摘要：水泥行業(yè)通常包含三大磨機系統(tǒng)，即原料磨、煤磨、水泥磨，本文重點研究水泥行業(yè)三大磨機系統(tǒng)中粉塵治理的現(xiàn)狀，并著重介紹一種新型的治理技術——易清灰型折疊濾筒。通過對三大磨機系統(tǒng)粉塵特性進行充分的分析，對折疊濾筒的產品結構、應用技術進行研究，結合實際應用效果對該項新技術進行驗證，其研究成果對于解決水泥行業(yè)三大磨機系統(tǒng)粉塵污染問題及助力企業(yè)實現(xiàn)綠色環(huán)保、降本增效和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關鍵詞：原料磨 煤磨 水泥磨 折疊濾筒 易清灰 降本增效

0 引言

近年來，由于水泥產量大、工藝生產中粉塵濃度高等特征，水泥企業(yè)在污染物治理上面臨高污染、高能耗、高物耗三重挑戰(zhàn)。

目前國內新建的干法水泥生產線1113條，年設計熟料能力95859萬噸，其中5000t/d及以上的水泥生產線270條，占熟料總產能的45.27%，新型干法水泥所占比例已達到76.88%；而受監(jiān)測的熟料總產量僅占全國水泥熟料總量的2.91%和4.21%。^[1]隨著國家環(huán)境保護政策的不斷加強，對水泥行業(yè)的排放標準和環(huán)境監(jiān)管要求也越來越嚴格，為了響應國家環(huán)保政策的要求，水泥企業(yè)需要采取切實有效的環(huán)境污染治理措施，確保達標粉塵顆粒物排放＜10mg/m3及部分重點區(qū)域粉塵顆粒物排放＜5mg/m3的目標。

水泥行業(yè)的高排放不僅對環(huán)境造成嚴重污染，還造成物料、成品的極大流失；在當前全球倡導綠色、低碳和可持續(xù)發(fā)展的背景下，本文旨在探討并提出新的解決方案，通過易清灰型折疊濾筒技術有效解決水泥企業(yè)所面臨的高污染、高能耗、高物耗問題，通過實際應用證明易清灰型折疊濾筒技術的切實可行，為行業(yè)提供一定的學術研究和推廣應用價值。

1 水泥行業(yè)三大磨機系統(tǒng)粉塵治理的現(xiàn)狀

1.1 粉塵特性

水泥是一種常用的建筑材料，其主要成分包括硅酸鹽、石灰、鋁酸鹽和少量的鐵酸鹽。

在水泥三大磨機系統(tǒng)工藝生產過程中通常具有以下特性：

（1）粉塵濃度高：通常在幾十至數(shù)百克/立方米的范圍內。具體的粉塵濃度取決于工藝參數(shù)、設備狀況和操作方式。

（2）粉塵粒徑?。何锪涎心ミ^程中，會產生大量細微顆粒粉塵，粒徑在1至10μm之間。

（3）懸浮性：研磨后的粉塵具有較強的懸浮性，能夠長時間停留并擴散。懸浮的粉塵顆粒物通過空氣流動在工廠周圍的環(huán)境中擴散，增加了粉塵在周邊地區(qū)傳播的可能性。

（4）易爆性：原煤在研磨過程中易產生靜電，如不加以措施進行有效防治，存在煤粉爆炸等風險隱患。

（5）危害性：粉塵中的細小顆粒物具有較大的比表面積和活性，易被呼吸系統(tǒng)吸入，對呼吸道和肺部健康造成潛在危害。^[2]長期暴露在水泥粉塵環(huán)境中的工人，呼吸道受到刺激容易出現(xiàn)咳嗽和呼吸困難等癥狀，面臨著較大的健康風險。

1.2 治理技術現(xiàn)狀

目前，水泥三大磨機系統(tǒng)通常采用袋式收塵器，是一種常見的粉塵治理設備，然而，以現(xiàn)有袋式收塵器配置要實現(xiàn)超低排放或超凈排放要求存在較大的局限性，通常存在以下三大問題：

