1 水泥工業(yè)除塵技術的發(fā)展

1.1 靜電除塵器( ESP) 和袋式除塵器

　　自1906年靜電除塵器(ESP) 第一次被應用于工業(yè)以來, 靜電除塵器已發(fā)展成為一種公認的高效除塵裝置, 其效率可達到99%甚至更高。而我國電除塵器的技術水平, 已經(jīng)達到國際先進水平。在水泥行業(yè), 我國已能生產(chǎn)配套10 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線超大型電除塵器, 處理風量近200萬m3/h。但是電除塵器在收塵機理上卻存在著很大的缺陷, 直接制約了電除塵器的應用:

　　( 1) 電除塵器的收塵效率直接受粉塵比電阻制約, 若要獲得高收塵效率, 能耗及初投資都將遠高于袋收塵。

　　( 2) 電除塵器對微細粒子處理能力有限。ESP對人體健康危害最大的0.1~2μm的塵粒的除塵效率較差。由于ESP的使用限制, 目前世界上高效除塵技術越來越傾向于使用袋式除塵。袋除塵器的主要特點是運行穩(wěn)定, 適應性強, 其收塵效率很少受到處理風量變化, 可過濾亞微米級的粉塵顆粒; 氣體和粉塵性質不同的影響。所以水泥廠的塵源點, 絕大部分采用袋除塵器, 當然這還有一些其他原因:

　　不受CO濃度影響———由于電除塵器內的放電,會造成一氧化碳爆炸。在除塵器內要安裝防爆裝置,當CO含量超過一定值時, 防爆裝置就會自動切斷電源, 使高濃度含塵氣體直接排入大氣。而袋除塵器則沒有放電問題, 即使在高CO條件下亦能連續(xù)運行。

　　便于維修———由于袋除塵器具有很多室, 所以可關閉一個室并在隔離的情況下進行維修, 而對工藝過程影響很小。電除塵器一般不設計成獨立的室。

　　不會因“停磨”而排放超標———通常全部窯廢氣在進入除塵器之前先通過生料磨, 當停磨時, 窯廢氣直接進入除塵器, 此時廢氣溫度、粉塵特性和廢氣水分都會發(fā)生變化。這種變化常會造成電除塵器較高的粉塵排放, 直至工藝穩(wěn)定為止。

　　不需設置噴水系統(tǒng)和消耗水———通常氣體中的水分對袋除塵器并非關鍵, 而對電除塵器卻極為重要, 為此, 袋除塵器不需要噴水系統(tǒng)的投資和操作成本。

　　在后期需要降低排放時有更多的選擇———袋除塵器具有采用新開發(fā)濾袋的優(yōu)點, 不需要改造除塵器的基本構造。

　　隨著袋除塵器技術的進步, 特別是新型濾料的涌現(xiàn), 使袋除塵器的應用范圍更為廣泛。目前, 生產(chǎn)中應用最廣, 市場占有率最高的大型袋式除塵器是反吹風大布袋除塵器和脈沖噴吹除塵器。

1.2 深層過濾和表面過濾

　　袋式除塵器的除塵效率高也是和濾料分不開的,濾料性能和質量的好壞, 直接關系到袋式除塵器的好壞和使用壽命的長短。它的性能和質量也促進袋式除塵技術進步, 影響其應用范圍和使用壽命。

　　國內目前的袋式除塵器相當大的一部分采用針刺氈材料等普通濾料, 屬于“深層過濾”。最初接觸濾料的粉塵將會滯留在濾料表面, 形成一層“初次濾餅”使濾料孔隙減少而提高過濾效率?！吧顚舆^濾”就是利用這層“初次濾餅”層以實現(xiàn)有效的粉塵過濾/捕集的過程。隨著過濾的進行, 粉塵會順氣流壓力不斷滲入濾料, 導致運行阻力不斷上升, 系統(tǒng)處理風量下降, 能耗增加, 并使濾袋工作壽命大大縮短。另外, 由于“初次粉餅”的存在, 在處理含濕量大的氣體時, 濾料容易“板結”而過早失效。

