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水泥除尘选型技术及指南

上传时间:2018-12-15 16:35    浏览次数:
  水泥行业是我国烟尘污染的大户,而量大面广的立窑企业总体形象尤为不好。今后水泥工业淘汰落后,不再以窑的规格界定,政府干预将主要依靠环保法、质量法。因此是否对粉尘进行认真治理,将决定立窑水泥在为我国的发展作出巨大贡献后还是否能够生存。
 
  从我国的国情出发,我国的现代立窑将与新型干法窑长期共存。所以立窑厂的烟尘治理,绝不只是短期行为,而是一项长期而重要的任务。对于立窑水泥企业的粉尘污染问题,已经不是难点,目前已有一些相对成熟的技术装备,主要问题还是领导重视不够、环保一次性投资不到位造成的。一般水泥企业的环保投资,要占固定资产投资的12%~16%(发达国家要达到20%以上),目前绝大多数立窑企业未达到这个水平。
 
  一、立窑收尘技术及设备
 
  1、立窑烟尘治理之难点
 
  立窑水泥厂的主要排放尘源是破碎机、烘干机、磨机、选粉机、立窑、包装机等。另外,输送设备、库顶、库底,进、出料口等是产生岗位扬尘的尘源。其中,立窑废气的治理难度最大。
 
  立窑的烟尘治理主要难在其烟气“湿、蚀、变”的特殊工况,不在于其烟气量大(比旋窑窑尾废气量要小得多),也不是其粉尘浓度高(立式磨和O-sepa选粉机的排放浓度要高出几十倍甚至上百倍)。“湿”指烟气含湿量大(8%~20%),露点温度高(40%~55%),酸露点温度更高;“蚀”指含腐蚀性烟气,尤其是添加复合矿化剂后氟酸的腐蚀尤为强烈;“变”指废气量、含尘量(1~30g/Nm3)、温度(45~450℃)、湿度、粉尘比电阻值(109~1012Ω·cm)等参数随工艺操作条件的频繁变化,大范围波动。
 
  2、国内现有的几种立窑收尘技术
 
  国内的产品可谓形式多样,除沉降室之外,有各种湿法除尘、电除尘及袋除尘。湿法除尘有喷雾、水淋、水膜、超声、旋流、自激、水浴、复合型等;电除尘有干法卧式、立式、立管旋伞式,湿法立式,水电复合式等;袋除法有采用反吹风清灰的玻纤袋收尘器(有上、下进气两种)以及采用脉冲清灰的低压长袋分箱脉冲收尘器等。从当前发展的眼光来看,高效的袋、电收尘技术仍是应用的主流。
 
  3、对几种收尘技术的研讨
 
  ①  水除尘
 
  水除尘的最大优点是适应现代立窑的暗火燃烧工艺,且对多变的工况有较强的适应性,同时不怕粉尘的黏附性,还有脱硫、脱氟的效果。它制作较为简单,投资较省。在上世纪80年代及90年代前、中期得到一定的应用。但水除尘难以达标,且阻力高、耗水量大,易造成二次污染,泥浆溶液有很强的腐蚀性,即使泥浆回成球盘又形成钾、钠的富集而影响熟料质量,同时排放的水雾弥漫、烟气浩荡。一些发达地区的环保部门,已明令严禁采用。
 
  ② 沉降室除尘
 
  机立窑厂初期建设由于受技术、资金及观念的制约,大多采用沉降室除尘。其优点是结构简单,投资最省,且不需要专人管理,消耗电能最少(只需消耗输送粉尘电能)。缺点是只能沉降粗颗粒粉尘,通常占60%以上的粒径50μm以下的粉尘难以捕集,远远不能满足排放要求。有些厂不得不在现有沉降室上酌情增设新的除尘设施,以满足达标排放的要求。
 
  ③ 水、电复合除尘
 
  笔者对这种除尘的投资和效果存在疑虑。因为第一级水除尘造成二次污染等弊病依然存在,而第二级电除尘防结露、锈蚀及除水雾的任务更加艰巨,如是单电场不可能实现无烟气排放。
 
