窑尾收尘器的应用与改造

1 前言
　　目前，在工业发达国家，干法旋窑新工艺系统中，袋收尘器的应用已十分普遍。我国广大环保工作者在这一领域也做出了大胆尝试，伴随着新型干法工艺大型化的发展步伐，与不同规格的新型干法窑相配套的袋式收尘器也已出现。在环保要求高的一些地区，有
　　些水泥厂已将电收尘器改为袋收尘器。随着设计水平的提高，新型高品质滤料的出现，零配件质量的不断提高，袋收尘器必将越来越多地应用于窑头、窑尾的废气治理中，将逐步取代电收尘器，本文将在总结自己多年来从事水泥工业烟尘治理应用研究工作以及实践经验的基础上，以云南盘江水泥厂1 200t/d干法生产线窑尾“电改袋”收尘实践为例，在对电收尘器与袋收尘器的优缺点进行了比较的同时，并对具体的改造方法与技术参数等进行详细的论述。
2 新型干法窑窑尾袋收尘器的应用契机
2.1 电收尘的技术局限性
　　我国电收尘器的技术水平，已经达到国际先进水平。在水泥行业，我国已能生产配套10 000t/d水泥熟料生产线超大型电收尘器，处理风量近200万m3/h。但是，电收尘器在收尘机理上却存在着很大的缺陷，直接制约了电收尘器的应用。
　　（1）电收尘器的收尘效率直接受粉尘比电阻制约，若要获得高收尘效率，能耗及初投资都将远高于袋收尘。有研究表明：当收尘效率超过99.5%以后，电收尘器电晕功率急剧增加（如表1），如果电收尘器效率在99.8%以下，其能耗低于袋收尘器，反之，效率超过99.8%时，其能耗高于袋收尘器。事实上，按照新标准，收尘效率往往达到99.9%以上，导致电收尘器的能耗及初投资成倍增加,这样会使电收尘器对袋收尘器的传统优势完全丧失。

