吳善淦
（合肥水泥研究設計院）
摘 要 隨著環保要求的提高，水泥行業采用袋式除塵器已經越來越普遍，但對袋式除塵器技術的認識還存在著一些誤區，尤其對減排是不是節能還有疑慮；本文從應用實例分析，提出在水泥行業采用低阻、高效袋式除塵器對減排和節能的重要意義，并從技術角度提供了設計生產低阻高效袋式除塵器的措施。
關鍵詞 節能減排 水泥行業 袋式除塵器
1 序言
袋式除塵器在各行各業的使用越來越廣泛；隨著單一生產線的建設規模越來越大，大型袋式除塵器的使用已經形成了一種趨勢；這一方面是各行業的環保要求更高，另一方面得益于袋式除塵器及其濾料、配件本身的技術進步。就水泥行業而言，五年前還找不到4000噸/日規模的生產線全線采用袋式除塵器的范例；窯尾采用脈沖袋式除塵器的廠家也很少，最大規模的是2500噸/日以下的生產線采用反吹風袋式除塵器；最近幾年，水泥行業4000噸/日、5000噸/日、10000噸/日規模生產線全線采用袋式除塵器的工藝線已經很多，包括窯尾；袋式除塵器的處理風量也從幾十萬m3/h到幾百萬m3/h；這就對運行可靠性、運行阻力等提出了更高的要求，也必須引起袋式除塵器設計者、供應商、配件生產廠家高度重視。
2 水泥行業節能減排的形勢
我國的能耗形勢是非常嚴峻的，2006年中國的經濟增長率10.7%(后調整11.1%)，約20.94萬億元，約2.68萬億美元,約占世界的5.5%；其代價是：消耗煤炭占世界的38％（23.8億噸、消耗石油占世界的9％、消耗鋼材占世界的34％（4.2億噸）、消耗的水泥占世界46％（12.4億噸）；我們“十一、五”的目標是GDP年均增長7.5％；單位國內生產總值能耗下降20％，主要污染物排放總量減少10％；因此
節能減排的任務是非常繁重的，還需要做大量工作。
當然，全國各級政府對水泥行業的節能減排工作都非常重視。2007年全國淘汰落后水泥產能工作取得顯著成績。關停立窯生產企業520家，淘汰立窯水泥熟料產量5700萬噸，立窯水泥產量首次出現下降，新型干法水泥熟料產量比上年增長17％。噸水泥綜合能耗為115千克標煤，比上年下降4％；噸水泥電耗為91千瓦時，比上年下降1.7％。
雖然我國水泥行業的節能減排工作取得了一定成績，但大多數企業的節能降耗指標與國內的標桿企業和國際先進水平仍有一定的差距。雖然重新修訂了GB4915排放標準，但水泥行業每年排放的煙塵和粉塵總量還很大，仍占全國工業企業排放總量的首位，水泥行業的結構調整、節能減排、資源綜合利用等任務仍然很重；需要做的工作還很多，其中采用高效和低阻的袋式除塵器是節能降耗的很明顯的措施。
3 低阻高效袋式除塵器對提高產量和降低排放濃度的可行性
由于傳統袋式除塵器阻力高，維護管理工作量大；多年來，占新型干法水泥工藝線排放量80％以上的水泥行業最大的排放點―窯頭、窯尾煙氣除塵基本都是采用電除塵器；隨著GB4915-2004排放標準的修訂，以及袋式除塵器本身技術的進步，尤其低阻力濾料和高強度清灰脈沖閥的使用，使得袋式除塵器的阻力有了降低的可能，運行可靠性也進一步提高；因此近幾年，脈沖清灰袋式除塵器越來越多的應用于窯頭、窯尾煙氣除塵；現在越來越多的4000噸/日以上的水泥生產線全工藝線采用袋式除塵器的已經有很多廠家，5000噸/日以上直至10000噸/日的水泥生產線全工藝線采用袋式除塵器的廠家也不少。