  二、立窑收尘建议采用的技术与设备
 
  1、XCIY圆筒形立窑袋收尘
 
  由于袋式除尘器除尘效率高,适应粉尘浓度范围宽,且不受粉尘比电阻的影响,采用袋式除尘器进行机立窑烟气治理已成为大多水泥生产厂的选择。通常只要设计选型合理,制作无缺陷,采用袋式除尘器都能达到<50mg/Nm3的排放要求,完全可以保证达到<100mg/Nm3的一般排放标准。目前市场上使用较多的有LFEF上进风反吹、SKB下进风反吹及喷吹脉冲除尘器等,但大多数存在投资大,故障点多,滤袋寿命短等缺陷,难以推广。
 
  XCIY圆筒形立窑袋式除尘器的研制成功,解决了现有袋除尘器中存在的结构不合理、投资大、运行费用高,滤袋密封差,寿命短、“糊袋”,气流不均等问题,具有很好的效果。
 
  1.1 XCIY圆筒形立窑袋式除尘器的开发与研究
 
  XCIY袋式除尘器是在传统的反吹风除尘器基础上,根据立窑烟气特点,大胆创新,研究设计的一种新型袋式除尘器。该除尘器在设计过程中主要考虑了以下几点:
 
  ① 工艺系统的设计
 
  为了减少系统漏风,降低阻力,在工艺设计方面,该除尘器采用一级除尘,风机尽量布置在窑房顶部,以便于检修。
 
  ②工作温度的选择
 
  由于立窑正常工作时烟气温度一般在45-250℃之间,故设计除尘器的最大工作温度≤200℃,如遇到不正常窑况,温度过高时,可采用进风口掺冷风的办法,进行温度调节。
 
  ③结构设计
 
  由于立窑出风点位置较高,在设计时XCIY除尘器采用顶部进风,由中心风管导入下部,取消传统的上花板,使设备重心下移。此外结构设计还考虑了补偿热变形(在设备的基础上设置了弹性垫,烟道与除尘器联接部位设膨胀节),防腐蚀(所有与烟气接触部位均涂耐高温防腐涂料)等一系列措施,特别是采用圆筒形结构,使设备占地面积大大缩小,适宜场地狭窄的老线改造。因为圆筒形结构受力均匀合理,耗材少,因而相对来说造价也较低。
 
  ④滤料选择
 
  采用EWF550-RH玻纤膨体纱滤料,该滤料采用RH配方,利用非有机硅类憎水剂把憎水、耐磨、耐折、防腐等性能通过特定的工艺有机地统一在一起,具有耐高温、耐腐蚀、抗结露、易清灰、尺寸稳定、强度大、价格适中等优点,可在280℃下长期使用,瞬时高温可达300℃,是立窑除尘器的理想滤料。
 
  ⑤选择合理的风速
 
  过滤风速不仅决定了除尘器的体积大小,而且对设备的除尘效率、阻力、清灰效果、寿命等都有着决定性的影响,玻纤膨体纱的允许过滤风速为0.6m/min,为了保证除尘器长期稳定高效低阻运行,XCIY除尘器的过滤风速确定为0.5 m/min。
 
  ⑥ 改进滤袋固定方式
 
  采用卡箍代替扎绳,滤袋固定更牢固,密封效果更好,从而减少了掉袋故障,也提高了收尘效率,弹性吊挂装置的使用,可以很好地维持滤袋形状,减少滤袋的磨损,延长滤袋的使用寿命。
 
  ⑦ 抗结露设计
 
  由于立窑烟气露点较高,在除尘器进气管道、壳体、灰斗等部位均采用100mm硅棉保温,以减少壳体的散热,提高设备的蓄热能力。此外还使用了洁气反吹,减少反吹时因内外温差形成的结露。实际使用效果表明,除尘器的最佳使用温度在65-260℃之间,一般在60℃时也能正常使用。对于更低的窑温,可采用热风炉在烟气除尘器前掺加少量热风,在不影响立窑正常操作的前提下提高除尘器进口温度;也可采用降低湿含量、控制湿料层厚度、闭门操作、适当增加配煤量等方法来提高除尘器进口温度。
 
  ⑧ 微机控制系统
 
  控制机构的优劣,对设备的正常运行影响极大,XCIY的微机控制系统采用西门子公司的PLC可编程控制器,按预定程序进行反吹与工作的控制。该控制系统还增加了超温声控系统,出现反常的烟气温度时及时提醒操作工进行调整。
 