　　（2）电收尘器对微细粒子处理能力有限。有专家研究表明：采用传统3电场、宽间距的高效电收尘器，除去粗颗粒较易，但对PM10及PM2.5的控制很差，电收尘器前后的PM10浓度降幅不大，而PM2.5浓度几乎没有下降。电收尘器电场数增多可提高对PM10和PM2.5的捕集率，但这会导致电收尘器投资、运行费用成倍增加。国家有关部门正在酝酿对《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）进行修订，控制PM10和PM2.5的排放，这也是袋收尘器能在干法旋窑上获得推广应用的重要契机。
2.2 袋收尘的技术优势
　　袋式收尘器具有高而稳定的收尘效率，收尘效率很容易达到99.9%以上。它可同时除去烟尘中的PM10和PM2.5，使烟尘中对人类健康危害最大的PM10和PM2.5降低到无害的程度。随着近年来的技术发展，影响袋收尘器应用的技术难题已得到解决，中国袋收尘技术与国外相比已经差距不大。
　　(1)完善的设计及生产体系已经形成。在袋收尘行业内起带头作用的一批科研设计：所和骨干企业已经成熟，整体工艺设计和结构设计水平大幅提高，制造、安装装备的能力大为加强，有足够能力开发出具有自主知识产权的新技术、新材料、新设备；形成了开发、制造、安装、调试一条龙服务的运作模式，能进行工程总承包。
　　(2)关键技术获得突破。制约袋收尘器应用的清灰技术、滤料技术、控制技术及本体结构技术均获得关键突破，为袋收尘器的应用提供了有力的保障。
　　(3)配套体系已经完备。滤料的品种与质量得到迅速发展提高，滤料除了传统的涤纶、玻纤等常用材料外，诺梅克斯、P84、PPS、聚四氟乙烯等高品质滤料也已广泛使用；机织布、针刺毡布等织法滤料可满足不同的工艺要求；滤布处理有压光、烧毛处理、防油防水处理、表面覆膜处理等等，为改善滤布品质也有多种化学处理配方。其他配件，如脉冲阀、控制器、袋笼等，品种齐全，性能、品质都达到很高水平。另外，进口渠道畅通。行业内已经形成了完整的高水平的配套体系。
3 新型干法窑窑尾袋收尘器的设计要点
3.1 新型干法窑窑尾烟气特点
　　窑况正常时，从窑尾出来的废气温度达350度左右,窑况异常时，从窑尾出来的废气温度会更高；粉尘含尘浓度高，一般在80--100g/Nm3波动；粉尘中含有大量高温分解成分，细粉多，20--30um以下颗粒占50%以上；由于冷却方式的不同，出冷却器的烟气水分含量会有很大不同，烟气露点温度也因冷却方式不同而变化。
3.2 袋收尘器冷却方式的确定
　　新型干法窑窑尾废气必须先进行冷却，才能进入袋收尘器处理。目前，冷却方式有以下几种：（1）增湿塔或烟道直接喷水冷却，这种冷却方式在窑磨联合系统中使用普遍，冷却效果明显，效果稳定。使用这种冷却方式，须充分考虑到喷水后引起烟气量的增加，并要防止过度喷水引起结露糊袋。（2）风冷却器冷却。有自然风冷却器和强制吹风冷却器之分，冷却效率低，效果不稳定，常常需掺入冷风应急。风冷却器钢耗高，强制吹风冷却器除冷却风扇耗电严重外，由于系统中串入风冷却器后，还会引起阻力大幅提高，导致主风机电耗增加。（3）掺冷风冷却。这是最直接有效的一种冷却方式，效果明显。有专家认为：掺冷风会导致废气量增加，从而增加电耗。笔者认为，电耗指标应综合评估，掺冷风虽然会导致废气量增加，但由于系统管网简单，阻力低，综合电耗比风冷却器系统要低。
3.3 袋收尘器处理风量的确定
　　熟料烧成过程中产生的废气一般由四部分组成。即:(1)原料分解产生气体,(2)燃料燃烧产生气体,(3)水分蒸发产生气体,(4)系统漏入的气体。以生产普通硅酸盐水泥熟料为例，各部分气体的量分析如下:
3.3.1 原料分解产生的气体
　　设定水泥的熟料成分不变，因其是化学反应过程，其产生的气体量不因窑形而变化，原料的种类虽有影响，但差别不大。一般生产每吨熟料约需1.54t原料（包括煤灰），分解出290Nm3左右气体。
3.3.2 燃料燃烧产生的气体煅烧水泥使用煤作燃料，根据固体燃料燃烧气体量简便计算法：完全燃烧时烟气量为：
　　V1=（Z-1）（1.01Q^YDW /4187+0.5）+0.89Q^YDW /4187+1.65
　　其中Z为空气过剩系数，取Z=1.15
　　设燃料发热量为5 500×4.187kJ的煤1kg产生的气体量为：
　　V1=（1.15-1）（1.01×5500×4.187/4187+0.5）+0.89×5500×4.187/4 187+1.65=7.453Nm3
　　即烧煤每发出4187kJ（1000kCal）热量，随之产生气体7.453/5.5=1.355Nm3
3.3.3 水分蒸发产生的气体
　　每蒸发1kg水产生的蒸汽量为：
　　V2=1×22.4/18=1.244Nm3
3.3.4 漏入的空气量
　　漏入的空气量通常以前三项相加后乘一个漏风系数K表示。K的数值随设备不同而不同。
3.3.5 上述4项中，第（1）项和窑型无关，第（2）、（4）项和窑型密切相关，第（3）项和烟气冷却方式密切相关。
3.4 袋收尘器清灰方式的确定
　　清灰效果的好坏，直接决定了袋收尘器能否长期稳定运行。反吹风式清灰和低压型喷吹式清灰均可采用，目前也都有成功应用的实例。反吹风类清灰属低效清灰，允许采用低过滤风速的滤料，因此设备体积庞大，总投资高；在生产能力超过3 000t/d的系统上，缺陷明显，不宜采用。低压型喷吹式清灰有在线和离线清灰两种。离线型喷吹清灰技术已经成熟，成功应用的实例也相当多，如何降低结构阻力及分风均匀性是采用这种清灰技术要关注的问题。在线型喷吹清灰是大型袋收尘器清灰技术的发展方向，这种收尘器结构阻力低，在超大烟气量场合优势明显，特别适合大型干法窑系统，在野电改袋冶系统中也很实用。
3.5 袋收尘器滤料种类的确定
　　新型干法窑窑尾收尘选用的滤料，必须满足耐高温、耐化学腐蚀、疏水易清灰等特点，玻纤系列滤料使用较普遍。反吹风清灰类收尘器多采用玻纤织布或玻纤膨体纱类滤料，它们具有低价优势。行喷吹清灰类收尘器，采用FMS系列耐高温针刺毡滤料较多。FMS耐高温针刺毡滤料是由两种以上耐高温纤维混合及层状复合而成，具有耐高温、高强度、抗酸碱腐蚀、耐磨、抗折等特点，经过不同的表面化学处理与后整理技术，还具有易清灰，拒水防油、防静电等功能；并有适合150~200益、200~250益、250~300益等不同温度段的系列化产品。FMS滤料与玻璃纤维滤料相比，其耐磨性、抗折性及剥离强度有明显提高，可承担高过滤负荷。过滤速度可达到1.5m/min以上或更高，运行阻力低。与合成化纤耐高温滤料相比，克服了化纤滤料伸长率大、变形大、耐高温低、耐腐蚀性差的弱点；尺寸稳定性、强度更好，并且价格低于其他耐高温化学纤维。是适合我国国情的新产品。国外有不少厂家使用P84滤料，P84滤料耐温性、抗化学性、清灰效果都很优良，使用效果令人满意，但价格昂贵，很多使用厂家不能承受。综合比较起来，FMS系列耐高温针刺毡滤料较适合中国国情。
4 应用实例
　　云南盘江水泥厂1 200t/d新型干法生产线，窑尾收尘原设计采用电收尘器，由于电收尘器收尘效率较低，已不能满足新标准的排放要求，因此，我们在项目实施过程中改为袋式收尘器。现场的实际情况是：土建工程已经完工，整个工艺流程不能变动；电收尘器基础也已经建成，不能拆除。野电改袋冶的实质是在原烧成-废气处理系统中，用袋收尘器取代原CDW105卧式电收尘器。
4.1 原烧成-废气处理系统配置(见表2)

