1 水泥工業(yè)除塵技術(shù)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(yīng)用于工業(yè)以來(lái), 靜電除塵器已發(fā)展成為一種公認(rèn)的高效除塵裝置, 其效率可達(dá)到99%甚至更高。而我國(guó)電除塵器的技術(shù)水平, 已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在水泥行業(yè), 我國(guó)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(fēng)量近200萬(wàn)m3/h。但是電除塵器在收塵機(jī)理上卻存在著很大的缺陷, 直接制約了電除塵器的應(yīng)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(yuǎn)高于袋收塵。

　　( 2) 電除塵器對(duì)微細(xì)粒子處理能力有限。ESP對(duì)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(shù)越來(lái)越傾向于使用袋式除塵。袋除塵器的主要特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定, 適應(yīng)性強(qiáng), 其收塵效率很少受到處理風(fēng)量變化, 可過(guò)濾亞微米級(jí)的粉塵顆粒; 氣體和粉塵性質(zhì)不同的影響。所以水泥廠的塵源點(diǎn), 絕大部分采用袋除塵器, 當(dāng)然這還有一些其他原因:不受CO濃度影響———由于電除塵器內(nèi)的放電,會(huì)造成一氧化碳爆炸。在除塵器內(nèi)要安裝防爆裝置,當(dāng)CO含量超過(guò)一定值時(shí), 防爆裝置就會(huì)自動(dòng)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(méi)有放電問(wèn)題, 即使在高CO條件下亦能連續(xù)運(yùn)行。

　　便于維修———由于袋除塵器具有很多室, 所以可關(guān)閉一個(gè)室并在隔離的情況下進(jìn)行維修, 而對(duì)工藝過(guò)程影響很小。電除塵器一般不設(shè)計(jì)成獨(dú)立的室。不會(huì)因“停磨”而排放超標(biāo)———通常全部窯廢氣在進(jìn)入除塵器之前先通過(guò)生料磨, 當(dāng)停磨時(shí), 窯廢氣直接進(jìn)入除塵器, 此時(shí)廢氣溫度、粉塵特性和廢氣水分都會(huì)發(fā)生變化。這種變化常會(huì)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(shè)置噴水系統(tǒng)和消耗水———通常氣體中的水分對(duì)袋除塵器并非關(guān)鍵, 而對(duì)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(shí)有更多的選擇———袋除塵器具有采用新開(kāi)發(fā)濾袋的優(yōu)點(diǎn), 不需要改造除塵器的基本構(gòu)造。

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

1.2 深層過(guò)濾和表面過(guò)濾

　　袋式除塵器的除塵效率高也是和濾料分不開(kāi)的,濾料性能和質(zhì)量的好壞, 直接關(guān)系到袋式除塵器的好壞和使用壽命的長(zhǎng)短。它的性能和質(zhì)量也促進(jìn)袋式除塵技術(shù)進(jìn)步, 影響其應(yīng)用范圍和使用壽命。

　　國(guó)內(nèi)目前的袋式除塵器相當(dāng)大的一部分采用針刺氈材料等普通濾料, 屬于“深層過(guò)濾”。最初接觸濾料的粉塵將會(huì)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(guò)濾效率?！吧顚舆^(guò)濾”就是利用這層“初次濾餅”層以實(shí)現(xiàn)有效的粉塵過(guò)濾/捕集的過(guò)程。隨著過(guò)濾的進(jìn)行, 粉塵會(huì)順氣流壓力不斷滲入濾料, 導(dǎo)致運(yùn)行阻力不斷上升, 系統(tǒng)處理風(fēng)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(shí), 濾料容易“板結(jié)”而過(guò)早失效。

　　由美國(guó)戈?duì)柟?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(guò)濾效率和清灰性能矛盾的一種濾料, 該濾料的過(guò)濾表面復(fù)合了一層用“膨體”專利技術(shù)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(xì)密, 結(jié)果使含塵氣體經(jīng)過(guò)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(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn), 使薄膜濾料具有了極佳的清灰性能, 結(jié)果使過(guò)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(shí)現(xiàn)袋式除塵器的“表面過(guò)濾”。

