水泥工業與袋式除塵器_青島博毅環保

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            水泥工業與袋式除塵器

            發布時間:2020年10月13日

             

            與世界先進國家水泥產量相比,我國水泥總產量雖居世界第一,但無論是產品結構還是技術裝備水平,都遠遠落后于工業發達國家。近幾年,先進的新型干法水泥生產線獲得快速發展,但是水泥生產造成的環境污染問題相對突出。
            1 水泥工業的污染
            水泥工業所生產的污染物對大氣污染較為嚴重,主要是粉塵顆粒物的影響,其次是少量的氣態污染物,如SO2、NOx、HF等。據統計,2012年,我國水泥工業的粉塵顆粒物排放量居各工業之首,達數百萬噸,占全國工業粉塵顆粒物排放總量的39%,SO2排放占3%~4%,NOx排放占10%~12%,屬于重點污染行業[1]。水泥工業迅猛的發展,同時加重了環境污染。水泥生產主要設備及污染物如下。
            1)磨機。生料磨、煤粉磨及選粉機選出合格水泥或煤粉過程中,產生大量的粉塵,其粉塵濃度高達1 000 g/m3。帶旋風收集器的煤磨,其粉塵濃度達700 g/m3。
            2)水泥窯。窯系統排出的廢氣溫度高,粉塵濃度大,其含塵濃度為40~80 g/Nm3,其中細顆粒(<20 um)占95%。經與磨機聯合操作(稱窯磨一體機),混合廢氣溫度140~180 ℃,粉塵濃度增為80~120 g/Nm3。還含有少量的有害氣體,如SO2、NOx、HF。
            3)烘干機。其廢氣中粉塵濃度大,溫度50~250 ℃,水分含量20%~25%,煙塵濃度為50~150 g/Nm3。也排出SO2、NOx、HF等有害氣體。
            4)篦式冷卻機。廢氣中,溫度100~250 ℃,煙氣較干燥,煙塵濃度20~30 g/Nm3,塵粒粗且硬度大,對設備有磨損作用。
            2 水泥工業污染治理
            水泥工業污染物的治理,國家曾多次制訂和修訂水泥工業大氣污染物排放標準,以治理和降低水泥煙塵和粉塵顆粒物及氣態污染物對大氣的污染。這些標準的制訂,一次比一次要求嚴格。2013年新發布的GB4915-2013《水泥工業大氣污染物排放標準》規定:對水泥窯、烘干機、冷卻機、烘干磨、煤磨排放中的顆粒物最高允許排放濃度限值為30 mg/m3,對破碎機、磨機、包裝機、水泥倉等限值為20 mg/m3。標準還對氣態污染物SO2、NOx、氟化物的排放提出了高要求,如對氟化物的排放從過去的10 mg/m3提高到了5 mg/m3。這一新標準的出臺,促進先進的新型干法水泥的快速和大型化發展,還將促進環保除塵設備的改造升級,也可促進水泥生產減少螢石的使用,降低除塵設備的腐蝕,提高除塵設備的壽命。
            水泥工業的污染治理主要是以除塵器來除掉水泥設備生產中排出的粉塵顆粒物并回收可用的物料,同時利用水泥原料的堿性及袋式除塵除去濾袋上的塵并中和、吸附爐窯廢氣中的酸性有害氣體。袋式除塵器是除塵設備中效率最高的除塵器。20世紀80年代,我國從美國、德國不斷引進電、袋除塵器技術,應用于水泥工業污染的防治。在此基礎上,通過消化、吸收和實踐經驗的積累,試驗、改進、創新,使我國電、袋除塵器技術得到了飛躍發展,逐漸形成了我國自有的電、袋除塵技術。
