我國的水泥生產(chǎn)企業(yè)是由小到大逐步發(fā)展起來(lái)的，尤其在“十一五”期間和“十二五”初期，我國水泥工業(yè)取得了長(cháng)足發(fā)展，新型干法水泥技術(shù)在節能、大型化方面取得突破性進(jìn)展，目前新型干法水泥窯規模以5000t/d熟料規模為主，規模 大的已達到12000t/d熟料。
水泥生產(chǎn)排塵量約占全國排放總量的70%以上，成為工業(yè)粉塵的主要排放源,嚴重污染了環(huán)境，為適應國家“十二五”和今后一段時(shí)間環(huán)境管理的需求，有效加強對顆粒物、SO2、NOx等的排放控制，國家環(huán)境保護部已于2012年組織對《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2004）進(jìn)行修訂，新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2013）已于2013年12月27日發(fā)布，將于2014年3月1日正式實(shí)施，新標準除嚴格水泥工業(yè)NOx排放控制外，進(jìn)一步降低顆粒物的排放水平，按照新標準要求，新建企業(yè)自2014年3月1日起，現有企業(yè)自2015年7月1日起，顆粒物排放控制執行新標準的排放限值要求：水泥窯及窯尾余熱利用系統、烘干機、烘干磨、煤磨及冷卻機等熱力設備排放限值為30mg/Nm3，破碎機、磨機、包裝機等通風(fēng)設備排放限值20mg/Nm3。另外，重點(diǎn)地區企業(yè)執行大氣污染物特別排放限值:熱力設備排放限值為20mg/Nm3，通風(fēng)設備排放限值10mg/Nm3。
作為新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)熱力設備，窯頭和窯尾的粉塵排放是水泥廠(chǎng) 大的粉塵污染源，應GB4915-2013新標準的排放限值要求，水泥廠(chǎng)窯頭和窯尾只有采用高效袋除塵器、高效電除塵器和高效電-袋復合除塵器才能使廢氣排放達標。因袋除塵器具有能處理微細粉塵、除塵效率高、結構簡(jiǎn)單、適應性強、系統運行穩定等優(yōu)點(diǎn)，故袋除塵器更有優(yōu)勢，下面主要對水泥廠(chǎng)窯尾袋除塵器的選型及應用方面進(jìn)行探討。
1 回轉窯窯尾廢氣的特性
回轉窯的廢氣是由燃料燃燒后的煙氣、水泥原料在分解反應中生成的CO2、生料干燥過(guò)程中放出的水蒸氣以及過(guò)?？諝獾冉M成。廢氣中的粉塵主要是已經(jīng)干燥的和部分分解的入窯生料，少量的熟料微粒、未完全燃燒顆粒和燃料的灰分。此外還有少量鉀、鈉、硫的氧化物結晶。新型干法水泥回轉窯窯尾廢氣具有如下特點(diǎn)：
（1）含塵濃度高，窯外分解窯窯尾廢氣含塵濃度為40～80g/m3；
（2）溫度高，新型干法窯外分解窯窯尾廢氣溫度為320～350℃左右；
（3）含塵顆粒細，<10μm的細顆粒占90%～97%，小于2-3μ的細顆粒占50%；
（4）粉塵中有一定的堿含量，剝離性較差；
（5）風(fēng)量較大，且隨著(zhù)窯系統工況變化時(shí)風(fēng)量不穩定；
（6）粉塵比電阻高，正常高達1012～1013Ω.cm。
為響應節能、降耗、減排等政策要求，新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)積極利用窯尾廢氣的余熱，主要用于物料烘干和余熱發(fā)電等，經(jīng)過(guò)余熱利用后的廢氣的特性發(fā)生較大的變化，如廢氣溫度得到降低、粉塵濃度提高等。
2 國內窯尾袋除塵技術(shù)的現狀及發(fā)展趨勢
自上世紀80年代中期以來(lái)，我國研究和設計單位先后引進(jìn)了美國富樂(lè )公司的氣箱脈沖、反吹風(fēng)等系列袋除塵技術(shù)和歐洲的脈沖袋除塵器技術(shù)。我國用于水泥廠(chǎng)窯尾的袋除塵器主要有反吹風(fēng)袋除塵器、在線(xiàn)高壓脈沖噴吹袋除塵器和低壓長(cháng)袋脈沖袋除塵器，我院先后研制的窯尾用袋除塵器主要有CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器、GMC型高溫高壓脈噴袋除塵器和CDMC型低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器三種。
CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器是我院研制的一種窯尾用袋除塵器，該除塵器采用三狀態(tài)清灰工藝，同時(shí)在鋼結構本體設計方面，采用了標準箱體式和用戶(hù)型板塊結構，在260?C以下高含塵濃度煙氣條件下，能長(cháng)期高效運行，收塵效率可穩定在99.99％以上，如采用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的玻纖膨體紗濾袋，可提高濾袋性能和降低阻力。該類(lèi)除塵器在初期顯示其很多優(yōu)越性，但其具有如下突出特點(diǎn)和不足：①采用內濾式，如清灰不徹底會(huì )造成袋內積灰；②過(guò)濾風(fēng)速選取值偏低，設計過(guò)濾風(fēng)速正常取0.45m/min以下，因此設備鋼耗較高、體積較大； ③采用反吹風(fēng)清灰，清灰動(dòng)能較低，很難清灰徹底，清灰時(shí)引入大量新鮮冷空氣，不利于防結露。④排放濃度正常能達50mg/Nm3以下。隨著(zhù)節材、節能和環(huán)保意識的逐步提高，尤其擬定新標準的排放濃度限值的降低，CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器將會(huì )逐步被脈沖類(lèi)袋除塵器取代。
GMC型高溫高壓脈噴袋除塵器是在新型XMC型高壓脈沖袋除塵器研制基礎上于1998年研制成功的，其具有以下顯著(zhù)的性能特點(diǎn)：①采用外濾式，設計過(guò)濾風(fēng)速可取1.0～1.2m/min，設備鋼耗較低；②能處理窯尾高濃度含塵氣體，只要一級收塵；③采用高壓脈沖清灰，清灰氣源壓力控制在0.5～0.7Mpa，清灰動(dòng)能大，清灰徹底； ④除塵效率高，出口排放濃度可控制在30mg/Nm3以下，采用覆膜濾料出口排放濃度控制在10mg/Nm3以下。
我院在低壓長(cháng)袋脈沖袋除塵器技術(shù)方面做了長(cháng)期深入的研究，1999年成功研制了LMC型低壓長(cháng)袋脈沖回轉窯袋除塵器，后來(lái)在此基礎上又成功研制了CDMC型低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器，CDMC型低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器于2009年通過(guò)省級技術(shù)鑒定，并廣泛應用于新型干法水泥廠(chǎng)窯頭系統和窯尾（或窯磨一體機）廢氣除塵。CDMC系列低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器綜合了分室反吹和脈沖清灰兩類(lèi)除塵器的優(yōu)點(diǎn)，克服了分室反吹清灰強度不足和一般脈沖清灰粉塵再吸附缺點(diǎn)，使清灰效率提高，噴吹頻率大為降低。與以上兩類(lèi)除塵器相比，該除塵器具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：①清灰氣源壓力為0.2～0.4Mpa，清灰周期比一般脈沖除塵器長(cháng)，清灰能耗低，②因清灰頻率低，故提高了濾袋和脈沖閥的壽命；③因采用了6米以上長(cháng)度的濾袋，鋼耗低，占地面積小，節約設備和土建等投資；④與反吹風(fēng)袋除塵器相比，采用上部抽袋方式，改善了換袋的操作環(huán)境。
隨著(zhù)脈沖閥和濾料技術(shù)的發(fā)展，再加上低壓長(cháng)袋脈沖袋除塵器具有的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，在新建水泥生產(chǎn)線(xiàn)或老廠(chǎng)窯尾除塵器改造中，低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器技術(shù)將得到越來(lái)越廣泛的應用。
3 窯尾袋除塵器的選型
根據工藝設計方案和原始參數對袋除塵器進(jìn)行選型，主要步驟包括：袋除塵器類(lèi)型的確定、處理風(fēng)量的確定、濾料的選擇、過(guò)濾風(fēng)速的選取、過(guò)濾面積的計算、除塵器規格的選取等。下面以我院的三種類(lèi)型及型號的窯尾袋除塵器為例進(jìn)行介紹。
3.1 袋除塵器類(lèi)型的確定
該三種袋除塵器的結構及工作原理介紹如下：
（1）CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器
CXS(II)型袋除塵器的主體結構由箱體、袋室、灰斗、進(jìn)出風(fēng)管四大部分組成,并配有基礎支柱、爬梯、欄桿、檢修門(mén)、濾袋及吊掛裝置、壓縮空氣氣路系統、清灰系統、控制系統、卸灰輸送系統等。