我們于2005年完成并通過中國建筑材料工業協會鑒定的“5000t/d以上預分解窯窯尾袋除塵器的研制及應用”項目，首次將脈噴袋式除塵器運用在海德堡珠江水泥有限公司5000噸/日規模的新型干法生產線窯尾除塵；處理風量達到97萬m3/h以上；排放濃度低于10mg/m3；運行幾年來，系統阻力始終低于1200Pa；與以往的袋式除塵器相比，運行阻力降低了30%左右，真正達到節能降耗的目的；使用至今還沒有更換過濾袋。為了提高袋式除塵器的運行可靠性，我們在該系統中增加了故障診斷和記錄功能，該功能包括破袋撿漏、清灰系統故障、卸灰系統故障和超溫的報警與顯示記錄功能，從而實現除塵器的智能化運行，該除塵器達到了如下主要技術性能指標：
除塵器處理風量： 100萬m3/h以上 ；
入口溫度： ≤250℃；
過濾風速： 1.0～1.2m/min；
入口濃度： 60g/m3以上；
出口濃度： ＜7.92mg/m3（9.24 mg/Nm3）；
濾袋壽命： ≥4年；
隨主機運轉率： 100%；
除塵器本體阻力： <1200Pa；
清灰壓縮空氣壓力： 0.45Mpa；
該除塵器在水泥窯尾的成功應用，為國內水泥行業大型袋式除塵器的設計、制造、安裝、調試和使用提供了成功的經驗；為水泥行業裝備大型化的開發研究提供了成功范例；項目的各項技術指標，如除塵器的排放濃度、系統阻力等都達到了國內領先水平，完全滿足水泥行業日益嚴格的環保要求；除此之外，系統中故障判斷功能和事故記錄功能保證設備長期可靠運行；大型袋式除塵器運行阻力可調功能保證了系統在最經濟的條件下運行，該功能對于改善主機設備的通風，提高主機設備產量，節約能源，起到很好的作用；在系統中增加的在線和離線切換技術保證了系統在滿足生產的條件下，達到節能和完全避免事故排放的可能性。該除塵器是把原來的電除塵器改成袋式除塵器的；同時我們又在遼源金剛水泥有限公司新設計的5000噸/日工藝線的窯尾采用同樣的技術，取得更好的節能減排效果；該廠由于采用了低阻高效的袋式除塵器，幾年來，窯的年平均產量達到5600噸/日、排放濃度低于10mg/Nm3；通過這兩個應用實例，我們對節能效果做了測算，降低袋式除塵器的運行阻力的經濟效益也是非常顯著的。
因此，在水泥行業推廣大型低阻高效袋式除塵器技術上是可行的，能夠提高主機生產產量，降低排放濃度，達到節能減排目的，具有很好的經濟效益。
4 提高了廢氣的使用溫度，降低霧化水的使用量也是一種節能的措施
在水泥行業的窯頭、窯尾廢氣中，窯頭篦冷機排出的廢氣具有溫度高、比電阻高等特點，一般在采用電除塵器時需要噴水增濕冷卻，目的是降低粉塵的比電阻，有利于提高電除塵器的除塵效率，一般把廢氣溫度降到150℃以下，這就需要噴入大量的水；現在采用袋式除塵器，由于玻纖濾料的長期使用溫度可在260℃以上，又不必考慮比電阻問題，在對廢氣的調質過程中，就簡化多了，一般只設空氣冷卻器就可以，減少了用水量；窯尾廢氣將電除塵器改為袋式除塵器也一樣，每年節約用水量是很大的，這也是很重要的節能措施之一。
5 低阻、高效袋式除塵器的技術措施
5.1合理的氣流分布
對于水泥行業使用的小型袋式除塵器來說，氣流分布的要求不是那么高，隨著單臺水泥生產線的規模越來越大，處理風量也越來越大；現在水泥行業處理100萬m3/h以上風量的袋式除塵器已經很常見了，對于處理如此大風量的袋式除塵器來說，氣流的分布就顯得尤為重要；不合理的氣流分布除可能對濾袋等造成破壞外，最大的可能會造成除塵器運行阻力的“居高不下”，帶來能耗的增加，因此在水泥行業大型袋式除塵器設計中，氣流分布應引起足夠的重視。
5.2高性能、低阻力過濾材料的選用
水泥工業中應用的大量袋式除塵器，正確選擇與使用過濾材料，仍然是核心技術，對除塵器的性能和運行費用,包括濾袋消耗和運行電耗起著決定性的作用。
