合肥水泥研究設計院 吳善淦
1、水泥工業粉塵排放及治理狀況
水泥工業是高消耗、高污染工業，水泥產量的持續大幅增長給資源和環境帶來巨大的壓力；水泥工業對大氣所產生影響的主要污染源是粉塵和廢氣，粉塵污染排放大大高于國外同行業，粉塵主要是由于水泥生產過程中原、燃料制備和水泥成品儲運，物料的破碎、烘干、粉磨、煅燒等工序產生的廢氣排放或外逸而引起的。根據我國每年的水泥總產量推算，我國目前每年因水泥生產向大氣排放的各類粉塵量達到約1200萬噸以上。
水泥工業重點進行節能降耗工作，主要是通過技術進步，大力推廣新型干法窯外分解技術，促進工藝結構的調整，大幅降低能耗，改善環境并使生產技術指標和經濟效益顯著提高。大型水泥企業煙塵排放達標排放率95.0％以上，工業粉塵排放達標率98.0％以上，固體廢物綜合利用率100％。
2、水泥工業污染防治政策與排放要求
2.1水泥工業大氣污染治理的技術依據
1、《中華人民共和國環境保護法》；
2、《水泥廠大氣污染物排放標準》GB4915-2004；取消了地區類別、熱力設備：<50Mg/Nm3、通風設備：<30Mg/Nm3、噸產品排放量：<0.5Kg/噸產品（現狀：立窯3Kg/噸產品、旋窯1Kg/噸產品；發達國家0.04-0.07Kg/噸產品）、執行排污許可證制度（總量550萬噸/年）。
3、《中華人民共和國大氣污染防治法》（修正）；
4、《保護農作物的大氣污染物最高允許濃度》GB9137-88；
5、《國務院關于環境保護若干問題的規定》；
6、相關的環保技術政策和水泥工業先進成熟的技術及裝備。
7、《大氣污染物綜合排放標準》GB16297-1996； SO2 、顆粒物；
8、《工業爐大氣污染物排放標準》GB9078-1996；煙塵；
2.2水泥工業污染排放標準和防治政策
水泥行業排放執行新修訂的《水泥工業污染物排放標準》；新修訂標準對煙塵、粉塵、二氧化硫、氟化物排放限值大幅度降低，同時規定單位產品的最高排放量，增加了對氮氧化物等排放控制指標。新修訂標準的實施，將有力促進水泥企業的技術進步，采用先進的環保技術，提高環境保護水平。
根據新修訂的標準，從2005年1月1日起，新、改擴建水泥生產線的粉塵排放濃度就應達到：破碎機、磨機、包裝機等通風設備粉塵排放濃度30mg/Nm3以下，窯、烘干機、篦冷機等熱力設備排放濃度在50mg/Nm3以下；從2010年1月1日起現有生產線所有生產設備的粉塵排放濃度均執行上述排放要求。
隨著水泥工業產業政策的調整，水泥生產工藝線日趨大型化，這些大型水泥生產線，每條線都有大量的除塵器，窯尾除塵是水泥工業環保關鍵所在。大型水泥廠的窯尾除塵，過去大多采用電除塵器，由于電除塵器對比電阻的敏感性及其除塵機理決定，其煙塵排放濃度較高，一般都在100mg/Nm3以上。隨著環保新修訂標準的實施，窯尾煙塵排放濃度都要求小于等于50mg/Nm3，沿海經濟發達地區、四川、河南、廣東、江蘇等省要求窯尾煙塵排放濃度小于10mg/Nm3，因此，采用袋式除塵器是窯頭、窯尾除塵發展的趨勢。也有不少水泥廠根據企業自身設備、資金情況，將不能達標排放的電除塵器改造成袋式除塵器，取得了很好的效果。由于袋式除塵器的適應能力比電除塵器要強，因此，水泥工業在窯頭、窯尾采用袋式除塵器越來越多，發展勢頭迅猛。
3、水泥工業除塵技術的發展
3.1電除塵器和袋式除塵器
