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无机材料生产设备的应用与发展 —— 水泥烧成窑尾收尘设备
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随着《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）的实施，人们对新型干法水泥熟料生产线水泥窑尾使用电收尘器还是袋收尘器更加关注，在满足排放浓度≤50mg/Nm3的要求下，如何正确合理地选择窑尾收尘设备，做到既能满足环保要求又能产生更大的经济效益就显得尤为重要。本文以新型干法水泥熟料生产线为例，从一次性投资、维护费用和运行费用等几个方面对不同种类的窑尾收尘器进行了技术经济对比分析。
关键字：窑尾除尘设备 分类 技术 经济
一、前言
新型干法水泥生产线都将窑尾烟气用于原料烘干，同电收尘器一样，窑尾收尘系统包括了原料粉磨兼烘干设备的收尘。由于原料粉磨设备的生产能力大于窑的生产能力，所以窑尾袋收尘器也会经常工作在原料磨“停”和“开”两种工作状态，即所谓的“独立操作”和“联合操作”。窑尾烟气的特点是烟气温度高，粉尘粒径细，黏性大，含尘浓度高，粉尘比电阻高。对袋收尘器来说，比电阻不是问题，重要的是温度和湿度。一旦烟气温度超过滤料允许的正常使用值，轻则会缩短滤料寿命，重则会使滤料很快损坏，而袋收尘器的维护费用中滤料占了很大的比例。湿度大会增加粉尘的黏性而使清灰困难，轻则使滤料阻力上升，影响通风量，增加运行能耗，重则会使滤料失效而报废。
窑尾烟气温度一般为 350℃左右，应用袋收尘器时要进行降温，降温可以采用增湿塔、渗冷风和热交换器三种方法中的任何一种，只要方便控制，运行可靠，综合投资和运行成本低就行。在大多数情况下采用增湿塔比较合适，喷水量也不必要设计得如同用电收尘器那么大，在联合操作时还可以对温度进行调节。如采用冷却器，因窑尾粉尘粒径细、黏性大，要特别注意冷却管内壁的结垢，否则会影响降温效果。如采用渗冷风的方法，则应考虑渗冷风后增加的风量对袋收尘器和窑尾通风量的影响。窑尾烟气温度一般应降到滤料允许的正常工作温度以下 30℃～50℃，尽量不要工作在滤料允许的工作温度上限处，更不能工作在滤料的最高工作温度上。温度也不能降得很低，一则会增加运行能耗，而且温度低了还会造成糊袋，增加清灰难度，尤其在联合操作时更要注意[1]。
二、收尘设备的分类
1.重力收尘器 沉降室是这种收尘器的主要形式。当含尘气体进人沉降室后，气体速度变慢，粉尘颗粒由于自身的重力沉落在沉降室的底部，周期地或连续地被卸出。这种收尘设备压力损失小，但收尘效率低，可用作收集较大粉尘颗粒的第一级收尘(预收尘)，例如水泥厂的窑尾一般都设有沉降室。为了提高沉降室的收尘效率，可以装一些特殊的挡板，使气流改变几次方向，以降低气流速度。
2.离心力收尘器
这种收尘器利用含尘气体进人收尘器时所作的旋转运动而产生的离心力使气体和粉尘分开。净化后的气体由收尘器出风口排出，收集下来的粉尘经卸料处排出。离心力收尘器压力损失大，当净化粗粉尘颗粒(>50微米)时效率很高，可单独使用，而当收集含有细粒子的粉尘时可作预收尘用。这种收尘器有干式与湿式之分，干式的通称为旋风收尘器，湿式的主要形式是水膜收尘器。旋风收尘器根据在通风系统中的安装位置不同又分为压人式(即收尘器安装在通凤机之后)与吸出式(即收尘器安装在通风机之前)两种。
3.泡沫收尘器