4.2 袋收尘器入口烟气特性(见表3)

　　由于本系统为窑、磨联合系统，生料磨开、停对袋收尘器入口烟气特性有较大影响，生料磨开机时，烟气温度150益，含尘浓度160g/m3；生料磨停机时，烟气温度180益，含尘浓度80g/m3。4.3 袋收尘器技术参数本方案采用低压长袋脉冲收尘器，由于要迁就原电收尘器基础尺寸，袋收尘器进行了非标型变型设计，收尘器型号为LCM（96+80）-2×（9+2）。技术参数如表4所示。

4.4 袋收尘器设计说明
　　（1）袋收尘器占地面积：长×宽=15000mm×11000mm，与原电收尘器基础尺寸吻合。
　　（2）袋收尘器最大处理风量可达到360 000m3/h,实际使用中收尘器过滤风速长期低于1.0m/min, 对降低收尘器阻力及提高滤袋寿命十分有利。
　　（3）滤袋选用新型氟美斯（FMS9806）耐高温针刺毡滤料，耐温可达260益，在低过滤风速下运行，寿命可达2年以上。
　　（4）由于厂家要求，脉冲阀选用ASCO 2英寸直角阀，该阀自身阻力较高，在条件许可的情况下，建议改用淹没式脉冲阀。
4.5 袋收尘系统工艺流程(见图)

4.6 配套设备参数调整
　　电收尘器改为袋收尘器以后，系统工艺参数进行了相应调整，如表5所示。

5 结束语
　　随着袋式收尘技术的不断进步，袋式收尘器已广泛用于水泥生产工艺中的每一个环节，其完全能够达到国家规定的排放要求。为了使水泥工业成为可持续发展的行业，必须通过新型工业化的道路，采用成熟的先进科学技术，降低能源消耗，提高水泥质量，降低
对环境的污染。随着全球经济一体化的趋势，我们可以用自身技术、产品质量和劳动力价格低的优势与国外企业一争高低，开拓和占领更多的国际市场。
摘自《中国水泥》