            袋式除塵器配套應用的配件和濾料在20世紀90年代相應通過引進、消化吸收和轉化也獲得了飛速發展,不僅品種增多,技術和質量也得到了很大提高。濾料從織物發展到針刺氈到復合濾料和覆膜濾料,從粗纖維到超細纖維,不斷提高了濾料的過濾性能,同時,濾料的壽命也大大提高。
            3 袋式除塵器的應用
            袋式除塵器的最大優點是不受粉塵的種類、粉塵濃度的(可處理濃度高達1 000 g/Nm3以上的廢氣)顆粒的大小和粉塵比電阻的限制,能適應工藝工況和負荷變化大的特點,其除塵效率仍可穩定達到99.99%,排放粉塵濃度可小至10 mg/Nm3以下,能有效捕集5 um以下的粉塵,可作為水泥物料的高效收塵器。同時也具有耐高溫、高濕、耐腐蝕、抗結露、防靜電、過濾易燃易爆氣體的能力。利用預涂層技術,向除塵器前管道中噴入物料(如石灰石、白云石、水泥等),濾袋上所積附的這些塵餅,可吸附瀝青、油霧和酸性有害氣體。
            袋式除塵器處理風量范圍大,小到1 000 m3/h,大到200×104 m3/h,占地面積小。當需要維護檢修時,可隨時分室停風進行,而不停機。
            袋式除塵器最大缺點是設備阻力大,一般為1 000~1 500 Pa,耐溫目前只能達到300 ℃(發展中的不銹鋼、陶瓷纖維可耐450 ℃以上)。
            袋式除塵器的品種較多,具體應用時應根據各工況點的煙氣特性,如煙氣量、溫度、含塵濃度、露點,以及粉塵、煙塵的特性等選擇適合的袋式除塵器,并使除塵器在最佳狀態下運行。
            水泥生產過程本身是一個粉塵處理與加工的過程,其主要的污染就是粉塵,有害氣體相對小些。對于干法生產,從頭至尾均有污染源,而生產線中排放的粉塵有些是被粉碎的原料和燃料,有些則是水泥的成品和半成品,具有很高的回收利用價值。采用袋式除塵器既能過濾和控制粉塵對大氣的污染,又能大量回收可利用的物料。袋式除塵器的品種較多,通過不斷努力和創新,目前使用較多的有兩種,即長袋脈沖除塵器和氣箱式脈沖除塵器。
            3.1 除塵設備選型
            長袋脈沖除塵器:這是一種袋長6~8 m的行噴式脈沖袋除塵器,屬高能脈沖噴吹清灰,清灰能力強,袋底壓力可達2 000 Pa,可處理高濃度粉塵,除塵效果好。近幾年較多地應用于水泥生產的高溫和常溫工況除塵系統中,其最大優點是濾袋較長,可達6~8 m,過濾面積大,過濾速度一般選用1.0~1.2 m/min,也有用到1.5 m/min,充分利用空間,占地面積小,可分室離線或在線清灰,高壓或低壓噴吹,可分室停風檢修與換袋,適于大中型、處理風量大的脈沖機組中。國內已廣泛應用于水泥、冶金鋼鐵、有色金屬、機械、化工行業,也應用于燃煤電站鍋爐除塵系統中,是袋式除塵器中的佼佼者。
            氣箱式脈沖除塵器:這是一種高能清灰的袋式除塵器,分室高壓脈沖噴吹清灰,可處理高濃度粉塵,是20世紀80年代末由美國Fuller公司引進的,主要應用于水泥工業常溫工況的各產塵工藝系統中,也已有部分應用于高溫窯爐煙氣的過濾除塵。經多年使用,除塵效果很好,排放濃度低、清灰強、阻力小、設備壽命長,很快就在水泥行業得到推廣應用,還可設計防靜電針刺氈及泄爆閥,可應用于煤粉制備工藝收塵系統中。其優點是體積小、占地面積少、節約投資。但其濾袋較短,一般為2.5~3 m,且布置較密,含塵氣體上升速度大。脈沖閥一個分室僅1~2個,清灰不夠均衡,適用于中小型除塵系統。
            3.2 除塵濾料選擇