作用原理是含尘气体由底部进人筒体，由于惯性力的作用，较粗大的颗粒落人筒底。当含尘气体通过多孔的筛板时与筛板上面的水接触，形成扰动较大的泡沫层，泡沫层就使含尘气体和液体的接触面大大地增加，借此达到气体水洛的目的。清洗气体的污水经收尘器底部的锥体排出。为防止清洗后的气体将水滴带到收尘器管道中，收尘器筒体的上部设有挡水板。
4.袋式收尘器
袋式收尘器是水泥厂广泛使用的高效率收尘设备，其作用原理是当含尘气体通过收尘器时，粉尘被滤袭阻留，净化后的气体由排风口排出，沉积在滤袋上的粉尘颗粒通过各种清灰方式使其沉降在集灰斗而被卸出。
5.颗粒层收尘器
它的作用原理是使含尘气体通过用普通物料(如石英、石灰石、矿渣等)颗粒组成的颗粒层时，由于碰撞、扩散，阻留及静电作用，使粉尘沉积于颗粒层表面和颗粒层之中。随着粉尘不断地积聚，捕集微细粉尘的效果愈好，但颗粒层阻力也随之增大。当阻力增大到一定值后，用反吹、搅动或振动等方式，将积聚于颗粒层表面及颗粒层之中的粉尘排人积灰斗进行回收，使颗粒层获得再生，阻力恢复原状。
颗粒层收尘器具有耐高温，耐腐蚀、收尘效率高、结构简单、维护方便等优点，是一种很有发展前途的新型高效率收尘器，少数水泥厂已在熟料破碎机及烘于机上使用，效果甚好。颗粒层收尘器的主要缺点是不能适应潮湿物料的收尘，因含尘气体湿度大时，会使颗粒层堵塞。
6.电收尘器
电收尘器的收尘过程是使气流中的粉尘颗粒荷电，然后在单向电场强力作用下使尘粒沉积于接地沉尘极的表面上。电收尘器具有收尘效率高、耐较高的温度、处理风量大、阻力小、维护简单等优点。其缺点是投资费用大、钢材耗用量大、要求有较高的操作水平。
电收尘器在水泥厂主要应用在回转窑与烘干机的收尘，也有应用在干法原料磨及水泥磨的[2]。
三、窑尾收尘装置的应用现状及发展趋势
由于世界各国对于居民区大气中粉尘允许浓度有不同的规定，所以各国水泥工业选用的收尘器也各有其特点。
水泥厂窑尾粉尘排放量约占排放总量的 1/3 以上，降低窑尾污染物的排放，对保护水泥厂的大气环境至关重要。目前窑尾收尘系统采用电收尘器的粉尘排放浓度，多数达 不到国家排放标准，其中因素很多，情况也很复杂，归纳起来，主要有以下几个方面：
（1）设计选型不当
有的设计者在选用电收尘器时，只是根据厂家产品样本中所标明的风量和截面积来确定电收尘器的规格，而不考虑烟气和粉尘的性质以及收尘极板总面积等主要因素。
（2）处理烟气量增大
现在不少水泥厂为了提高窑的产量，对原有的生产线进行了技术改造，如将湿法生产改为干法生产、改造现有的预热器、增设分解炉和扩大回转窑烧成带等。经技术改造后，相应风量也增大，而电收尘器的规格未相应扩大，致使收尘效率降低，粉尘排放浓度达不到国家排放标准。
（3）窑尾收尘系统发生变化
新型干法水泥生产线一般将窑尾烟气用于原料烘干，所谓的窑尾废气处理系统实际上是包括原料粉磨兼烘干设备的收尘系统。这一措施可一举两得，既烘干了物料，节约了能源，又对烟气进行了调质，降低了粉尘的比电阻。但是由于原料粉磨设备的生产能力大于窑的生产能力，因而窑尾电收尘器会经常工作在原料磨“停”和“开”两种工作状态，即所谓的“独立操作”和“联合操作”。但是近些年来，由于国家严格要求企业执行节能减排的政策，所以水泥行业大力推行低温发电技术，因此窑尾收尘系统相应有所变化，使得窑尾收尘系统更为复杂，给电收尘器的运行带来更多的不确定因素，这也是部分窑系统电收尘器不达标的主要原因之一。