該袋除塵器主要由進(jìn)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。
其工作原理：CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器它的工作原理是：正常工作時(shí)，含塵氣體在通風(fēng)機作用下壓入進(jìn)氣部管，通過(guò)各進(jìn)氣支管，進(jìn)入各個(gè)灰斗，均勻地通過(guò)花板，然后涌入濾袋，大量粉塵就被滯留在濾袋上，部分直接掉入灰斗，而氣流則透過(guò)濾袋達到凈化，凈化后的氣流通過(guò)排氣管排入大氣。隨著(zhù)濾袋織物表面附著(zhù)粉塵層的增厚，收塵器的阻力不斷上升，通過(guò)反吹風(fēng)機通過(guò)反吹風(fēng)機的抽吸作用，改變了濾袋內外的壓差進(jìn)行清灰。大量粉塵掉入灰斗，由排灰閥卸出。清灰工作完成后，進(jìn)行正常過(guò)濾工作。收塵器整個(gè)運行、清灰過(guò)程是由PLC自動(dòng)控制來(lái)完成的。
（2）GMC型高溫高壓脈沖噴吹袋除塵器
該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。
其工作原理：含塵氣體經(jīng)過(guò)風(fēng)道進(jìn)入除塵器已擴大的灰斗進(jìn)行預收塵，通過(guò)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(guò)1500pa, 高壓氣體經(jīng)電磁脈沖閥產(chǎn)生脈沖，使氣包內壓縮空氣由噴吹管孔眼噴吹，（稱(chēng)一次風(fēng)）通過(guò)文丘里管誘導數倍于一次風(fēng)的周?chē)諝猓ǚQ(chēng)二次風(fēng)）進(jìn)入濾袋使濾袋瞬時(shí)急劇膨脹，并伴隨著(zhù)氣流的反作用抖落粉塵，達到清灰的目的，使用PLC自動(dòng)控制裝置實(shí)現定時(shí)清灰，可根據粉塵濃度隨意調節清灰周期和脈噴時(shí)間，使除塵器在較低的阻力范圍內運行。
（3）CDMC型低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器
該袋除塵器主要由進(jìn)氣管路、進(jìn)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。
其工作原理：含塵煙氣經(jīng)煙道進(jìn)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(jīng)凈氣室、出風(fēng)蝶閥和排風(fēng)道 終排入大氣。除塵器運行一段時(shí)間后，濾袋外表面捕集的粉塵層增厚，除塵器的運行阻力上升，當增加一定值后，就需要對濾袋進(jìn)行清灰，整個(gè)清灰過(guò)程主要是通過(guò)脈沖閥來(lái)進(jìn)行的，首先關(guān)閉排風(fēng)閥打開(kāi)脈沖閥，壓縮空氣通過(guò)噴管向本排每條濾袋噴射氣流，使濾袋產(chǎn)生變形、震動(dòng)以達到清灰的目的。清灰結束后，排風(fēng)閥再次打開(kāi)，收塵器又進(jìn)入過(guò)濾狀態(tài)，互不干擾，實(shí)現了長(cháng)期連續運行，提高了清灰效果。
3.2 處理風(fēng)量的確定
水泥窯尾袋除塵器的處理風(fēng)量應根據工藝計算再結合經(jīng)驗數據，按生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的 大廢氣量選取。新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)都將窯尾煙氣用于原料烘干，窯尾工藝系統實(shí)際上包括了原料粉磨烘干系統。當原料磨運行時(shí)，除塵系統要同時(shí)處理窯尾廢氣和原料磨廢氣，稱(chēng)為聯(lián)合操作。當原料磨停運時(shí)，除塵系統只處理窯尾廢氣，稱(chēng)為直接操作。對水泥窯尾袋除塵器來(lái)說(shuō)，直接操作時(shí)由于廢氣量和粉塵濃度較聯(lián)合操作低, 所以應考慮聯(lián)合操作時(shí)的廢氣量。
3.3 濾料的選擇
