項目窯頭的除塵器煙氣量為49.81萬m3/h，顆粒物排放濃度25mg/m3；窯尾的除塵器煙氣量為74.58萬m3/h，顆粒物排放濃度為24.1mg/m3（見表3）。

表3　某水泥生產線電除塵技術的環境效益

4.2袋式除塵技術的環境效益

以某水泥有限公司2500t/d生產線窯頭、窯尾除塵實際情況為例。窯頭袋式除塵器的規格為CBMP288-2×3，布袋規格為φ160×7000mm，材質為芳綸，處理煙氣量為31.5萬m3/h，進口濃度為40g/m3，出口濃度14.73mg/m3，除塵效率＞99.9%。窯尾的布袋式除塵器規格為CBMP552-2×2，處理煙氣量48萬m3/h，濾袋規格為φ160×8000mm，濾袋材質采用玻纖覆膜，進口濃度為80g/m3，出口濃度為13.21mg/m3，除塵效率為99.98%。

該除塵改造2014年7月開工，8月技改完成并投入運行，廢氣檢測結果顯示效果良好（如表4）。

表4　某水泥生產線袋式除塵技術的環境效益

4.3不同除塵技術的環境效益比較

從以上案例可以看出，一般情況下，電除塵器與袋式除塵器在除塵效率上都能達到99%以上。但與電除塵技術相比，袋式除塵技術的出口濃度＜15mg/m3，明顯低于電除塵器，濃度減排效率的優化程度接近1倍，具有“超低排放”的可行性。袋式除塵器不僅可以保證長期穩定的高除塵效率，還對超細粉塵有很好的減排效果。

5　結論

（1）隨著污染物排放標準的不斷收嚴，水泥行業的除塵技術已由電除塵技術逐漸向袋式除塵技術轉變，袋式除塵技術的大規模應用已取得顯著效果，促進了顆粒物減排。

（2）袋式除塵技術初期的一次性投入更低，兩種除塵技術的年費用相差不大。值得注意的是，隨著國產濾料質量的提高，袋式除塵技術的主要維護費用（即濾袋價格）將大幅度降低，使袋式除塵技術在總體經濟效益評價上占優。

（3）袋式除塵技術效率更高，出口濃度小于15mg/m3，對滿足水泥行業“超低排放”具有更好效果。從水泥行業擴展到其他行業，袋式除塵器由于除塵效率高、結構簡單、適應性強、系統運行穩定等特點，對其他行業的“超低排放”也具應用潛力。

參考文獻：

［1］ 中國水泥網信息中心.2014年中國全年水泥產量24.76億噸［Z］.2015.

［2］ 針對關鍵環節進行全過程控制［N］.中國環境報，2013-12-30.

［3］ 中國環境保護產業協會袋式除塵委員會.我國袋式除塵技術的進步與發展［J］.中國環保產業，2014（7）.

［4］ 中華人民共和國環境保護部.全國環境統計公報（2012）［N］.

［5］ 王永紅，薛志鋼.我國水泥工業大氣污染物排放量估算［J］.環境科學研究，2008（2）.

［6］ 中華人民共和國環境保護部.中國環境統計年報2009［N］.

［7］ 工業和信息化部.關于水泥工業節能減排的指導意見［Z］.2010-11-25.

［8］ GB 4915-2013，水泥工業大氣污染物排放標準［S］.2013.

Application Analysis of Dust Removal Technologies in Cement Industry

LI Zhe1， SUN Hai-Peng2， SUN Kai3
（1.China Productivity Promotion Center for Machinery， Beijing 100044；2.China Certifcation Center for Automotive Products and Technology， Beijing 100044；3.China Association of Environmental Protection Industry， Beijing 100037， China）

Abstract:Based on the application cases of electrostatic precipitation and bag hose precipitation technologies in the cement industry， the paper compares the operations， economic costs and environmental benefts of the two precipitation technologies；analyzes the feasibility and problems of “ultra-low emission” to be met， and puts forward countermeasures and suggestions.

Keywords:cement industry； electrostatic precipitation； bag hose precipitation； economic costs； environmental beneft

中圖分類號：X701

文獻標志碼：A

文章編號：1006-5377（2016）05-0020-04