（1）高污染：現(xiàn)有水泥行業(yè)配置的袋式收塵器大部分按照GB 4915-2013國家標準進行設計和建造，粉塵顆粒物排放僅要求＜30mg/m3及部分重點區(qū)域＜20mg/m3；隨著環(huán)保污染日益嚴重，眾多省份出臺了地方性的水泥工業(yè)大氣污染物排放標準，如河南、河北、四川、江蘇、寧夏等，中國水泥協(xié)會的團體標準T/CCAS022-2022也于2022年7月20日開始實施，以上最新的環(huán)保政策要求的粉塵顆粒物排放＜10mg/m3及部分重點區(qū)域＜5mg/m3，水泥行業(yè)現(xiàn)有的環(huán)保治理已不滿足最新的環(huán)保政策要求。

（2）高能耗：袋式收塵器的運行阻力較高，需要消耗較大電耗來維持正常運轉。

（3）高物耗：袋式收塵器的過濾耗材使用壽命較短，需要頻繁更換濾袋，增加人工檢修維護工作量。

在較短的時間內、以最小的投入即可達到實現(xiàn)污染有效治理，達標環(huán)保政策要求，又可解決高能耗、高物耗問題，是目前所有水泥企業(yè)迫切需求。^[3]

2 易清灰型折疊濾筒

為了解決目前水泥行業(yè)磨機系統(tǒng)粉塵治理的難題，易清灰型折疊濾筒技術應運而生。

易清灰型折疊濾筒技術的過濾材料、濾筒結構和清灰性能等方面相對于傳統(tǒng)布袋或常規(guī)濾筒均有較大的優(yōu)化和提升。

濾料作為過濾元件的核心部件，需要在單位時間內通過足夠的氣量，確保額定的塵氣量經過濾料的過濾處理，同時要降低氣體通過過濾材料的阻力，以降低除塵系統(tǒng)的能耗。因此，在確保濾料過濾效率的同時，應提高其透氣性。

在濾筒結構方面，在保證濾筒產品的強度、密封等基礎性能的同時，還需提高濾筒的粉塵剝離率和清灰性能。因此，濾筒的折疊間距以及濾筒骨架的開孔率設計尤為重要。

  （1）高通高效低阻極濾?過濾材料

濾料是折疊濾筒中的關鍵組成部分，易清灰型折疊濾筒采用了極濾?濾料，相對于傳統(tǒng)濾料，極濾?濾料具有更大的透氣性，結合ePTFE（聚四氟乙烯）膜覆膜技術，將濾料的除塵機理從深層過濾轉變?yōu)楸砻孢^濾。通過復雜的雙向拉伸工藝，ePTFE膜經過膨化處理形成多層網狀結構，厚度約為10μm，平均孔徑僅有1μm。相比傳統(tǒng)的PTFE材料，這種微小孔隙更加精細，低于超細纖維濾料的孔徑1-2個數(shù)量級，極大地提高了濾料的粉塵攔截和過濾效果。

采用ePTFE覆膜技術的易清灰型折疊濾筒在顆粒攔截方面表現(xiàn)出色。對于大于等于0.5μm的顆粒，其攔截率可達99.95%。而對于大于等于1μm的顆粒，攔截率甚至達到100%。這使得該濾筒能夠高效地捕捉和過濾微小顆粒。^[4]