            濾袋是袋式除塵器的核心。選用濾料的性能好壞直接關系到濾袋的使用壽命,也關系到除塵器的應用成敗。濾料近幾年來發展很快,且還在不斷發展中,市場上不僅有國內開發的新濾料,還有國外的多品種的濾料,品種繁多,性能各異,為我們提供了良好的選擇機會。濾料的選用要依據水泥工業產塵設備的特點及其含塵氣體與粉塵的物理化學性質來考慮,按選用的除塵器型號、清灰方式及各種適用的濾料來選用。
            3.2.1 對于水泥工業窯爐的高溫煙氣
            1)芳香族聚酰胺高溫濾料。商品名為美塔斯(metamax),耐溫200 ℃,瞬間可耐240 ℃ ,耐磨、耐折性能較好,耐堿尚可,耐酸性差,抗水解能力也差,但可進行拒水防油處理,以適當改進其防水解的特性,適于高溫而無酸性、含水份較少的煙氣中應用。
            2)聚酰亞胺(P-84)高溫濾料。耐溫240 ℃,瞬間260 ℃,具有三葉形橫截面過濾性能很好,抗氧化、耐酸、抗水解程度良好,耐磨、耐折性也好,耐堿差,適于在低含硫量的水泥爐窯中應用。
            3)氟美斯(FMS)高溫濾料。它是由玻纖與一種或二種以上耐高溫合成纖維混合及層狀復合的復合濾料,可達到更高、更新的物理及化學性能。較之上述合成化纖濾料,其伸長率小、變形小、耐溫高,耐腐蝕性好,高強低伸,尺寸穩定性更好,市場售價較低。較之玻纖濾料,其耐磨、抗折及剝離強度有明顯提高,且過濾速度可提高至1.0 m/min以上。此濾料還可經不同的表面化學處理與后整理技術,具有易清灰、拒水、防油、防靜電等特點。有多種品種,如玻纖與P-84復合的FMS9806型,耐溫260~300 ℃,耐酸堿程度有所提高,抗水解程度也有所提高,已用于各種高爐煤氣及部分工業窯爐煙氣的過濾,也已應用于水泥窯尾的脈沖袋式除塵器中,使用效果很好。過濾速度控制為0.9~1.0 m/min。
            4)玻纖膨體紗過濾布。它是在玻纖平幅布基礎上發展的新型織物,其緯紗由膨化紗組成,由于紗線膨松,其覆蓋能力及透氣性好,因而可提高過濾效率,降低過濾阻力,除塵效率可達99.5%。此種玻纖濾料的優點是耐高溫、中堿玻纖可長期耐260 ℃,無堿玻纖280 ℃,瞬間可達350 ℃。尺寸穩定性好,同時其拉伸斷裂強度高,優于合成化纖。其耐酸性能、中堿玻纖較好(HF酸除外),無堿較差;耐堿性在高溫下較差,水汽對玻纖有一定的影響,耐折性最差。為適應各種高溫窯爐煙氣過濾需要,對玻纖的缺點,南京玻纖研究院研制了對玻纖材料的各種表面處理的配方,以解決這些問題。經過配方處理的玻纖膨體紗已廣泛、成功應用于各種水泥窯爐煙氣的除塵。
            5)玻纖針刺氈。不僅具有玻纖織物濾料耐高溫,耐腐蝕,尺寸穩定,強度高的特點,且由于氈層纖維呈三維微孔結構,孔隙率高,過濾阻力小,除塵效率較膨體紗高,可達99.9%以上,過濾速度可提高為0.9~1.0 m/min。經表面配方處理的玻纖氈可用于低壓脈沖袋式除塵器,適于各種水泥爐窯。
            6)覆膜濾料。它是在各種經過表面配方處理的高溫合成化學纖維針刺氈、玻纖濾料、和常溫滌綸氈上覆合多微孔聚四氟乙烯薄膜而制成的,它集中了各合成化纖與玻纖的優點與聚四氟乙烯(PTFE)薄膜表面光滑、憎水透氣、耐腐蝕、化學穩定性好等優點,是一種較理想的表面過濾材料,過濾效率可高達99.99%,表面不易存留粉塵,清灰效果好,過濾阻力小而較穩定,過濾速度可有所提高,適用于各種反吹風及脈沖除塵器,適用于各水泥窯爐煙氣和常溫下各散塵設備的過濾,過濾后的煙塵排放濃度可低到30 mg/Nm3以下,甚至5 mg/Nm3以下。壽命長的可長達4年以上。
