淺談水泥廠立窯袋除塵器的選型及應用

何宏濤，鄭佳佳

(合肥水泥研究設計院，合肥 230051)

淺談水泥廠立窯袋除塵器的選型及應用

何宏濤，鄭佳佳

(合肥水泥研究設計院，合肥 230051)

介紹了立窯煙氣的特性及治理技術的發(fā)展與應用，并從袋除塵器類型及處理風量的確定、過濾風速的選取、過濾面積的計算、除塵器規(guī)格的選取等方面介紹了立窯袋除塵器的選型要點；介紹了LFEF型立窯袋除塵器、LMC低壓長袋脈沖立窯袋除塵器和GMC型高溫高壓脈噴立窯袋除塵器在水泥行業(yè)的推廣情況及應用效果。

立窯袋除塵器;LFEF型;LMC型;GMC型;選型;應用

1 前言

隨著新型干法水泥的發(fā)展和國家淘汰落后產能速度的加快，2008年我國立窯水泥產量約占水泥總產量的35%，立窯水泥企業(yè)污染治理水平遠低于新型干法水泥企業(yè)，立窯企業(yè)的粉塵污染較嚴重，其中立窯設備是立窯企業(yè)最主要的粉塵排放點。為有效控制水泥工業(yè)污染物的排放，《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2004）已于2005年1月1日正式頒布實施，該標準對排放限值作了嚴格規(guī)定：自2006年7月1日起至2009年12月31日止，現有生產線立窯排氣筒中的顆粒物最高允許排放濃度是100mg/Nm3，自2010年1月1日起，其最高允許排放濃度是50mg/Nm3。因此，解決立窯煙氣治理問題是立窯企業(yè)的當務之急，立窯企業(yè)必須盡快落實好環(huán)保改造和達標排放工作。

根據GB4915-2004新標準的排放限值要求，只有采用高效電除塵和袋除塵技術才能使煙氣排放達標。由于袋除塵器除塵效率高且具有脫除有害氣體的功能，故袋除塵器更有優(yōu)勢。

2 立窯煙氣的特性

立窯煙氣的特性主要取決于原燃料成分、煅燒方法、成球工藝和操作方法等，主要性質有：

（1）煙氣量的波動范圍較大，一般為2.5～6.3Nm3/kg熟料。

（2）煙氣中粉塵濃度波動范圍較大，一般為1～20g/Nm3。粉塵中小于30μm的細粉占80%左右，具體顆粒級配見表1。

表1 立窯粉塵的顆粒級配

（3）煙氣濕含量較高，且波動范圍較大，一般為8%～16%，正常濕含量為13%左右，若濕料層厚、底火深，其濕含量則可超過20%。煙氣露點溫度較高，一般為40℃～55℃。

（4）煙氣溫度波動范圍大，且隨著窯內工況變化而變化，窯面煙氣的溫度為45℃～300℃，當窯內出現異常情況時，窯面煙氣溫度會更高，可能達到400℃。

（5）煙氣中含有大量的有害氣體，且成分較復雜，通常有CO、SO2、NOX、氟化物及瀝青煙等，其中SO2和氟化物有很強的腐蝕性，對除塵設備的殼體和濾料有較強的腐蝕作用，嚴重影響設備的性能和濾料的性能。

（6）立窯粉塵的比電阻值較高，通常為1011～1012Ω·cm，且隨著溫度和濕度的變化而變化，有時會高于1012Ω·cm，傳統的電除塵器已難以適應。

綜上所述，立窯煙氣具有煙氣量、煙氣溫度和濕含量波動范圍大，露點溫度高，煙氣中粉塵的顆粒較細及堿含量高（見表2）等特性，故立窯煙氣治理具有其特殊性和困難。

表2 立窯粉塵的化學組成 （單位：%）

3 立窯煙氣治理技術的發(fā)展與應用

目前， 立窯煙氣治理技術主要有沉降室除塵、水除塵、電除塵和袋除塵等技術，按照GB4915-2004新標準的排放限值要求，沉降室除塵和水除塵均不能達標，只有采用高效電除塵和袋除塵技術才能使煙氣排放達標。煙氣經沉降室除塵后排放濃度大多超過500mg/Nm3，根本不能達標，需要改造，改造后的沉降室作為預收塵用，下一級配其它高效電除塵器或袋除塵器。采用水除塵，煙氣的排放濃度往往在200mg/Nm3左右。

電除塵器的除塵效果除與本身結構有關外，還取決于廢氣的性質，最主要的是廢氣的比電阻和溫度。由于煙氣的量、溫度、濕度都在較大的范圍內波動，廢氣的比電阻也隨之變化，直接影響其除塵效率。另外廢氣中的硫氧化物、氮氧化物對電除塵器的腐蝕，也明顯影響它的運行，會降低其使用壽命。合肥水泥研究設計院開發(fā)研制的立窯專用電除塵器如先期的CDLY型電除塵器和后來改進的JYC型電除塵器都取得了良好的應用效果，基本能達到100mg/Nm3的排放標準，如須達到50mg／Nm3的排放標準，必須增加電場數且作改進設計。