　　由美國戈爾公司(W.L.Gore&AssociatesInc.) 于1975年首先發(fā)明和生產(chǎn)的Gore!薄膜濾料是迄今為止最完美的解決了過濾效率和清灰性能矛盾的一種濾料, 該濾料的過濾表面復合了一層用“膨體”專利技術制成的多微孔、極光滑的膨體聚四氟乙烯( ePTFE)薄膜。由于膨體聚四氟乙烯( ePTFE) 薄膜的纖維組織極為細密, 結果使含塵氣體經(jīng)過濾料后的粉塵排放量接近于零; 由于膨體聚四氟乙烯( ePTFE) 薄膜本身具有不粘灰、憎水和化學性能穩(wěn)定等特點, 使薄膜濾料具有了極佳的清灰性能, 結果使過濾阻力始終能保持在很低的水平, 使處理氣流量始終保持在較高的水平, 從而實現(xiàn)袋式除塵器的“表面過濾”。

　　表面過濾的性能特點:

　?。?）運行阻力低, 處理氣流量大。

　　使用Gore!薄膜濾料氣流量通?？稍黾?0%以上, 從而可大大提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率; 過濾可比普通濾料提高1~3倍, 從而可使除塵器體積減小, 除塵器初投資成本減少; 同時降低了系統(tǒng)的風機動力和壓縮空氣消耗, 減少系統(tǒng)的運行費用。

　　(2)清灰性能好

　　能達到世界上最嚴格的粉塵排放標準; 近于零的排放使空氣再循環(huán)設備的成本大大降低, 并節(jié)省了大量能源。同時ePTFE薄膜提供了極佳的濾餅剝離性和清灰性能。

　　(3)濾袋的使用壽命長

　　由于清灰效果好、清灰周期長、清灰強度較低, 減輕了濾料的磨損, 使濾袋的使用壽命大大延長。

2 水泥生產(chǎn)工序中的除塵新趨勢

2.1 回轉窯窯尾除塵系統(tǒng)

　　近來的趨勢是把老化的電除塵器( ESP) , 部分地或全部地改成袋式除塵器(脈沖型和/或反吹風型)。以前, 袋式除塵器不受歡迎是因為所用濾料不令人滿意, 濾袋壓降大, 造成“瓶頸”現(xiàn)象, 使系統(tǒng)的風量大大減少; 此外, 還有濾袋壽命短, 換袋費用大的問題, 所以很少被選用。

　　然而在使用Gore!表面過濾濾袋后, 盡管通過的氣流很潮濕而且含塵量大, 但袋內外壓差相當?shù)? 只有490~1 176Pa, 而且濾袋壽命可達到4年以上。這樣一來, 除塵器選擇就傾向于袋式除塵器, 而不是ESP了。Gore!濾袋允許的過濾速度高, 因此除塵器體積可大大縮小, 造價比ESP還便宜30%~50%。

2.2 原料磨和煤磨收塵系統(tǒng)

　　在粉碎工序中, 作為預粉碎的輥碾機已成為主流設備。大多數(shù)工廠已把球磨機換成立磨, 用作原料粉磨及煤粉磨設備。過去, 煤磨和水泥磨系統(tǒng), 常把袋式除塵器作為輔助設備, 如今則把袋除塵器作為系統(tǒng)主要收塵設備而使用(袋除塵器直接裝在磨機和選粉機之后, 取消了旋風器, 所以粉塵濃度急劇增加)。

　　在煤磨收塵系統(tǒng)中, 靜電排放時的火星會引發(fā)爆炸、大火、人員傷亡等, 并且造成高壓差而導致清灰困難。如今使用Gore!表面過濾能夠防止粉塵滲透防靜電底布, 從而減少過濾表面一次粉餅的堆積。這樣不僅可以達到高效過濾, 減少除塵器內粉塵數(shù)量, 而且可以提高生產(chǎn)能力, 降低爆炸的可能性。

2.3 水泥粉磨收塵系統(tǒng)

　　80年代初, 一些高效旋風選粉機(Cyclo- pol!及后來的O- Sepa!, Sepol!, Sepax!等), 受到廣大用戶青睞, 原因之一是它們可以靈活地適用于各種磨機, 而且效率不減。與此同時, 輥壓機也開始應用。