圖1 傳統(tǒng)濾料和極濾^?濾料對比示意圖

根據(jù)圖1可以清晰地觀察到，經過特殊覆膜結構設計的極濾過濾材料能夠有效控制更細微的粉塵，對容易穿透的細微粉塵具有更好的捕集效果。

圖2 極濾^?濾料與傳統(tǒng)濾料過濾效率對比

從上圖可見，極濾?濾料在PM1.0的粉塵顆粒物過濾方面實現(xiàn)了100%的過濾效率。

此外，極濾濾料具有出色的透氣性能。相較于傳統(tǒng)過濾材料，在保證過濾精度的前提下，極濾濾料的透氣性提高了30%。經過測試對比，與傳統(tǒng)過濾材料相比，極濾濾料的初始阻力降低了50%以上，從而顯著減少了除塵系統(tǒng)的運行阻力。

圖3 極濾濾料與傳統(tǒng)濾料透氣性對比

圖4 極濾濾料與傳統(tǒng)濾料初始阻力對比

（2）等間距易清灰結構設計

自2019年開始，廣州市華濾環(huán)保設備有限公司就將高效、低阻和長壽命作為折疊濾筒的三個關鍵指標。經過多年在過濾材料方面的研究，目前在高效過濾方面已相對成熟。然而，效率和阻力之間存在反比關系，因此在確保效率的同時降低運行阻力成為一個緊迫的問題。

華濾環(huán)保在濾筒結構方面進行了大膽的嘗試和創(chuàng)新，國內首創(chuàng)等間距熱熔綁帶技術，并在同濟大學通風實驗室研究的基礎上進一步在含塵除塵器中進行了測試和分析，優(yōu)化了折疊濾筒的折數(shù)、折深和過濾面積相對應的設計方案，經過中試測試，取得了良好的效果。

圖5等間距綁帶熱熔技術

針對不同行業(yè)的工況條件和粉塵狀況，華濾環(huán)保不斷完善設計參數(shù)，使得濾筒的粉塵清灰剝離率相對于傳統(tǒng)產品有了顯著提升。此外，在設計過程中針對不同通風量的要求，易清灰結構的濾筒運行阻力明顯低于同類型產品。

圖6 傳統(tǒng)布袋、傳統(tǒng)折疊濾筒和易清灰型折疊濾筒在不同風量下的運行阻力

圖7 傳統(tǒng)布袋、傳統(tǒng)折疊濾筒和易清灰型折疊濾筒每年能耗對比

通過對中試中掛筒進行實際測試，并與國內外市場上的傳統(tǒng)布袋、傳統(tǒng)折疊濾筒以及易清灰型折疊濾筒進行對比分析，易清灰型折疊濾筒的運行阻力明顯低于前兩種。

同時，結合實際耗電情況進行比較，易清灰型折疊濾筒相較于傳統(tǒng)折疊濾筒可節(jié)省約20%左右的能耗，而相較于傳統(tǒng)布袋，則可節(jié)省約50%左右的能耗。這表明易清灰型折疊濾筒在節(jié)能降耗方面具有明顯的優(yōu)勢。

（3）高開孔率骨架設計

為了進一步優(yōu)化清灰效果，華濾環(huán)保研發(fā)了一種具有高開孔率骨架的創(chuàng)新技術。這些技術采用了特殊的高分子材料，以確保骨架在不降低整體強度的情況下增大氣體通過量。

圖8 高開孔率骨架示意圖

高開孔率骨架的設計通過增加骨架的孔隙結構，有效減少了流體阻力，噴吹氣流能夠充分地穿過骨架，達到濾料內部，清灰效果明顯提升。相對于傳統(tǒng)布袋，易清灰型折疊濾筒清灰壓力可降低0.5~1bar，進一步降低了收塵系統(tǒng)的能耗。

此外，特殊的高分子材料具有出色的耐高溫、耐腐蝕和耐磨損性能，確保骨架在惡劣環(huán)境下的長期穩(wěn)定運行。

3 易清灰型折疊濾筒的應用效果

3.1 項目案例

為了響應國家對水泥行業(yè)粉塵顆粒物超低排放的環(huán)保政策，河北某水泥廠日產5000t/d熟料生產線配套水泥磨工段的袋式收塵器由于無法滿足環(huán)保要求，于2020年03月對2#水泥磨袋式收塵器進行了優(yōu)化升級改造，項目改造首次引入了易清灰型折疊濾筒技術，收塵器改造取得顯著成效。經過連續(xù)的運行和監(jiān)測，2#水泥磨收塵器迄今穩(wěn)定運行，顆粒污染物保持超低達標排放，收塵器進出口壓差明顯下降。