自1906年靜電除塵器(ESP)第一次被應用于工業以來, 已發展成為一種公認的高效除塵裝置，效率可達到99%甚至更高。在水泥行業，我國已能生產配套10000t/d水泥熟料生產線超大型除塵器，處理風量200萬m3/h。由于電除塵器的收塵效率受粉塵比電阻制約，若要獲得高收塵效率，能耗及初投資都將遠高于袋除塵；電除塵器對人體健康危害最大的0.1-2μm的塵粒的除塵效率較差；目前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定，適應性強，除塵效率很少受到處理風量變化，可以過濾亞微米級的粉塵顆粒；不受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，即使在較高CO條件下亦能連續運行。
便于維修－－由于袋除塵器設有很多室，可關閉一個室并在隔離的情況下進行維修，對工藝過程影響很小，電除塵器一般不設計成獨立的室。袋除塵器不會因“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，直至工藝穩定為止。
不需設置噴水系統和消耗水－－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的投資和操作成本。
袋除塵器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濾袋的優點，不需要改造除塵器的基本構造。
隨著袋除塵器技術的進步，特別是新型濾料的出現，袋除塵器的應用范圍更為廣泛。目前，生產中應用最廣，市場占有率最高的大型袋式除塵器是脈沖噴吹除塵器。大型化的高效袋式除塵器是現代除塵技術發展的標志之一。它除塵效率高，特別是捕集微細粉塵效果更佳。近年來，袋式除塵器濾料材質的提高和清灰控制自動化與本體結構性能的優化，為袋式除塵器的發展提供了技術保證，大型干法水泥窯窯尾煙氣處理采用袋式除塵器已漸成趨勢。
袋式除塵器對窯工況變化的適應能力強，無論是電除塵器還是袋式除塵器均有很高的捕塵效果，只要設計選型正確、產品質量優良、維護操作合理，均能保證國家規定的排放標準。相比較而言，由于設備結構及除塵清灰機理的不同，當窯工況失穩、熱工參數偏離原設計指標波動變化時，袋式除塵器的適應能力則要強一些。實際生產中，當進入電除塵器的廢氣量或含塵濃度超過原設計值時，其除塵效率就會下降。而窯尾廢氣不可能一直保持在設計指標范圍內。當喂料（煤）量、系統漏風超過設計指標時，均有可能使窯尾廢氣量超標，從而使除塵器的除塵效率下降，排放濃度就會超標。
袋式除塵器可以在非正常工況下達到最小的排放；現有的水泥窯大多采用電除塵器，運行中，受電除塵器自身安全的要求，有2種超標情況：①點窯時煤燃燒不完全，CO超標，此時不向電除塵器供電，引起粉塵濃度超標；這種情況時間不長，超標排放量也不大；點火時，窯溫上升到一定溫度，燃燒基本正常時就投料，電除塵器也投入運行。時間很短，而投料之前只有煙塵，即使有一段時間超標，超標值很低（200－300mg/m3），排放總量可以忽略。②生產過程中，由于操作不當造成CO超標，停止向除塵器供電引起的粉塵濃度超標排放，此時由于要對窯系統進行調整，不能停止運行，因此只能停止向電除塵器供電，引起粉塵濃度超標排放，此時粉塵濃度超標排放量就大了。