水泥工業排放的含塵氣體，根據工藝過程不同，具有不同的特性，如：
（1）高溫，如窯頭、窯尾排出的含塵氣體，溫度高達350以上，須先經過調質，冷卻后再進行處理；
（2）高濕，如機立窯，烘干機，不僅溫度波動，其濕含量也高達20%以上；
（3）高濃度，與立式磨、擠壓磨、高效選粉機配套的袋式除塵器，其處理的含塵氣體的粉塵濃度可達700--1600g/m3，它即是生產過程的生產設備，也是粉塵排放控制的環保設備；
（4）防燃、防爆，如煤磨排出的含有煤粉的含塵氣體。
總之，有常溫、也有高溫、高濕、高濃度、具燃、爆特性的粉塵，還有溫度波動幅度較大，如篦冷機余風除塵，既要防止糊袋，也要防止燒袋；因而，選用過濾材料不是唯一的，要針對不同的條件，選擇不同的過濾材料，并采取相應的技術保護措施。
針對不同的使用條件，對過濾材料的要求應當包括下面幾個技術經濟性能：
（1）適用于不同的溫度要求；如常溫、中溫、高溫；
（2）剝離性好，易清灰，透氣性好，阻力低；
（3）過濾效率高，在某些高濃度場合，效率可達99.99%；
（4）強度高，能承受高強度清灰，使用壽命長。
低阻過濾材料的選用應遵循以下原則：
現在生產、經銷各類過濾材料的廠家很多，魚目混珠屢見不鮮；一些袋式除塵器使用不好，阻力高、效率低、壽命短、與此有很大關系。所以選擇某種濾料，一定要了解生產廠家的生產工藝是否完備，技術來源是否可靠，產品質量與檢測手段是否有保證，縫制工藝是否合理，售后服務承諾是否兌現，總之要選擇正宗的，質量可靠的產品。
選擇某一種濾料，一定要看使用條件，除了常規的含塵濃度，粉塵細度，煙氣溫度，水分，排放要求，濾料的強度特性等之外；還需要考慮諸如抗酸、抗堿、抗氧化、抗水解等化學穩定性。目前還沒有一種萬能的價廉物美的“廣普濾料”,一定要考慮濾料本身的特性。
過濾風速是決定除塵器性能的一個很重要的參數，它的大小取值與濾料的使用效果和使用壽命直接相關。至今還沒有一個公式來描述它與諸多因素之間的關系，但它與粉塵、煙氣的特性有關，與清灰方式有關，與濾料的材質、織物結構有關，與投資大小以及運行的經濟性有關，因而需慎重選擇，所以不必一定苛求高過濾風速；一定要參照許多成功的經驗與失敗的教訓來選用。
選擇過濾材料，除了技術特性外，還要綜合評價其經濟性，不能簡單地講“便宜”與“貴”；在技術可靠，滿足使用要求的前提下，再考慮價格問題；濾料的價格，既要考慮初投資，也要考慮運行的經濟性。如一些濾料廠推出的低阻濾料與普通濾料相比，價格提高了好幾倍，但在同等使用條件下，運行阻力可降低一半，節省了運行的電耗；同時由于阻力降低，工藝過程通風改善，可以提高主機產量，經濟效果很可觀。所以在舊除塵器的改造中，為改善通風，提高產量，優選方案是將原有的普通濾料改為低阻高強，不用增加過濾面積，不擴大設備，不用動土建，也可以取得立竿見影的效果。
5.3高強度的清灰措施
袋式除塵器的清灰是保證袋式除塵器可靠運行的重要保證，也是保證除塵器能夠在較低的阻力運行的重要措施；清灰的方式有很多種，采用什么清灰方式取決于袋式除塵器的設計、濾料的材質、粉塵的特性等因素；一般說來，對于袋式除塵器來說，清灰強度與清灰的效果有著重要的聯系，高強度的清灰能夠提高清灰效果，降低過濾材料的運行阻力；對于同一種濾料來說，降低濾料運行阻力的方法就是提高清灰強度。
