XL系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
1.引言
立窯煙氣治理難，不在其煙氣量大，也不在其粉塵濃度高，關(guān)鍵在其含濕量高（12%左右），腐蝕性強(qiáng)（H2SO 4、HF等）和人工操作窯面，工況波動(dòng)范圍大；加上近年來(lái)，立窯水泥廠為提高產(chǎn)質(zhì)量、降低熱耗都采用大風(fēng)大料、暗火操作的煅燒工藝，使得立窯煙氣下限溫度變得更低（60℃左右），立窯煙氣的露點(diǎn)在（45～55℃），酸露點(diǎn)溫度更高。傳統(tǒng)布袋除塵器的使用溫度都在70℃以上，且是除塵器的出口溫度，這使得許多企業(yè)用了除塵器以后，必須改變?cè)械牟僮鞣椒ǎūＷC立窯煙氣在80℃以上），這樣不僅產(chǎn)量會(huì)降低很多，而且熱耗也驚人地增加，因此出現(xiàn)了許多立窯企業(yè)雖上得起除塵器但用不起除塵器、有的白天開(kāi)晚上停、有的干脆就停在那里不用的現(xiàn)象。
隨著環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)GB4915—2004《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，確保立窯“無(wú)煙無(wú)塵”達(dá)標(biāo)排放已成為立窯水泥廠的生命工程。為使得立窯水泥企業(yè)在眼前的水泥行情下具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，南京立窯所推出了“兩磨一窯加環(huán)保，增產(chǎn)節(jié)能又降耗”的立窯企業(yè)整體升級(jí)改造技術(shù)。其新推出的“XL系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器”是其中“環(huán)保”的一個(gè)主打產(chǎn)品。是綜合國(guó)內(nèi)外袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合多年的實(shí)踐而推出的一種新型專利袋除塵器。該除塵器既適合于機(jī)立窯煙氣“濕、蝕、變”的特性，又適合于大風(fēng)大料、暗火操作的生產(chǎn)工藝。
2.基本結(jié)構(gòu)原理（見(jiàn)圖1）
XL 系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器以磚墻及鋼筋混凝土為本體，采用上部進(jìn)風(fēng)，含塵氣體由頂部一個(gè)較大的均風(fēng)調(diào)質(zhì)倉(cāng)均勻進(jìn)入各室，較大顆粒由于慣性作用，直接落入灰斗，其余經(jīng)濾袋過(guò)濾后進(jìn)入濾袋外表面，后經(jīng)排風(fēng)閥，排風(fēng)連接管，排風(fēng)主管，由主風(fēng)機(jī)、煙囪排入大氣。隨著過(guò)濾時(shí)間的加長(zhǎng)，濾袋上的積灰增加，濾袋的透氣性下降，系統(tǒng)的阻力增加，當(dāng)系統(tǒng)阻力增加到一定程度后，除塵器自動(dòng)啟動(dòng)清灰系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)定好的程序啟動(dòng)反吹風(fēng)機(jī)，然后關(guān)閉排風(fēng)閥，停止該室過(guò)濾，同時(shí)打開(kāi)該室反吹風(fēng)閥，反吹風(fēng)經(jīng)反吹風(fēng)主管，反吹風(fēng)閥，反吹連接管，進(jìn)入該室進(jìn)行反吹。數(shù)秒后該室重新進(jìn)入過(guò)濾狀態(tài)。由于布袋上粉塵又細(xì)又粘，一次清灰效果并不太理想，經(jīng)暫短時(shí)間后，程序重新啟動(dòng)反吹風(fēng)機(jī)，對(duì)該室進(jìn)行第二次反吹清灰。
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圖1 結(jié)構(gòu)原理圖
3 設(shè)計(jì)與應(yīng)用
3.1 本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1.1 磚混結(jié)構(gòu)是立窯除塵器的最佳選擇
由于全鋼結(jié)構(gòu)的立窯袋除塵器具有散熱快，耐腐蝕性差，投資成本高等缺陷，我們用磚混結(jié)構(gòu)代替鋼板結(jié)構(gòu)，除塵器上的進(jìn)出氣主管、反吹主管、煙囪、灰斗及殼體采用磚混制作。因磚混結(jié)構(gòu)具有吸熱放熱特性，對(duì)煙氣有調(diào)質(zhì)作用，使得除塵器能低溫運(yùn)行；磚混結(jié)構(gòu)的防腐能力強(qiáng)，只要嚴(yán)格把握施工要求，除塵器的磚混制作部分是永久性的。由于磚塊、鋼筋等原材料水泥廠比較容易得到，水泥就更不用說(shuō)了，這樣就省去了大量的鋼材、運(yùn)費(fèi)、安裝費(fèi)等，所以投資省。
3.1.2 磚混結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)制作用嚴(yán)格
