水泥行業超凈排放的幾點設想之一
—— 粉塵控制技術

穆璐瑩

（合肥水泥研究設計院，合肥 230051）

0 概 述

2013年，我國水泥工業的粉塵排放量占全國排放總量的30%以上，是重污染行業之一。隨著GB 4915-2013《水泥工業大氣污染物排放標準》的頒布和實施，污染物排放總量不斷減少，水泥行業的減排工作取得了一定成績。對于水泥企業來說，達到《水泥工業大氣污染物排放標準》中的“水泥窯及窯磨一體機煙氣粉塵排放標準為30mg/Nm3，水泥磨、煤磨等煙氣粉塵排放標準為20mg/Nm3”的要求難度不大。部分地區出臺的地方標準更嚴于國家標準，相關水泥企業也均能達標，因此水泥行業具有一定減排潛能。那水泥行業能否進一步提高標準，實現10mg/Nm3的超凈排放目標？本文將從幾個關鍵技術角度討論一下如何實現水泥行業粉塵的超凈排放目標。

目前水泥行業粉塵治理的主要設備有：袋式除塵器、電除塵器和電袋復合除塵器，以及新興的濕電除塵器。

（1）袋式除塵器。它是依靠濾料作為過濾材料來實現“氣固”分離的除塵裝置，其工作機理是含塵氣體通過濾布時產生的篩分、慣性、粘附、擴散和靜電作用而被捕集。

（2）電除塵器。利用高電壓產生的強電場使含塵氣體局部電離，即產生電暈放電，當含塵氣體通過電場時，負離子與塵粒子碰撞并附著其上，實現粉塵荷電，并在電場力的作用下，使氣體中的粉塵粒子分離出來。

（3）電袋除塵器。電袋復合式除塵器是將電除塵器和袋式除塵器集合，前面電場對粉塵進行荷電捕集，剩余荷電難收集的粉塵隨煙氣均勻進入濾袋區，通過濾袋過濾后完成煙氣凈化。

（4）濕式電除塵器。與干式電除塵器的收塵原理相同，都是靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場力的作用下到達集塵板/管。濕式電除塵器集塵極與干式電除塵器不同是其使用耐腐蝕導電材料做集塵極或通過噴水或溢流水形成導電水膜不導電的非金屬材料做集塵極。因此捕集效率較干式電除塵器高。

從技術的角度來看，除電除塵器難以實現10mg/Nm3的超凈排放目標外，其余三種除塵器均有可能達到超凈排放的目標。但從設備維護和穩定性的角度考慮，袋式除塵器是最可行的方案。因此本文著重介紹袋式除塵器實現10mg/Nm3超凈排放的幾點關鍵技術。

1 袋式除塵器超凈排放的思路

研制具有超凈排放功能的袋式除塵器，首先必須討論超凈排放濾料的問題。濾料本身是否能達到超凈排放的目標是除塵器能否實現超凈排放的最關鍵因素。當然，袋式除塵器的除塵機理不僅僅完全依靠濾袋的過濾性能，濾袋捕集大部分的粉塵后，在濾料內部和表層滯留了一部分粉塵，即粉塵層。還通過粉塵層的篩分作用捕集粉塵，提高了過濾效率，也是袋式除塵器超凈排放的重要思路。粉塵層越厚，粉塵排放濃度越低。因此，如何智能化的清灰，科學保留濾袋表面粉塵層的厚度，是實現超凈排放的一大關鍵因素。另外，除塵器內的氣流均布對過濾性能也有一定的影響。如果氣流分布不合理，造成局部氣流速度過快，該區域逃逸的粉塵增加，從而影響除塵器的排放濃度。除上述關鍵因素外，防止濾袋破損造成的事故排放，實現袋式除塵器的事故排放預警及自處理技術也是實現超凈排放的關鍵技術。

2 袋式除塵器超凈排放的關鍵因素

2.1 超凈排放濾袋

袋式除塵器的發展和推廣應用的關鍵之一就是濾料的發展。濾料作為袋式除塵器的“核心”，其性能和質量，直接關系到袋式除塵器粉塵的排放濃度。濾袋的性能和質量與濾料的結構、纖維形狀、加工和后處理等因素有關。