  ⑨减少运动部件
 
  为了简化操作,减少运动部件,降低故障率,XCIY立窑袋式除尘器采用了提升切换阀取代原来的出风及反吹蝶阀,大大简化了清灰程序,降低了故障率。且多个室共用一个灰斗及一个卸灰阀。这样整个除尘器仅用八个阀。
 
  ⑩设备检修简单,工作环境好。
 
  1.2 设备的工作原理
 
  ① 预分离
 
  立窑排出的含尘气体经烟道进入除尘器中心的进气总管,在除尘系统引风机产生的负压作用下由灰斗上方均匀进入除尘器的各个滤室,含尘烟气中的粗颗粒尘由于导流板的拦阻及自身重力的作用直接落入灰斗,实施粉尘预分离。
 
  ② 过滤
 
  含尘气体进入滤袋,粉尘被滞留在滤袋内表面,含尘气体则经过滤袋得到净化,净化后的气体进入滤室,然后经由三通切换阀排气通道、出气管道,由排风机排入大气,该设备为顶部进风,负压操作内滤式袋式除尘器。
 
  ③ 清灰及自动控制
 
  除尘器运行一段时间后,滤袋内表面捕集的粉尘增厚,除尘器的运行阻力上升,当增加到一定值后,就需要对滤袋进行清灰,这时微机指令提升切换阀关闭排气通道,同时打开反吹风管道,在反吹风机的作用下(方向与原气流方向相反)将原来膨胀的滤袋压瘪变形,清除掉滤袋内表面附着的粉尘,清下的粉尘落入灰斗,经卸灰阀排出,整个清灰过程是分室轮流进行的,不影响除尘器正常工作。
 
  1.3 设备应用举例
 
  XCIY立窑袋式除尘器研制成功后,由于其与众不同的优点,很快得到了用户的认可,产品已在江苏、广东、河北、贵州、四川、重庆、江西、山东、宁夏、湖南等地得到应用,均取得了良好的效果。
 
  广州和山水泥厂φ3.0×11机立窑原来采用了LFEF立窑除尘器,由于设计不合理,该除尘器自投产以来,进风不均匀且常有火星烧袋现象,滤袋仅两个多月就更换一次,粉尘排放经常超标。该厂于2002年2月份拆除原除尘器,将之更换为XCIY-3.0型除尘器,投运后,一直随主机同步运行,经环保部门检测,其粉尘进口浓度11.3g/m3,排放浓度仅47 mg/m3。使用一年多来,经多次检查,一直无故障运行,未发现滤料的糊袋,烧袋或破损现象。对该厂进行经济分析如下:
 
  (1)系统装机容量83KW,实际耗用约65KW,一年按300天生产计算,电费按0.4元/度计算,全年增加电耗18.72万元。
 
  (2)滤袋寿命一般在二年左右,按1.5年换一次袋计算,每年滤袋费用3.5万元。
 
  (3)设备总投资约50万元,按10年折旧,年折旧费用5万元。
 
  (4)回收粉尘:入口浓度按10g/Nm3,出口按100 mg/m3,年回收量:(1000-100)×70000×300×24×10-9=4990t
 
  按每吨粉尘70元计,增加效益4990×70=34.93万元
 
  (5)增加人员工资按1.5万元/年计。
 
  (6)全年经济增减34.93-18.72-3.5-5-1.5=6.21万元
 
  这样增加XCIY立窑除尘器后,扣除一切费用,还可增收6.21万元。
 
  2、电除尘
 
  电除尘也是一种高效收尘设备,其最大优点是阻力低(<250Pa)且稳定。设在立窑的顶部屋顶,可利用上升气流的热压差靠自然拔风而省掉排风机(即所谓“无动力”运行),节省运行费用。缺点是效率受粉尘比电阻值影响较大,存在事故排放,且随着运行时间的推移,效率大多呈下降趋势。性能好的干法电除尘器,正常天气可实现无烟、无尘排放,被一些业主看好。电除尘主要解决防腐、适应多变工况以及高压绝缘子结露爬电问题。
 