            3.2.2 對于水泥工業常溫煙氣
            1)滌綸針刺氈。滌綸纖維是一種應用極為廣泛的常溫濾料,長期使用溫度不能超過130 ℃,瞬間150 ℃,過濾、耐磨、耐折等性能良好,耐酸一般,耐堿性較差,水解穩定性較差。滌綸針刺氈孔隙率高,透氣性好,易清灰,過濾阻力低,壽命較長(可達2年),維護管理方便。排放濃度可<20 mg/Nm3。為改善和加強其性能,近幾年開發有高強度滌綸針刺氈,選用單絲強度為普通化纖長絲2~3倍的化纖高強工業用長絲做基布,其強度可為1 600~2 000 N,伸長率可降低1/2,從而大大提高了濾料的抗沖擊性及耐壓水平,減少濾袋的變形和破損。還有一種超細纖維針刺氈,是以超細旦滌綸纖維針刺而成,由于纖維直徑很細,致密度高、比表面積大、孔徑小、孔隙率高、透氣性能好,過濾性能大大高于一般滌綸氈,除塵效率可達99.99%,接近于覆膜濾料,且比覆膜濾料耐磨、耐沖擊,適于常溫下排放濃度要求較為嚴格(<15 mg/m3)、粉塵粒徑很細的過濾除塵。滌綸針刺氈可采用拒水防油劑經后整理工藝加工制成拒水防油滌綸氈,可應用于氣體中含濕量較大的場合,濾料不易堵塞糊袋,易清灰,可延長濾袋壽命。
            2)滌綸針刺氈防靜電濾料,是在針刺氈基布的經紗中摻入導電纖維紗或不銹鋼纖維等導電材料而加工制成的各種防靜電濾料,以防止由于粉塵與濾袋的磨擦而產生靜電火花引燃引爆,或防止有些易荷電的粉塵積聚在除塵器濾袋表面上而不易清灰,導致除塵器阻力上升,適用于煤粉制備工藝易燃易爆粉塵的過濾除塵。
            3.3 清 灰
            1)脈沖閥。氣箱脈沖式一般選用φ21/2″高壓直角式脈沖閥,但自身的阻力損失較大,故也有改用低阻淹沒式的。而長袋脈沖除塵器一般選用φ3″淹沒式脈沖閥,自身阻損較小。長袋脈沖除塵器的淹沒式脈沖閥應根據除塵器的性能選用,如濾袋的袋徑、袋長、離線或在線清灰的型式,過濾速度、每脈沖閥所噴吹的袋數,與脈沖閥連接的彎頭數量等,以確定脈沖閥的大小、噴吹壓力、脈沖寬度以及閥的噴吹量,確定噴管嘴的尺寸及至花板的距離。脈沖閥應選用優質產品,壽命達100萬次,使用壽命3~5年。
            2)分氣箱。分氣箱容量應滿足脈沖閥噴吹一次壓力下降不得大于30%的需要,供氣管路要滿足在噴吹間隔時間內提供一次噴吹量的需要。提供的壓縮空氣應去除雜質、油與水分。應設有減壓閥。
            3)噴吹參數。運行期間需依據脈沖除塵器所設定的濾袋阻力(如1 000 Pa)調整好噴吹壓力及脈沖寬度,盡量降低噴吹壓力和延長清灰周期,不使清灰過度或清灰不足,以保護濾袋表面的一次粉塵層不被破壞,保證設定阻力值。
            3.4 電 控
            要設計好袋式除塵器的清灰系統、卸輸灰系統的程序自動控制,同時設計好聯鎖、監測、安全保護裝置和超限報警,采用上位機(計算機)監控,以滿足除塵器運行和維護管理的需要。
            4 結 語
            總之,袋式除塵器是一個系統工程,只要把設計、加工制造、安裝和運行維護管理各方面的工作做好,就能促使袋式除塵器在水泥工業各個工藝點的除塵正常、安全、高效、達標運行,為我國環境保護工作盡心盡力。

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