水泥窑袋收尘器的发展，主要取决于滤料的发展，尤其是覆膜滤料的发展。随着覆膜技术的发展，产品价格的下降，玻璃纤维覆膜滤料将会在水泥窑袋收尘器上得到广泛地应用采用玻璃纤维覆膜滤料，过滤风速可由传统的0.5m/s、提高到0.8m/s，袋收尘器的体积会明显减小，阻力大幅降低通气量上升滤袋的寿命可提高到3年以上总造价将基本上与采用传统玻璃纤维滤料的袋收尘器接近。
玻纤针刺毡覆膜滤料将使得脉冲喷吹式的外滤式袋收尘器可以应用于水泥窑采用玻纤针刺毡覆膜滤料可使袋收尘器的过滤风速高达1~1.2m/s、袋收尘器体积更小，清灰强度高，通气量大，系统通风量稳定。
四、收尘设备最新研发实例
多年来，我们在收尘技术的研究开发方面取得了一系列成果，较好地解决了回转窑、冷却机，煤磨系统、水泥磨等主要生产环节的烟尘污染。通过引进、消化吸收德国鲁奇公司电收尘器技术和关国富乐公司的袋收尘技术，使得我们的收尘技术达到国际先进水平。
今后环保工作应从以下几方面着手完善：
(1)加快小型皮带机转运点收尘的研究。皮带机转运点由于地方狭窄，收尘器的体积和维护空问都受到一定限制，所以要求我们尽快提供一种小巧的收尘器，以满足生产的需要。
(2)进一步降低电收尘器的设备币，减少设备投资。十多年来，随着技术的不断进步，我们已经将2000 t/ d的配套电收尘器重量由840 t逐步降至410 t。今后通过进一步优化收尘器的设计，将现有的重量再下降15%~20%，以降低电收尘器的成本。
(3)采用新型滤料进一步提高袋收尘器性能。
目前PPDC气箱脉冲袋收尘器的滤袋，基本上配用涤纶针刺毡滤料。实验表明，这种滤料在烟气含尘浓度较低时使用效果较好，但在带O一Sepa选粉机的水泥磨系统中，烟气含尘浓度高，收尘器阻力大(有时高达3400Pa)，严重影响了磨机的产量，所以改进滤袋材质就显得十分重要。例如70年代初期，美国戈尔公司首创了覆以膨体聚四氟乙烯薄膜的滤料，90年代上海凌桥环保设备厂也研制成功了这种类型的滤料，由于聚四氟乙烯材质具有化学稳定性好，摩擦系数小，易形成光滑表面，可耐250一300℃高温等优点，制成的薄膜上微孔数目多且孔径小，使用覆以这种膜的滤料，可接近实现真正的表面过滤，因而可使滤尘效率提高到99.99%以上，粉尘几乎都被滤于表面，膜面光滑，粉尘剥离效率高，阻力低且稳定，能耗低，滤袋寿命长。收尘时可以选用较高的过滤风速，与相应的滤料基底相配合，可提高滤料的耐温、耐酸碱腐蚀、憎水等性能，增强滤料的适应性，扩大应用范围。
五、结语
水泥窑的粉尘排放量占水泥厂总粉尘排放量的7000，水泥窑用袋收尘器的研制开发成功，对改善水泥厂的环境面貌作出了贡献，应该大力推广，但与电收尘器相比，仍存在着体积大，阻力高的缺点，随着覆膜滤料的发展和普遍采用，这一缺点将逐渐被克服。
电收尘器电费是运行费用的主要部分。袋收尘器电费和维护费用是运行费用的主要部分。维护费用高，主要是因为滤袋和脉冲阀(特别是滤袋)使用寿命有限，更换成本高。当排放浓度要求≤50mg/Nm3时，窑尾在线脉喷袋收尘器比电收尘器设备一次性投资高4.12%，运行费用高30.41%。
参考文献
[1]新型干法水泥生产线上袋收尘器的合理选用,吴忠魁,中国水泥 2007.10 [2]水泥厂的收尘设备及其选型问题,干祖德,1994~2014 [3]袋收尘器在水泥窑上的应用,石 岚,中国建材装备，2000 [4]浅议水泥厂窑尾“电”改“袋”技术，李勇，王林，水泥技术，2013 [5]水泥工业除尘技术的现状与展望,林 宏,水泥技术 1997