從結構方面說，目前市場上普遍采用覆膜濾料作為降低排放濃度的主要措施。覆膜濾料則是將聚四氟乙烯（PTFE）薄膜覆在濾料表面而成的一種濾料，這層薄膜能進行高效的過濾，過濾性能較好。除覆膜濾料外，多梯度濾袋也成為一種有效控制粉塵的新技術濾料。梯度濾料一般由四層組成，第一梯度由微細纖維構成，孔隙小過濾性能好。粉塵大部分在第一梯度被截留，很難停留在濾料內部，從而保證了濾料內部的氣流順暢，避免了隨著濾料的使用運行阻力不斷增加的問題，也保證了粉塵的去除效率。

從濾料形狀來說，在相同克重下，細旦纖維和異型纖維較普通纖維具有更高的比表面積，能得到更好的過濾效率。此兩種纖維普遍應用在要求排放濃度很低的水泥企業中。另外據資料顯示，近期研制成功的海島纖維其比表面積更高，過濾性能更好，因此海島纖維也可以成為超凈排放濾料的另一種選擇。

2.2 智能化清灰系統

國內外常用的清灰控制方式有定時和定阻力清灰。定時清灰是指按照預先設定的清灰周期和脈沖間隔控制清灰機構動作。若時間設置不合理，會使濾料的初始粉塵層無法形成，從而粉塵排放濃度增加。定阻力清灰是根據除塵器實際阻力大小來控制清灰。通常設定好阻力的上限和下限，當阻力大于上限時開始清灰，清灰系統開始按照內置的程序周而復始地循環清灰，直到阻力小于下限時停止清灰。兩種模式無法對清灰順序進行調整。

智能化清灰系統將清灰程序和除塵器各個袋室的阻力聯系起來。根據各袋室的壓差，從高往低依次噴吹，避免多余的清灰動作，保護濾袋表面的粉塵層，減少超細粉塵的逃逸。因此，采用智能化清灰可成為超凈排放除塵器的首選清灰系統。

2.3 氣流均布系統

除塵器內的每個袋式、每個袋子間的氣流均勻性對過濾性能有著一定的影響。目前市場上常使用CFD軟件計算模擬除塵器內部氣流分布情況。通過不斷地模擬并調整袋室隔板高度、氣流均布板角度、尺寸等參數，組織含塵氣流向除塵器每個過濾單元均勻分配和輸送，促使每個過濾單元濾袋的過濾負荷一致，保證各過濾單元流量偏差要求控制在10%之內，使得整個除塵器的氣流穩定均布，從而降低因局部氣流過大，增加了除塵器的粉塵排放濃度。因此完善除塵器氣流均布系統是除塵器實現超凈排放的基本要求。

2.4 事故排放預警及自處理技術

水泥企業時有濾袋破損的情況發生，這不僅造成事故排放影響環境，也會引起大批量灌袋的問題，造成不小的經濟損失。針對此問題，合肥水泥研究設計院環保團體事故排放預警及自處理技術，通過大量的試驗比較，發現破損濾袋清灰之后有明顯濃度峰值的特征，快速發現濾袋破損發生的袋室編號和具體的位置。對破袋位置精準定位后，控制系統自動釋放應急堵頭，封堵濾袋袋口避免濾袋破損后粉塵的逃逸，杜絕因局部濾袋破損影響周邊濾袋的使用。

3 結 論

合肥水泥研究設計院承擔了國家科技支撐項目《基于實測的水泥工業大氣污染物排放規律研究與排放標準實施評估》，該項目的目標之一是掌握水泥行業減排的潛能，為下一版《水泥工業大氣污染物排放標準》的制定提供技術支撐。因此，水泥行業大氣污染物排放標準可能趨嚴。對此水泥行業需提前關注超凈排放的各項技術。一旦水泥行業標準趨嚴，水泥行業袋式除塵器只需從超凈排放濾袋、智能化清灰系統、氣流均布系統和事故排放預警及自處理技術四個關鍵技術著手，完全可以實現10mg/Nm3的超凈排放目標。