　　水泥廠用高效選粉機將磨好的水泥冷卻和分級, 就需要大型袋式除塵器做產(chǎn)品收集器。因此, 袋收塵成為生產(chǎn)工藝的整體組成部分, 而非輔助設備。這些袋除塵器用上Gore!薄膜濾袋, 進一步優(yōu)化生產(chǎn)過程并使運行穩(wěn)定; 濾袋可連續(xù)使用三年以上; 盡管入口粉塵濃度高達1000g/m3, 但袋壓降△P仍低于1 470Pa。

　　另外水泥廠采用的輔助措施也給袋收塵器帶來了一些問題:

　　a.在水泥中摻入鋼渣以提高質量。但磨碎鋼渣時,由于渣的水分會給除塵器帶來一些問題。

　　b.在水泥中填加飛灰和火山灰。這些物料的顆粒微細且形狀不規(guī)則, 使除塵器增加了負荷。而在使用了GORE!薄膜濾袋后, 可以克服與此有關的高阻力和高排放問題。

3 案例介紹

　　下面我們介紹一些由電除塵器改為袋除塵器, 以及覆膜濾料替換普通濾料而獲得成功的案例。案例一: 靜電除塵器( ESP) 改為袋式除塵器我們總結了國內外三種不同改造法, 提供大量資料, 以便讀者最終確定在改電除塵器( ESP) 時有所選擇。( 以下用ESP代表電除塵器)

　　(1)系統(tǒng)A: 該廠有一臺老ESP, 想用反吹風型袋式除塵器取代它。因為允許停產(chǎn)時間短, 廠方選擇了保持ESP在線運行, 在不停產(chǎn)的情況下, 在旁邊新建一臺袋式除塵器。最后, 該廠停產(chǎn)20天, 為袋除塵器接好管道后恢復生產(chǎn)。

　　(2)系統(tǒng)B: 該廠窯和原料磨共用的ESP建在離地21~25m的高處, 因地方不夠, 要平行地再建一臺ESP是不可能的, 唯一解決辦法是在現(xiàn)有ESP殼體內安裝脈沖型袋式除塵器。該廠為此停產(chǎn)3周半。

　　(3) 系統(tǒng)C: 該廠一臺現(xiàn)有ESP建在離地15m的高處, 也和B系統(tǒng)一樣, 地方不夠用, 而且停產(chǎn)時間不允許超過3周。因此, 該廠決定在現(xiàn)有ESP后面建節(jié)省占地的脈沖型袋式除塵器。最后拆除ESP, 接好管道后恢復生產(chǎn)。上述3個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯總于表1。

　　補充分析:

　　(1)ESP的排風若能提供1470Pa以上的靜壓頭( 即吸力) 時, 不一定更換排風機。例如系統(tǒng)A的情況, 就可以使用原有的風機, 然而系統(tǒng)B與C, 原風機靜壓頭較低, 所以在改成袋式除塵器后, 必須換排風機。

　　(2)將ESP改成袋式除塵器, 在排放控制上有明顯的改善。從表1列舉各例的數(shù)據(jù)可見, 使用Gore!薄膜濾袋的袋式除塵器, 能達到小于10mg/Nm3的出口排放濃度。

　　(3)ESP對溫度、入口含塵濃度、濕度和其它因素都很敏感。這些因素的變化對ESP的排放濃度有很大影響。但是, 使用Gore!薄膜濾袋的袋式除塵器, 實際上卻不受這些天天都在變化的因素( 包括酸氣濃度) 的影響。

　　(4)對于ESP, 若CO濃度超過規(guī)定值, 就必須停止工作以防可能發(fā)生的爆炸, 而袋除塵器就不必為CO濃度而操心。

　　案例二: 覆膜濾料替換普通濾料

　　* 應用場合

　　山西水泥廠窯尾煙氣凈化除塵系統(tǒng)

　　* 原有問題

　　山西水泥廠2 000t/d新型干法超短窯(!3.962m, 長度42.672m)與LM32.40萊歇磨(每小時產(chǎn)量160t)共用一臺

　　BFRS型反吹風袋除塵器。在正式投產(chǎn)的1年內, 雖然系統(tǒng)產(chǎn)量只有每小時50t, 但原設計選用的國產(chǎn)玻纖濾袋已經(jīng)開始出現(xiàn)大量破損, 排放濃度嚴重超標。隨著窯系統(tǒng)產(chǎn)量的提高及系統(tǒng)風量的增加, 在生料磨與窯同時運行的工況下, 除塵器的壓差上升至1 800Pa; 而當磨停機窯單獨運行時, 除塵器的壓差很快達到極限報警值(2 750Pa),窯系統(tǒng)出現(xiàn)正壓, 嚴重影響了窯的正常生產(chǎn), 使用1年后濾袋全部破損, 除塵器已經(jīng)失去其除塵的作用。