3.2 運行效果

采用易清灰型折疊濾筒替換傳統(tǒng)布袋后，粉塵顆粒物排放數(shù)值達標超低排放，收塵器運行阻力下降1000Pa以上。在產能保持不變的情況下，風機運行負荷降低了40%，電流下降了23%，風機效率提升明顯，能耗下降顯著。運行效果對比如表1。

表1 技改前后運行效果對比

（1）減污

易清灰型折疊濾筒專為處理高粉塵濃度塵氣而設計，特別適用于水泥三大磨機系統(tǒng)工況環(huán)境——水泥磨粉塵濃度高達800g/m3。高通高效低阻過濾材料極大地提高了收塵效率，確保達標超低排放。相比于傳統(tǒng)布袋，同規(guī)格尺寸的易清灰型折疊濾筒過濾面積是布袋的3~4倍，更大的過濾風速使得收塵器的過濾風速的大為下降，過濾風速的降低使得濾筒攔截、過濾細微粉塵更為有效，除塵效率更高。此外，對比長度為3m的布袋，易清灰型折疊濾筒長度為2m，收塵器具有更多的沉降空間，可減少濾筒表面粉塵附著量，減輕附著粉塵的穿透。減污效果如圖9所示。

圖9 改造前后每年粉塵排放量對比

易清灰型折疊濾筒減污效果顯著，還可以減少物料和成品水泥的損失和浪費。

（2）降耗

本項目利用易清灰型折疊濾筒升級改造后，收塵器運行阻力下降1000Pa以上，風機運行所需的能耗明顯降低，高效節(jié)能。易清灰結構設計使得清灰所需的壓縮空氣壓力更低，耗氣量更少，進一步降低了收塵器的整體能耗，創(chuàng)造了可觀的經濟效益。如圖10所示。

圖10 改造前后每年系統(tǒng)能耗費用對比

通過本案例改造的收塵器運行數(shù)據(jù)對比，充分驗證了易清灰型折疊濾筒的所取得的成效。收塵系統(tǒng)低阻力運行不僅提高了風機的效率，減少了能源消耗，還優(yōu)化了整個生產過程中的抽吸效果，實現(xiàn)了收塵系統(tǒng)的高效運行，進一步提升了生產效率。

4 結語

易清灰折疊濾筒技術的問世，徹底解決了水泥行業(yè)三大磨機收塵系統(tǒng)高污染、高能耗、高物耗的問題，通過使用易清灰型折疊濾筒替換傳統(tǒng)布袋對收塵器進行優(yōu)化升級改造，可實現(xiàn)收塵器零改造、不停產、改造時間短等優(yōu)勢，節(jié)能降碳效果顯著，獲得廣大客戶的肯定和好評，取得了環(huán)保達標和降本增效的雙重效益，為客戶實現(xiàn)綠色發(fā)展、提產增收發(fā)揮積極作用。

參考文獻

[1]楊海毅,周立峰,何陳.我國水泥工業(yè)大氣污染物排放與治理分析[J].資源節(jié)約與環(huán)保.2023.02.037.

[2]白元,李芹,張楠.水泥生產企業(yè)粉塵的危害及防治探討[J].四川水泥,2019(03):8.

[3]肖德才,邢建偉,岳文鋒.濾筒除塵器在水泥行業(yè)的應用及技術改進[J].水泥.2016.07.019.

[4]王錦.針刺優(yōu)氪迅濾筒技術及其在水泥粉磨系統(tǒng)的應用[J].新世紀水泥導報.2021.01.013.