濾料是袋除塵器的核心部件，濾料的性能和壽命直接決定了袋除塵系統的使用性能和經(jīng)濟效果。在進(jìn)行窯尾袋除塵器用濾料選擇時(shí), 首先要分析廢氣特性對濾料性能的影響, 主要考慮廢氣的溫度、濕度、腐蝕性以及氧化劑等因素，除了廢氣特性外，粉塵濃度、除塵效率、阻力、粉塵剝離率、清灰方式也影響著(zhù)濾料的選擇；同時(shí), 濾料經(jīng)向緯向斷裂強力和斷裂伸長(cháng)率也是需要考慮的重要因素。目前，水泥廠(chǎng)窯尾袋除塵器常用濾料主要有玻璃纖維膨體紗、玻纖覆膜、P84和高溫復合濾料四大類(lèi)，窯尾袋除塵器常用四種濾料的具體性能特點(diǎn)見(jiàn)表1。
3.4 過(guò)濾風(fēng)速ω的選取
為使袋除塵器高效穩定運行，應根據水泥窯尾廢氣的性質(zhì)、工藝狀況、濾料的種類(lèi)、清灰方式等選取合適的過(guò)濾風(fēng)速。對于CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器，濾袋選用玻璃纖維膨體紗濾料和玻纖覆膜濾料，濾料可以在260℃連續使用，允許瞬間耐溫為280℃，具有耐溫高，抗拉、抗酸堿性好，憎水和憎油性能優(yōu)良有等特點(diǎn)。對于GMC型高溫高壓脈沖噴吹袋除塵器和CDMC型低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器，濾袋可以選用玻纖覆膜、P84和高溫復合濾料，該三種濾料各具特點(diǎn)。綜合考慮各因素，對于CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器，當選用玻璃纖維膨體紗濾料時(shí)，過(guò)濾風(fēng)速選≤0.45m/min，當選用玻纖覆膜濾料時(shí)，過(guò)濾風(fēng)速選≤0.6m/min，對于脈沖噴吹袋除塵器，當選用玻纖覆膜濾料時(shí)，過(guò)濾風(fēng)速選≤1.0m/min，當選用P84濾料時(shí)，過(guò)濾風(fēng)速選≤1.2m/min，當選用高溫復合濾料時(shí)，過(guò)濾風(fēng)速選≤0.90m/min。 具體詳見(jiàn)表１。這里所提的過(guò)濾風(fēng)速是凈過(guò)濾風(fēng)速，其過(guò)濾風(fēng)速數值為一般建議, 在具體選擇時(shí)要充分考慮工藝參數、濾料的技術(shù)性能、經(jīng)濟性、目標使用壽命、濾料供應商等因素，尤其要注意的是, 即使是相同種類(lèi)的濾料，不同的濾料生產(chǎn)供應商所提供的濾料質(zhì)量有較大的差異, 在選取過(guò)濾風(fēng)速時(shí), 這種差異要給予充分的考慮。
3.5 過(guò)濾面積S的計算
過(guò)濾面積S=處理風(fēng)量Q/(60×過(guò)濾風(fēng)速ω)
式中: S——過(guò)濾面積, m2；
Q——廢氣量, m3/h；
ω——過(guò)濾風(fēng)速, m/min。
要說(shuō)明的是, 對于離線(xiàn)清灰的袋除塵器, 采用以上公式計算出來(lái)的過(guò)濾面積為凈過(guò)濾面積, 凈過(guò)濾面積是指扣除離線(xiàn)清灰室以后的過(guò)濾面積，在具體選型時(shí)，根據推算的總過(guò)濾面積選擇相應規格。對于在線(xiàn)清灰的袋除塵器,計算出來(lái)的凈過(guò)濾面積就是總過(guò)濾面積。
3.6 除塵器規格的選取
根據過(guò)濾面積，對照相應袋除塵器的規格和性能表選擇一種規格。該三種袋除塵器的規格和性能表分別見(jiàn)表2、表3、表4。根據回轉窯的規格和熟料產(chǎn)量，也可以為業(yè)主設計非標型產(chǎn)品。
4 窯尾袋除塵器的應用
CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器是我院研制的一種高效收塵設備，作為部級項目的科研成果，分別在常州、徐州、萍鄉等水泥廠(chǎng)通過(guò)部級鑒定，1982年獲建材部科技成果三等獎，并于一九八五年獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎。該類(lèi)型除塵器在GB4915-2004頒布實(shí)施前曾經(jīng)發(fā)揮了積極作用，隨著(zhù)節材、節能和環(huán)保意識的逐步提高，尤其是GB4915-2013新標準的排放濃度限值的進(jìn)一步降低，CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器將會(huì )逐步被高溫脈沖噴吹類(lèi)袋除塵器取代。