袋除塵器與以上幾種除塵器相比，除塵效率最高，能使排放濃度在50mg/Nm3以下。另外，袋除塵器還具有能脫除有害氣體的功能。合肥水泥研究設計院研制的立窯袋除塵器主要有：LFEF型立窯玻纖袋除塵器、LMC低壓長袋脈沖立窯袋除塵器和GMC高溫高壓脈噴立窯袋除塵器，其中，LFEF型立窯玻纖袋除塵器研制至今共有四代產品，目前性能最優(yōu)的是LFEF（IV）型。以上這幾種袋除塵器都有使用效果良好的業(yè)績，也有因管理和操作等方面原因致使用效果較差的例子。這三種袋除塵器具有設備適應性強、工藝布置簡單、運行穩(wěn)定可靠，除塵效率高等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。

為適應排放新標準GB4915-2004的限值要求，改造和新建的生產線的設計最好選用LMC型或GMC型脈噴袋除塵器。

4 立窯袋除塵器的選型

根據工藝設計方案和原始參數對袋除塵器作選型，主要步驟包括：袋除塵器類型的確定、處理風量的確定、過濾風速的選取、過濾面積的計算、除塵器規(guī)格的選取等。

4.1 袋除塵器類型的確定

（1）LFEF型立窯袋除塵器

主要由進氣系統、排氣系統、反吹系統、袋室、灰斗、排灰系統和電控等組成。

工作原理：采用上進氣方式，含塵廢氣由上部進入進氣室，部分粗顆粒由于慣性落入灰斗，清灰時因氣流方向與煙塵沉降方向一致，防止了粉塵的二次飛揚。又因為進氣室使氣流分布均勻，氣流速度沒有突變，從而保證了各袋室壓降平衡，有利于提高濾袋壽命。除塵器運行一段時間后，濾袋內表面附著的粉塵層逐漸增厚，除塵器的運行阻力上升，當增加到一定值后，就需要對濾袋清灰，即通過反吹風機清灰使除塵器的阻力下降，清灰結束后，該室又投入正常過濾工作。清灰控制采用定時清灰，清灰控制儀采用西門子原裝PLC。

（2）LMC低壓長袋脈沖立窯袋除塵器

主要由進氣管路、進氣室、灰斗、袋室、凈氣室、出口管道、噴吹管路系統、排灰裝置、卸灰閥和電氣控制系統組成。

工作原理：含塵煙氣經煙道進入塵氣通道，然后折入灰斗。當氣流撞擊導流板，部分粗粒由慣性而落入灰斗，其余含塵煙氣的粉塵被阻留在濾袋表面，凈氣相繼經凈氣室、出風蝶閥和排風道最終排入大氣。除塵器運行一段時間后，濾袋外表面捕集的粉塵層逐漸增厚，除塵器的運行阻力上升，當增加一定值后，就需要對濾袋進行清灰，整個清灰過程主要是通過脈沖閥來進行的，首先關閉排風閥打開脈沖閥，壓縮空氣通過噴管向本排每條濾袋噴射氣流，使濾袋產生變形、震動以達到清灰的目的。清灰結束后，排風閥再次打開，除塵器又進入過濾狀態(tài)，互不干擾，實現了長期連續(xù)運行，提高了清灰效果。

（3）GMC型高溫高壓脈噴立窯袋除塵器

主要由灰斗、袋室、凈氣室、噴吹管路系統、排灰裝置、卸灰閥和電控柜等組成。

工作原理：含塵氣體經過風道進入除塵器已擴大的灰斗進行預收塵，通過導流板均布于各條濾袋之間，粉塵阻留于濾袋表面，為使設備阻力不超過1500Pa，高壓氣體經電磁脈沖閥產生脈沖，使氣包內壓縮空氣由噴吹管孔眼噴吹（稱一次風），通過文丘里管誘導數倍于一次風的周圍空氣（稱二次風）進入濾袋使濾袋瞬時急劇膨脹，并伴隨著氣流的反作用抖落粉塵，達到清灰的目的，使用PLC自動控制裝置實現定時清灰，可根據粉塵濃度隨意調節(jié)清灰周期和脈噴時間，使除塵器在較低的阻力范圍內運行。