  三、水泥生产过程的收尘技术及设备
 
  1、XCQM气箱脉冲袋式除尘器
 
  立式磨及O-sepa选粉机作为新型高产节能粉磨工艺设备,在水泥厂得到普遍应用。它们的共性是出口的粉尘浓度高(一般在600g/Nm3以上,O-sepa出口可高达1000~1200g/Nm3)。对于收集如此高浓度的粉尘,通常采用旋风+普通收尘器二级收尘,但系统复杂、阻力大、能耗高。随着节能环保技术的发展,现采用XCQM气箱脉冲袋式除尘器一级收尘,即可满足出口50 mg/Nm3以内的排放要求,系统简单,阻力小,能耗低,是优选方案。
 
  1.1工作原理
 
  设备正常工作时,含尘气体由进风口进入灰斗,由于气体体积的急速膨胀,一部分较粗的尘粒受惯性碰撞或自然沉降等原因落入灰斗,其余部分尘粒随气流上升进入袋室,经滤袋过滤后,尘粒被滞留在滤袋的外侧,净化后的气体由滤袋内部进入上箱体,再由阀板孔、排风口排入大气,从而达到收尘的目的。随着过滤的不断进行,收尘顺阻力也随之上升,当阻力达到一定值时,清灰控制器发出信号,随着脉冲阀把用作清灰的高压逆向气流送入袋内,滤袋迅速鼓胀,并产生强烈抖动,导致滤袋外侧的粉尘抖落,达到清灰的目的。由于设备分为若干个箱区,所以上述过程是逐箱进行的,一个箱区在清灰时,其余箱区仍在正常工作,保证了设备的连续正常运转。之所以能处理高浓度,关键在于这种强清灰所需清灰时间极短(喷吹一次只需0.1~0.2秒)。
 
  1.2技术特点
 
  (1)无需预收尘设备,能一次性处理高达1000g/Nm3浓度的烟尘,排放<50 mg/Nm3,工艺流程简单。
 
  (2)袋室内无需喷吹管,机外换袋方便。
 
  (3)嵌入式弹性袋口,密封性能好。
 
  (4)脉冲阀数量小,清灰强度大,动作迅速。
 
  (5)整机采用微机自动控制,各参数易于调节,可实现无岗位工操作。
 
  (6)滤袋使用寿命2年以上。
 
  (7)易实现隔离检修,收尘器相对主机运转率100%。
 
  袋式除尘器作为过滤式除尘设备的一种,用于捕集非粘结性、非纤维性工业粉尘,具有除尘效率高且稳定、设备造价低、管理简单、维修方便等优点,是适宜收集水泥厂各种粉尘的性能优异,能完全满足环保要求的值得信赖的一种除尘设备。
 
  袋式除尘器的选择主要在于采用何种清灰方式,清灰效果在最大程度上决定着袋式除尘器的好坏。目前,袋式除尘器主要有以下三种清灰方法:
 
  3.1 机械振打
 
  机械振打主要是依靠机械力作用,使滤袋发生抖动、变形,从而达到清灰目的。由于机械清灰振动分布不均,要求的过滤风速低,对滤袋损害大,已逐渐被其他清灰方式代替。
 
  3.2 反吹风清灰
 
  反吹风清灰即逆气流清灰,是依靠反吹风机送入大量低速气流,使滤袋内外压力失衡,滤袋变形,达到清灰目的。由于滤袋具有趋平面性,反吹风清灰只能使滤袋产生部分变形,且变形位置固定,而滤袋上的粉尘层具有一定的弹性,滤饼不能大面积脱落,因而清灰不彻底,加之不同部位的滤袋过滤风速不同,也造成了除尘器局部阻力损失大,反吹清灰的清灰强度低,也限制了除尘器的过滤风速。
 
  3.3 脉冲清灰
 
  脉冲清灰是利用脉冲阀使压缩空气在瞬间释放所产生的空气爆,使滤袋产生脉冲膨胀振动。滤袋壁得到极大的加速度,同时在逆气流作用下震落滤袋上的滤饼。与振打及反吹风相比,脉冲清灰属强清灰,采用这种方式清灰强度大,滤袋寿命长、收尘效率高、过滤速度大,优势十分明显。
 
  针对该厂目前的情况,从节省投资和除尘效果出发,本方案采用气箱脉冲除尘器:
 