GMC型高溫高壓脈噴高溫袋除塵器自研制以來(lái)廣泛應用于水泥窯尾廢氣治理，目前已推廣銷(xiāo)售了40余臺，應用于新疆屯河五宮水泥廠(chǎng)、烏魯木齊燕兒窩水泥廠(chǎng)、新疆天山和靜水泥有限公司等生產(chǎn)線(xiàn)項目。該類(lèi)型除塵器技術(shù)于2003年通過(guò)省級技術(shù)鑒定，并榮獲“2005年度建材行業(yè)科技進(jìn)步三等獎”榮譽(yù)。
CDMC型低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器在許多生產(chǎn)線(xiàn)成功應用的基礎上，于2009年通過(guò)省級技術(shù)鑒定，該系列技術(shù)和產(chǎn)品已在國內外水泥廠(chǎng)廣泛推廣應用，可為10000t/d及其以下不同規模的水泥生產(chǎn)線(xiàn)窯尾除塵提供配套設備，至今在水泥廠(chǎng)窯尾已推廣應用了兩百余臺，成功應用于青州中聯(lián)水泥公司、唐山冀東水泥股份有限公司、懷寧上峰水泥有限公司、寶雞眾喜水泥有限公司、春江集團有限公司、沙特NCC、越南緣何公司、埃塞俄比亞等新建的水泥生產(chǎn)線(xiàn)項目。由于突出的應用業(yè)績(jì)，該類(lèi)型除塵器技術(shù)申請并獲得3項國家專(zhuān)利授權，先后榮獲“2003年度國家 佳環(huán)保實(shí)用新技術(shù)”、“2004年度環(huán)境保護科學(xué)技術(shù)三等獎”、“中新集團技術(shù)創(chuàng )新成果一等獎”、“2009年度建材行業(yè)科技進(jìn)步三等獎”等榮譽(yù)。
為適應新標準GB4915-2013實(shí)施的要求，低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器由于其具有除塵效率高、清灰徹底、出口排放濃度低、濾袋使用壽命長(cháng)、維護方便、占地面積小、系統運行穩定等優(yōu)點(diǎn)，必將逐步占據主導地位。近年來(lái)，除廣泛應用于新建水泥生產(chǎn)線(xiàn)，該類(lèi)型袋除塵器技術(shù)在現有生產(chǎn)線(xiàn)窯尾除塵系統環(huán)保改造中發(fā)揮了積極的作用。
5 總結與體會(huì )
?。?）應新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2013）的排放限值要求，水泥廠(chǎng)窯尾只有采用高效袋除塵器、高效電除塵器和高效電-袋復合除塵器才能使廢氣排放達標。因袋除塵器具有能處理微細粉塵、除塵效率高、結構簡(jiǎn)單、適應性強、系統運行穩定等優(yōu)點(diǎn)，故袋除塵器更有優(yōu)勢。
?。?）根據水泥窯尾含塵廢氣特性，為滿(mǎn)足不同時(shí)期排放標準的要求，國內先后研制的窯尾袋除塵器技術(shù)和產(chǎn)品主要有反吹風(fēng)袋除塵器、在線(xiàn)高壓脈沖噴吹袋除塵器和低壓長(cháng)袋脈沖袋除塵器，在不同階段發(fā)揮了積極的作用。
?。?）窯尾袋除塵器的選型主要包括袋除塵器類(lèi)型的確定、處理風(fēng)量的確定、濾料的選擇、過(guò)濾風(fēng)速的選取、過(guò)濾面積的計算、除塵器規格的選取等內容。
?。?）針對窯尾工藝系統和含塵廢氣的特性，國內先后研制和應用的典型技術(shù)和產(chǎn)品有三種：CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器、GMC型高溫高壓脈噴高溫袋除塵器、CDMC型低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器，其中CDMC型低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器應用 多。
（5）為適應新標準GB4915-2013實(shí)施的要求，低壓長(cháng)袋脈噴高溫袋除塵器必將占據主導地位，該類(lèi)型袋除塵器技術(shù)在現有生產(chǎn)線(xiàn)窯尾除塵系統環(huán)保改造中將發(fā)揮更加積極的作用。
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水泥廠(chǎng)窯尾幾種袋除塵器的選型及應用要點(diǎn)
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