運行費用方面，袋式除塵器的阻力較大，而電除塵器阻力低，因而很多人就認為袋式除塵器主風機消耗的電功率也要大很多。其實電除塵器除了主風機消耗的電能外，還有高壓供電機組、電除塵器絕緣加熱器及極板的振打等都會耗電，算起來兩者的功率消耗相差也不是很大。初投資2類除塵器接近，運行費和維護費袋式除塵器比電除塵器高一些。不過關鍵還在于袋式除塵器選用何種濾料。有的濾料價格每平方米只有幾十元，而有的卻是200－300元，這就直接影響了初投資。濾袋的使用壽命有的1－2年，有的可達4－5年，這就給維護費拉開了很大的差距。此外，雖然電除塵器和袋式除塵器都有很高的除塵效率，但袋式除塵器在處理微細粉塵時要強一些，因而在目前對環保要求日趨嚴格的情況下，采用袋式除塵器更為有利。
3.2水泥工業袋式除塵濾料的技術進步
袋式除塵器的除塵效率高是和濾料分不開的,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。濾料的性能和質量也促進袋式除塵技術進步。從國內這幾年的水泥工業應用情況來看，現有濾料的性能和壽命都能滿足新型干法窯用戶的要求。從國外進口的玻纖薄膜濾料和P84濾料，價位都很高，且使用的數量也很大，一臺除塵就是l一2萬㎡，價值數百萬元。這對袋式除塵器在水泥工業新型干法窯的廣泛應用，帶來不利的影響，必須國產化，降低濾料成本。近年來國產的復合濾料、P84針刺氈、氟美斯針刺氈都已開發出來，并在多臺窯尾袋式除塵器上試用，平均使用壽命可以達二年以上。值得一提的是國產高端纖維均也已批量生產，國產PTFE、PPS和芳綸纖維每年產量都達到3000噸以上；國產P84纖維到年底產量也能達到300噸左右；質量與國外產品差異不大，高端纖維的國產化將有利于水泥工業袋式除塵器的更加普及，投資和運行費用將進一步降低。
3.3水泥工業袋式除塵主機的技術進步
水泥生產企業的塵源點非常多，破碎機、磨機、高效選粉機，輸送帶、料倉、庫頂、庫底及包裝系統，烘干機、烘干磨、煤磨及冷卻機、回轉窯（窯頭、窯尾）及窯磨一體等，都產生大量的粉塵和煙塵。過去，水泥生產企業把除塵設備應用于水泥生產線，不是以環境保護為目的，而是出于收集物料，降低消耗，節約成本，兼顧勞動保護的目的。我國上世紀五十年代末期，水泥生產企業主要采用機械振打式和人工振打式袋式除塵器，適應的工作溫度低、處理風量小、清灰效果差、設備故障多、工人勞動強度大。二十世紀七十年代開始采用壓縮空氣清灰的脈沖袋式除塵器和反吹風袋式除塵器。由于當時脈沖閥質量差、品種少、故障多，濾料的種類少、性能差、壽命短，袋式除塵器在水泥工業的應用受到很大限制。
上世紀八十年代后期，我國引進美國富樂公司的氣箱脈沖和大型分室反吹風袋式除塵器。經過消化吸收，我國水泥企業逐漸接受和采用。與此同時，國內的工程技術人員開拓創新、自己研發了窯、烘干機等高溫、高濕工況專用袋式除塵器和煤磨袋式收塵器，應用于水泥企業。這些袋式除塵器的除塵效率都很高，基本在99.9%以上，保證水泥生產企業的塵源點，排放濃度降到30mg/Nm3以下，使我國水泥工業除塵設備水平大幅度提高，我國水泥工業粉塵散失量占水泥總產量的比例下降到2.0%左右。九十年代國內自己研制的立窯、烘干機玻纖袋除塵器和煤磨袋式收塵器日趨成熟、穩定，應用越來越多。長袋低壓脈沖除塵器和其它脈沖噴吹的袋式除塵器在水泥工業的各種磨機和回轉窯也大量推廣應用。
3.4水泥工業袋式除塵清灰技術進步