　　* 解決辦法

　　由戈爾公司負責對除塵器進行了改造, 選用了具有“表面過濾”功能的Gore!薄膜濾袋。

　　* 使用結果

　　由于GORE!薄膜濾袋具有極佳的清灰和很好的透氣性能, 在水泥回轉窯除塵器維持原有的除塵能力不變的情況下, 換袋后該除塵器的濾袋過濾速度可由原設計的0.36提高到0.70m/min, 即濾袋數(shù)量可以減少50%左右。也就是說, 目前每一個分隔室內使用的138個普通濾袋可以減少, 現(xiàn)在只需安裝72個Gore!薄膜濾袋即可滿足要求。這樣也就節(jié)省了改造所需的投入成本。另外, 由于Gore!薄膜濾袋的抗潮濕能力強、清灰性能優(yōu)越, 清灰強度和清灰頻率可大大減少。這不但有利于濾袋壽命的大大提高, 過濾作業(yè)時間的增加, 而且也增加了設備運行的可靠性, 使設備停機時間和設備維修費用減少, 并大大減少工人的勞動強度。選用不同濾料的技術經(jīng)濟性能比較見表2。案例三: 覆膜濾料替換普通濾料

　　* 應用場合: 北京水泥廠水泥粉磨除塵器

　　* 原有問題

　　在使用國產(chǎn)滌綸針刺氈濾袋時, 水泥磨除塵器的阻力過大, 除塵器系統(tǒng)阻力平均高達~2 700Pa, 由此不能發(fā)揮現(xiàn)代化水泥粉磨系統(tǒng)的高效性能, 降低了水泥生產(chǎn)能力, 該除塵器系統(tǒng)阻力的設計使用范圍應為1 470~1 770Pa。而且濾袋壽命只能維持一年左右。

　　* 解決辦法

　　將原來的國產(chǎn)普通濾料替換為美國戈爾公司生產(chǎn)的Gore!薄膜濾袋

　　* 使用結果

　　安裝Gore!薄膜濾袋后的水泥噸平均耗電量較以前下降了約2.92kWh, 當年的電費節(jié)約: 648 386( 水泥產(chǎn)量) X2.92 X0.43( 電價) =814 113元; 同時水泥磨除塵器的系統(tǒng)阻力由~2 700Pa 下降到~1600Pa; 水泥臺時產(chǎn)量提高約15%。

　　對水泥磨除塵器的系統(tǒng)風量及粉塵排放量進行了測量, 結果實測系統(tǒng)風量為169 000m3/h,比原設計值134 600m3/h提高了約26%; 風機出口的粉塵排放量為4.35mg/Nm3。

　　該批濾袋實際使用壽命超過3年, 所以Gore!薄膜濾袋的使用壽命與普通濾料相比, 可以提高三倍以上,水泥磨除塵器在使用Gore!薄膜濾袋后, 當年收回投資成本且略有余, 遠遠提前于原來三年收回成本的預計。

4 結論

　　1)除塵設備已不僅僅是輔助設備, 它和有關的水泥窯、水泥磨、煤磨一樣, 是整個生產(chǎn)工藝的組成部分, 這就要求有更為可靠的過濾技術。

　　2)水泥工業(yè)中的大部分工序, 其除塵技術將是由靜電除塵傾向到袋式除塵。

　　3)代表過濾技術進步的“表面過濾技術”, 與水泥工業(yè)現(xiàn)代化步伐并駕齊驅。

　　4)ePTFE薄膜濾袋已在所有主要水泥生產(chǎn)工序中, 用得很成功, 它有能效幫助工廠管理人員實行更好的成本管理。Gore!濾袋能長期在低△P范圍內運行, 而且壽命更長, 加上允許過濾速度較高, 所以設備尺寸較小。這些都十分適合水泥工業(yè)的現(xiàn)況。