如何提高袋式除塵器的清灰強度，不同的清灰方式有著不同的技術措施；大型袋式除塵器采用最多的是在線脈沖噴吹清灰方式，在氣源壓力一定，供氣量能夠保證的情況下，脈沖閥一次噴吹的壓縮空氣量對于清灰的效果就至關重要了；高品質的脈沖閥和控制方式就能夠在最短的時間噴出足夠的壓縮氣量就能達到高強度的清灰效果。
5.4智能化的清、卸灰控制
袋式除塵器的運行阻力與被除塵工藝的工況條件密切相關，運行過程中也常常隨著工況條件的變化而變化；如入口粉塵濃度、處理風量的波動必然引起袋式除塵器阻力的波動；如何保證袋式除塵器在設定的阻力范圍內運行，是袋式除塵器的設計者們多年來一直追求的。目前能夠做到的也就是，用袋式除塵器的清、卸灰制度來保證和穩定袋式除塵器的運行阻力；如袋式除塵器的運行阻力高了，就用增加清灰的頻率來解決；大型袋式除塵器還可以用增加噴吹濾袋的數量來解決；當然這些技術措施的實現都必須由阻力測試部分和控制系統來完成，在袋式除塵系統中加入智能化的技術措施就很容易做到，也就是在原來袋式除塵器清、卸灰程序中增加了阻力識別和調整的功能，我們大型袋式除塵器設計中采用了這些技術措施，經過幾年的運行，取得了比較滿意的效果。
5.5優化的除塵器本體設計
隨著我國產業政策的調整,水泥生產規模日趨大型化；全國已經投運和在建的日產5000噸以上規模的生產線有數百條，這種規模甚至更大規模的水泥生產線還在不斷的增加；日產10000噸的生產線也有數條投產和在建；大規模水泥生產線的窯尾、窯頭廢氣除塵是全廠減排的關鍵所在，隨著這些大型袋式除塵器的運行，降低這些除塵器的運行阻力，是達到節能的重要措施之一。這些廢氣具有如下特點：
（1）風量大；日產5000噸熟料的生產線，窯尾排放風量近100萬m3/h；日產10000噸熟料的生產線，窯尾排放風量近200萬m3/h，加上窯頭篦冷機余風除塵；占全廠需要除塵風量的80%以上；
（2）廢氣溫度高；入除塵器的廢氣溫度達到200℃左右；
（3）氣體成分復雜；有NO、SO2、水分等，有較強的腐蝕性；
（4）設備運轉率要求高；除塵器隨窯運轉率必須達到100%，并不得設旁通系統。
6 窯頭、窯尾采用大型袋式除塵器的技術優勢
我國大型水泥廠的窯頭、窯尾除塵過去一直采用電除塵器。由于電除塵器對比電阻的敏感性及其除塵機理決定，其排放濃度較高，一般都在100mg/Nm3以上。隨著我國環保要求的提高，新修訂的環保標準《GB4915-2004水泥工業大氣污染物排放標準》要求熱力設備粉塵排放濃度達到50mg/Nm3以下的排放標準；因此，袋式除塵器是窯頭、窯尾廢氣除塵發展的必然趨勢。近年來，隨著濾料技術的不斷進步，尤其是復合過濾材料、滲膜、覆膜濾料和各種性能優越的高溫濾料的問世，促進了我國袋除塵技術的發展；國外的實踐證明：袋除塵器在控制水泥窯頭、窯尾粉塵排放方面有著明顯的優勢，具有如下優點：
（1）不受粉塵的種類、顆粒大小、粉塵的濃度和比電阻的影響；
（2）除塵效率可以穩定達到99.8～99.99%，排放濃度可以達到30mg/Nm3以下；
（3）具有耐高溫180℃～260℃、耐腐蝕、拒油、防水、防燃、防爆的特點；
（4）處理風量大、占地面積小；
（5）能做到不停機進行維護，隨主機運轉率達到100%；
（6）結構簡單，可以模塊式靈活布置。
由于袋式除塵器具有以上的優勢，國內幾家大的水泥設計院在工藝設計過程中基本配置的都是袋式除塵器，給袋式除塵器行業帶來很多機會，只要從設計、制造、安裝和調試中嚴格把關，袋式除塵器能在水泥行業的節能降耗中發揮應有的作用。
參考文獻
[1] 曾學敏.當前水泥工業基本情況及政策建議；
[2] 孔祥忠.中國水泥工業進入成熟發展階段。
選自2009全國袋式除塵技術研討會論文集 | 