4.2 處理風量的確定

袋除塵器的處理風量應按一般生產時所產生的最大廢氣量選取，具體計算式如下：

Q=（1+K）·A·G·Qb·(273+T)/273 其中：

Q — 除塵器的處理風量，m3/h；

K — 窯面除塵系統漏風系數；

G — 立窯臺時平均產量，t/h；

Qb— 單位熟料生產的理論廢氣量，Nm3/t熟料，可取2000Nm3/t熟料；

T — 除塵器運行的合適上限溫度，℃；

A — 立窯生產不均衡系數。

結合經驗數據和立窯正常的生產數據，取K=0.65，G=9.5t/h，T=120℃，A=1.2。

4.3 過濾風速ω的選取

為使袋除塵器高效穩(wěn)定運行，應根據立窯煙氣的性質、工藝狀況、濾料的種類、清灰方式等選取合適的過濾風速ω。對于LFEF（IV）型立窯袋除塵器，布袋選用國產玻纖濾料，該濾料可以在260℃時連續(xù)使用，瞬間耐溫為290℃，表面經過特殊處理后還可有效抗結露。對于LMC低壓長袋分箱脈沖袋除塵器和GMC型高溫脈噴立窯袋除塵器，布袋可以選用國產玻纖濾料或耐頓濾料，耐頓濾料連續(xù)使用可耐溫190℃，瞬間耐溫為230℃。濾料性能具體見表3。綜合考慮各因素，LFEF（IV）型立窯袋除塵器的過濾風速最大選0.5m/min，LMC低壓長袋分箱脈沖袋除塵器的過濾風速最大選0.8m/min，GMC型高溫高壓脈噴立窯袋除塵器的過濾風速最大選1.0m/min。

表3 過濾材料性能

4.4 過濾面積的計算

過濾面積S=處理風量Q/（60×過濾風速ω）。

4.5 除塵器規(guī)格的選取

根據過濾面積，對照相應袋除塵器的規(guī)格和性能表選擇一種規(guī)格。這三種袋除塵器的規(guī)格和性能分別見表4、表5、表6。根據立窯的規(guī)格和熟料產量，也可以為業(yè)主設計非標型產品。

表4 LFEF（IV）系列立窯袋式除塵器規(guī)格和性能

5 立窯袋除塵器的應用

5.1 推廣和應用情況

（1）LFEF（IV）型立窯袋除塵器

自1987年第一臺投入運行以來，目前已在全國各地投入使用200余臺。使用廠家有廣東石井水泥廠、廣東花都市花山水泥廠和南京天龍水泥有限公司等，均取得了良好的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益。該型除塵器不僅改變了過去袋除塵器不適應立窯煙氣除塵的觀念，而且還一度成為最可靠成熟的立窯專用除塵器。該類型除塵器技術先后榮獲“國家級新產品”、“國家最佳環(huán)保實用新技術”、“國家級高新技術精選項目”、“部級科技進步三等獎”等稱號。

表5 LMC低壓長袋脈沖立窯袋除塵器規(guī)格和性能

表6 GMC型高溫高壓脈噴立窯袋式除塵器規(guī)格和性能

（2）LMC低壓長袋脈沖立窯袋除塵器

自研制以來廣泛應用于立窯煙氣治理，自1999年第一臺在西昌水泥廠成功運行，現已推廣應用了70余臺。應用于四川忠縣衛(wèi)星水泥廠、西藏拉薩水泥廠和江蘇邳縣水泥廠等生產線，在老線立窯除塵改造系統中發(fā)揮了的積極的作用。該除塵器技術1999年通過技術鑒定，先后榮獲“國家最佳環(huán)保實用新技術”和“環(huán)境保護科學技術三等獎”等稱號。

（3）GMC型高溫高壓脈噴立窯袋除塵器

自研制以來廣泛應用于立窯煙氣治理，目前已推廣銷售了近30臺。應用于鞍鋼大連石灰石礦水泥廠、廣東三水水泥廠、浙江桐廬水泥廠等生產線，在老線除塵改造系統中發(fā)揮了積極的作用并取得了良好的效益。該除塵器技術2003年通過省級技術鑒定，榮獲“部級科技進步三等獎”。

隨著新標準GB4915-2004的頒布實施，LMC型和GMC型立窯袋除塵器由于具有除塵效率高、清灰徹底、出口排放塵濃度低（≤50mg／Nm3）、濾袋使用壽命長、維護方便、占地面積小等優(yōu)點，將在除塵器市場上逐步占據主導地位。

5.2 應用效果列舉

這三種立窯袋除塵器的應用效果列舉見表7。

表7 立窯袋除塵器的應用效果

6 結語

（1）由于立窯煙氣具有煙氣量及煙氣溫度和濕含量波動范圍大、露點溫度高、煙氣中粉塵的顆粒較細及堿含量高等特性，因而立窯煙氣的治理具有特殊性且比較困難。為適應新標準GB4915-2004，立窯煙氣治理必須選用高效的電除塵器或袋除塵器。如須滿足排放濃度50mg／Nm3的限值，袋除塵器更有優(yōu)越性和應用性。

（2）立窯袋除塵器因具有運行穩(wěn)定可靠、適應性強和除塵效率高等優(yōu)點得到了廣泛的應用。

（3）立窯袋除塵器的選型主要包括袋除塵器類型的確定、處理風量的確定、過濾風速的選取、過濾面積的計算、除塵器規(guī)格的選取等內容。

（4）LMC型和GMC型立窯袋除塵器在老線立窯除塵改造系統中發(fā)揮了積極的作用。隨著新標準GB4915-2004的進一步實施，這兩種除塵器必將逐步占據主導地位。

（略）

Simple Explanation on Selection and Application of Bag Hose Precipitator of Vertical Kiln in Cement plant

HE Hong-tao, ZHENG Jia-jia

X701.2

A

1006-5377（2010）01-0034-04