表面過(guò)濾的性能特點(diǎn):

　　(1)運(yùn)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(guò)濾風(fēng)速可比普通濾料提高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(shí)降低了系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)動(dòng)力和壓縮空氣消耗, 減少系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。

　　(2)清灰性能好

　　能達(dá)到世界上最嚴(yán)格的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn); 近于零的排放使空氣再循環(huán)設(shè)備的成本大大降低, 并節(jié)省了大量能源。同時(shí)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(zhǎng)

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

2 水泥生產(chǎn)工序中的除塵新趨勢(shì)

2.1 回轉(zhuǎn)窯窯尾除塵系統(tǒng)

　　近來(lái)的趨勢(shì)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(fēng)型)。以前, 袋式除塵器不受歡迎是因?yàn)樗脼V料不令人滿意, 濾袋壓降大, 造成“瓶頸”現(xiàn)象, 使系統(tǒng)的風(fēng)量大大減少; 此外, 還有濾袋壽命短, 換袋費(fèi)用大的問(wèn)題, 所以很少被選用。

　　然而在使用Gore!表面過(guò)濾濾袋后, 盡管通過(guò)的氣流很潮濕而且含塵量大, 但袋內(nèi)外壓差相當(dāng)?shù)? 只有490~1 176Pa, 而且濾袋壽命可達(dá)到4年以上。這樣一來(lái), 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(guò)濾速度高, 因此除塵器體積可大大縮小, 造價(jià)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(yù)粉碎的輥碾機(jī)已成為主流設(shè)備。大多數(shù)工廠已把球磨機(jī)換成立磨, 用作原料粉磨及煤粉磨設(shè)備。過(guò)去, 煤磨和水泥磨系統(tǒng), 常把袋式除塵器作為輔助設(shè)備, 如今則把袋除塵器作為系統(tǒng)主要收塵設(shè)備而使用(袋除塵器直接裝在磨機(jī)和選粉機(jī)之后, 取消了旋風(fēng)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(shí)的火星會(huì)引發(fā)爆炸、大火、人員傷亡等, 并且造成高壓差而導(dǎo)致清灰困難。如今使用Gore!表面過(guò)濾能夠防止粉塵滲透防靜電底布, 從而減少過(guò)濾表面一次粉餅的堆積。這樣不僅可以達(dá)到高效過(guò)濾, 減少除塵器內(nèi)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(fēng)選粉機(jī)(Cyclo- pol!及后來(lái)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(jī), 而且效率不減。與此同時(shí), 輥壓機(jī)也開(kāi)始應(yīng)用。

　　水泥廠用高效選粉機(jī)將磨好的水泥冷卻和分級(jí), 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(shè)備。這些袋除塵器用上Gore!薄膜濾袋, 進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程并使運(yùn)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(dá)1 000g/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(lái)了一些問(wèn)題:

　　a.在水泥中摻入鋼渣以提高質(zhì)量。但磨碎鋼渣時(shí),由于渣的水分會(huì)給除塵器帶來(lái)一些問(wèn)題。

　　b.在水泥中填加飛灰和火山灰。這些物料的顆粒微細(xì)且形狀不規(guī)則, 使除塵器增加了負(fù)荷。而在使用了GORE!薄膜濾袋后, 可以克服與此有關(guān)的高阻力和高排放問(wèn)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(jié)了國(guó)內(nèi)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(shí)有所選擇。( 以下用ESP代表電除塵器)

　　(1)系統(tǒng)A: 該廠有一臺(tái)老ESP, 想用反吹風(fēng)型袋式除塵器取代它。因?yàn)樵试S停產(chǎn)時(shí)間短, 廠方選擇了保持ESP在線運(yùn)行, 在不停產(chǎn)的情況下, 在旁邊新建一臺(tái)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(fù)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(tái)ESP是不可能的, 唯一解決辦法是在現(xiàn)有ESP殼體內(nèi)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(tái)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(shí)間不允許超過(guò)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(fù)生產(chǎn)。

上述3個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯總于表1。補(bǔ)充分析:

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

　　(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(jiàn), 使用Gore!薄膜濾袋的袋式除塵器, 能達(dá)到小于10mg/Nm3的出口排放濃度。

　　(3)ESP對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)于ESP, 若CO濃度超過(guò)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(yīng)用場(chǎng)合

　　山西水泥廠窯尾煙氣凈化除塵系統(tǒng)

* 原有問(wèn)題

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

　　BFRS型反吹風(fēng)袋除塵器。在正式投產(chǎn)的1年內(nèi), 雖然系統(tǒng)產(chǎn)量只有每小時(shí)50t, 但原設(shè)計(jì)選用的國(guó)產(chǎn)玻纖濾袋已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)大量破損, 排放濃度嚴(yán)重超標(biāo)。隨著窯系統(tǒng)產(chǎn)量的提高及系統(tǒng)風(fēng)量的增加, 在生料磨與窯同時(shí)運(yùn)行的工況下, 除塵器的壓差上升至1 800Pa; 而當(dāng)磨停機(jī)窯單獨(dú)運(yùn)行時(shí), 除塵器的壓差很快達(dá)到極限報(bào)警值(2 750Pa),窯系統(tǒng)出現(xiàn)正壓, 嚴(yán)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?duì)柟矩?fù)責(zé)對(duì)除塵器進(jìn)行了改造, 選用了具有“表面過(guò)濾”功能的Gore!薄膜濾袋。

* 使用結(jié)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(zhuǎn)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(guò)濾速度可由原設(shè)計(jì)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(shuō), 目前每一個(gè)分隔室內(nèi)使用的138個(gè)普通濾袋可以減少, 現(xiàn)在只需安裝72個(gè)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(qiáng)、清灰性能優(yōu)越, 清灰強(qiáng)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(guò)濾作業(yè)時(shí)間的增加, 而且也增加了設(shè)備運(yùn)行的可靠性, 使設(shè)備停機(jī)時(shí)間和設(shè)備維修費(fèi)用減少, 并大大減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。選用不同濾料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能比較見(jiàn)表2。

案例三: 覆膜濾料替換普通濾料

* 應(yīng)用場(chǎng)合: 北京水泥廠水泥粉磨除塵器

* 原有問(wèn)題

　　在使用國(guó)產(chǎn)滌綸針刺氈濾袋時(shí), 水泥磨除塵器的阻力過(guò)大, 除塵器系統(tǒng)阻力平均高達(dá)~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(shè)計(jì)使用范圍應(yīng)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(lái)的國(guó)產(chǎn)普通濾料替換為美國(guó)戈?duì)柟旧a(chǎn)的Gore!薄膜濾袋

* 使用結(jié)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(dāng)年的電費(fèi)節(jié)約: 648 386( 水泥產(chǎn)量) X2.92 X0.43( 電價(jià)) =814 113元; 同時(shí)水泥磨除塵器的系統(tǒng)阻力由~2 700Pa 下降到~1600Pa; 水泥臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高約15%。

對(duì)水泥磨除塵器的系統(tǒng)風(fēng)量及粉塵排放量進(jìn)行了測(cè)量, 結(jié)果實(shí)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)量為169 000m3/h,比原設(shè)計(jì)值134 600m3/h提高了約26%; 風(fēng)機(jī)出口的粉塵排放量為4.35mg/Nm3。

　　該批濾袋實(shí)際使用壽命超過(guò)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(dāng)年收回投資成本且略有余, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)提前于原來(lái)三年收回成本的預(yù)計(jì)。

4 結(jié)論

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

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

　　3)代表過(guò)濾技術(shù)進(jìn)步的“表面過(guò)濾技術(shù)”, 與水泥工業(yè)現(xiàn)代化步伐并駕齊驅(qū)。

　　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(shí)行更好的成本管理。Gore!濾袋能長(zhǎng)期在低△P范圍內(nèi)運(yùn)行, 而且壽命更長(zhǎng), 加上允許過(guò)濾速度較高, 所以設(shè)備尺寸較小。這些都十分適合水泥工業(yè)的現(xiàn)況。