  XCQM 气箱脉冲袋除尘器是在引进美国富乐(Fuller)公司技术基础上,吸收德国同类产品的技术优点,结合我国实情研制开发的新型高效袋式除尘设备,它集分室反吹和脉冲喷吹袋式除尘器的优点为一体,克服了分室反吹的清灰动能不足,脉冲喷吹的清灰与过滤同时进行的缺陷,扩大了袋式除尘设备的应用范围。1.3推广应用情况
 
  该收尘器在立式磨、选粉机、烘干机、生料磨、水泥磨、包装机、破碎机等排放点已推广应用上千台。
 
  2.反吹风袋收尘器
 
  反吹风袋收尘器,系内滤式,属弱清灰,一室每次反吹时间要10~20秒,只能处理常规浓度的烟尘,通常的优势是价格较便宜。常规使用典型的代表型号为XCDC型系列反吹风袋收尘器及水天兰牌抗结露布袋除尘器(称“傻瓜型”布袋)。XCDC型系列反吹风袋收尘器收尘器适用于破碎、包装及常规生料磨、水泥磨的收尘,推广应用数百台。抗结露布袋除尘器除了在立窑上没应用外,在立窑厂其他的排放点、扬尘点以及旧收尘器的改造,都有普遍的应用。
 
  3、立式、旋伞、宽极距静电除尘器
 
  (1)基本结构
 
  该产品由6部分组成:①电场本体;②锁风卸灰装置;③排风系统;④振打清灰系统;⑤高压硅整流变压器;⑥电气控制系统。
 
  (2)工作原理
 
  含尘气体在引风机负压作用下,由进风管进入除尘器均风箱,然后通过旋流装置,形成沿电场方向运行的旋转气流,大颗粒粉尘在碰撞和离心力的作用下与气体分离落入积灰斗中,细微粉随旋流气体进入电场。
 
  荷电后的粉尘在电场力的作用下,向极性相反的电极运动,被电极吸附后,释放所带电荷,成为中性粒子,振打系统用强力将收尘极板上的粉尘振下,落入积灰中。
 
  落入积灰中的粉尘累积到一定数量,将被锁风卸灰装置排出积灰斗,净化后的气体被风机通过管路排入大气中,完成整个收尘过程。
 
  (3)推广应用情况
 
  该除尘器在烘干机、生料磨、破碎机等设备的收尘上有很好的使用效果。
 
  四、除尘器改造及分散扬尘点的集中除尘
 
  1、除尘器改造
 
  原有的除尘器外壳仍可利用,但内部结构不好用或需增加过滤风量等原因,可采用留壳改仁的办法进行改造。
 
  2、分散扬尘点的集中除尘
 
  水泥生产,从来料破碎、烘干、二磨一烧到包装过程中,还有遍布全线的扬尘点。比如破碎机出料口,库顶,库底,进、出料口,包装机,皮带机转运处,提升机入口处或设备卸料口等。
 
  对这些分散扬尘点,需设置大小,高低合适的风罩抽风,吸入口风速>1m/s,可保证岗位浓度≤6mg/m3的标准。具体治理方案有两种。
 
  (1)对于车间内扬尘点较集中者,采用多支吸风管道连接集中收尘,风管设计必须符合风量分配合理原则,有时需在阻力较小的支管上设置调节阀,调节风量的分配。收尘器排风口则安置在车间外或屋顶上,以保证车间内空气的清洁。收尘器采用XCQM气箱脉冲袋除尘器、XCDC或反吹袋收尘器均可。
 
  (2)另外,对于车间外较分散的扬尘点,建议采用单机收尘,就地治理。采用XCQM气箱脉冲单机袋式收尘器,可实现在线清灰,无运动部件,可靠而持续高效。
 
  五、结束语
 
  企业的污染治理,要实施于生产的全过程,国标GB4915-1996,对生产设备大气污染的烟尘(或粉尘)、二氧化硫、氮氧化物(以NO2计)及氟化物(以总氟计)都有详细规定,且随着环保力度的加大,标准只会越来越严。
 
  但是,科技是在不断发展进步的,随着综合性能更加优越的收尘设备不断的涌现,以及各水泥生产企业对环保的重视程度不断加深,现代立窑企业也必将会成为绿色无污染的生产企业。

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