袋式除塵器使用的關鍵在清灰，清灰效果很大程度決定著袋式除塵器及整個系統的成敗，以強力清灰為特征的脈沖袋式除塵器成為首選的設備。新一代脈沖袋式除塵技術完全克服了傳統脈沖除塵的缺點，清灰能力強的特征更為突出，使濾袋更長（6m或更長），占地面積少，設備阻力低，清灰所需氣源壓力低，工作可靠，維修工作量小等優點，杜絕了弱清灰類袋式除塵器普遍存在阻力過高的現象。袋式除塵器的除塵效率更加提高，排放濃度低于30mg/Nm3已是普遍現象，低于10mg/Nm3也非罕見。主機和濾袋接口技術也有了長足進步。過去采取綁扎或螺栓壓緊的固袋方式，濾袋接口存在泄漏，往往使除塵器的除塵效率，同濾料相差1-2個數量級。新的固定方式是嚴格控制花板的袋孔以及袋口的加工尺寸，依靠彈性元件使袋口外側的凹槽嵌入袋孔內，二者公差配合，密封性好，從而消除了接口處的泄漏。脈沖袋式除塵器大型化的趨勢明顯，性能達到國際先進水平。袋式除塵器在適應高含塵濃度方面實現突破，能夠直接處理含塵濃度很高的含塵氣體，并達標排放，因此，許多物料回收系統拋棄原有的多級收塵工藝，而改用一級袋式收塵取代。
3.5水泥工業除塵配件的技術進步
袋式除塵器各主要部件的質量提高，脈沖閥制作更加精良，膜片和電磁閥使用壽命成倍延長；袋籠均為專機制作，質量都能達到國外先進水平；袋式除塵器的自動控制已普遍采用PLC機，工控機（IPC），大型袋式除塵器還采用DCS控制系統。中、小型設備多采用單片機或集成電路為核心的控制技術；耐高溫濾料多樣化、P84、玻纖薄膜濾料在回轉窯窯尾袋式除塵器上應用越來越多。針刺氈的應用更為廣泛，后處理技術多樣化，原來較少應用的防油、防水、阻燃、抗水解等處理日漸普遍，使濾料能適應多種復雜環境。表面過濾材料的出現和應用，對微細粉塵有更高的捕集效率，并將粉塵阻留在濾料表面，容易剝離，使設備阻力降低;濾袋的制作也更加規范，一些企業引進先進設備和技術，濾袋的制作質量達到了國際先進水平。袋式除塵技術有了長足的進步，在不少細節上下功夫，在技術性能和產品質量方面與國外發達國家相差無幾。進一步凈化了水泥工業排放的污染物，使粉塵散失量下降到現在的1.7%左右。
4、袋式除塵器在水泥工業的發展趨勢
節能減排是水泥工業永恒的主題，水泥結構調整，大量新上的新型干法水泥生產線，具有工藝先進、設備優良，企業規模比較大，有利于對煙塵、粉塵的控制；新修訂的國家標準GB4915-2004《水泥工業大氣污染物排放標準》是任何水泥廠都必須執行的。有些城市和地區的標準嚴于國家的標準，排放濃度提高到30mg/Nm3，甚至10mg/Nm3；廣東、四川、江蘇、河南等省，新上的工藝線均要求從原料處理到產品采用袋式除塵器，同時，全國各省、市逐步在大、中型水泥生產線安裝在線監測儀器，隨時監控煙塵和粉塵的排放。
水泥工業結構調整，新型干法水泥生產線快速增長和環保法規及監管愈來愈嚴格。在發達國家，歐洲、北美等環保標準和執法都很嚴格，他們的水泥生產線普遍采用袋式除塵器；窯頭、窯尾大都采用袋式除塵器。韓國水泥廠90%的廢氣是通過袋式除塵器凈化的，這使其水泥粉塵的排放都非常低；很好的保護了當地的大氣環境。近五年來，我國在新型干法生產線窯頭、窯尾采用袋式除塵器越來越多。全國幾大水泥公司全工藝線均采用袋式除塵器；中聯水泥、冀東水泥、華新水泥、海德堡、中材國際、亞東等大型水泥集團新上5000t/d到10000t/d整條工藝線都是采用袋式除塵器；為了減少排放，中聯水泥的100多條新型干法水泥工藝線逐步開始把電除塵器改為袋式除塵器；河南南陽中聯、郟縣中聯于2009年完成電改袋的。可以預見，隨著新上水泥生產工藝線越來越少，水泥工業環境保護要求越來越高，水泥工業電除塵器改袋式除塵器會越來越多；老式袋式除塵器也存在改造問題，袋式除塵系統一級除塵直接處理高濃度粉塵，排塵濃度和運行阻力會更低，濾袋使用壽命會更長。 | 