許多水泥廠都喜歡磚混結(jié)構(gòu)，很多水泥廠的上部煙囪，沉降室都用過(guò)磚混結(jié)構(gòu)，但因開(kāi)裂太嚴(yán)重，很多已改用鋼板結(jié)構(gòu)。所以水泥企業(yè)對(duì)磚混結(jié)構(gòu)除塵器最擔(dān)心的就是開(kāi)裂問(wèn)題。我們經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，在XL系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器上采用了“統(tǒng)一表面張力”和“整體應(yīng)力平衡”兩大工藝手段，使除塵器成為一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體。
3.2 清灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.2.1 采用大口徑、中長(zhǎng)度、抗磨抗結(jié)露處理的化纖袋
內(nèi)濾室布袋的直徑一般都在Φ160～300mm范圍內(nèi)，長(zhǎng)度一般在6～10m之間, 長(zhǎng)徑比一般在20～35之間。對(duì)于立窯煙氣粉塵來(lái)說(shuō)，口徑越大，布袋的剝落性越就越好！同樣口徑越大，單位占地面積內(nèi)的過(guò)濾面積越小，且袋口的張力也越大；布袋長(zhǎng)徑比除考慮平面布置，還應(yīng)考慮到袋口風(fēng)速，因?yàn)閷?duì)于一定直徑的濾袋，濾袋愈長(zhǎng)，每根濾袋的風(fēng)量愈大，袋口的入口風(fēng)速愈大，對(duì)袋口的磨損也愈厲害。XL系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器采用Φ260mm×8.1m的抗結(jié)露處理的化纖袋，克服了傳統(tǒng)用玻纖袋抗折抗磨性能差、半年一換的局面。
3.2.2 獨(dú)特的花板布置
XL系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器采用獨(dú)特的花板布置，使布袋在正常工作時(shí)處于共振狀態(tài)，部分附在布袋內(nèi)表面的粉塵因共振作用，落入灰斗，減少布袋上的積灰，降低除塵器的運(yùn)行阻力。
3.2.3采用預(yù)熱大氣對(duì)除塵器進(jìn)行反吹清灰（專利技術(shù)）
立窯除塵器的反吹一直是立窯除塵的一個(gè)難點(diǎn)。由于立窯煙氣的露點(diǎn)在45～55℃之間，用大氣反吹，要求窯煙氣溫度更高，特別是冬天和北方大部分地區(qū)；用排風(fēng)機(jī)排出的潔氣反吹，潔氣溫度雖比大氣溫度高得多，但由于除塵器出氣反吹管的降溫，大部分潔氣在進(jìn)反吹風(fēng)機(jī)前就已經(jīng)或開(kāi)始結(jié)露，所以反吹風(fēng)機(jī)葉片，反吹閥、管和花板的腐蝕很快！
XL系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器突破傳統(tǒng)思維，通過(guò)磚混結(jié)構(gòu)特有的煙氣調(diào)質(zhì)作用，將反吹主管安置在除塵室內(nèi)（見(jiàn)圖1），用除塵室墻體吸收的余熱對(duì)大氣進(jìn)行預(yù)熱，然后再通過(guò)反吹閥、管進(jìn)行反吹，既解決了大氣反吹溫度低的問(wèn)題，也克服了潔氣反吹的腐蝕性強(qiáng)的缺點(diǎn)。
3.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.3.1 采用日本三菱公司生產(chǎn)的PLC控制器，性能穩(wěn)定、可靠。
3.3.2 采用先進(jìn)的在線檢測(cè)系統(tǒng)，可隨時(shí)檢查除塵器的運(yùn)行及排放情況，既方便檢查，也符合新標(biāo)準(zhǔn)的要求。這一技術(shù)已在廣東數(shù)十家水泥廠使用。
3.3.3 先進(jìn)的傳感采集技術(shù)。傳感器是立窯除塵器的心臟，它的準(zhǔn)確性、及時(shí)性直接影響除塵器的好壞，為此我們采用進(jìn)口芯片，通過(guò)特殊制作而成。高靈感的傳感器加上先進(jìn)的控制系統(tǒng)和獨(dú)特的擋料板設(shè)計(jì)，使得XL系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器在使用中從未出現(xiàn)過(guò)燒袋現(xiàn)象。
3.4 主運(yùn)行無(wú)彎頭、三通設(shè)計(jì)
雖然南京立窯研究所一直在研究立窯收塵器如何提高立窯產(chǎn)質(zhì)量，降低熱耗，但至今立窯收塵還僅停留在社會(huì)效益上。所以立窯除塵器在確保立窯“無(wú)煙無(wú)塵”達(dá)標(biāo)排放的前題下，運(yùn)行成本及維護(hù)費(fèi)用一直是立窯企業(yè)評(píng)價(jià)除塵器好壞的依據(jù)。
布袋除塵器的阻力主要來(lái)源于兩大塊，一塊是布袋阻力，約占系統(tǒng)阻力的2/3，另一塊就是管網(wǎng)阻力，約占系統(tǒng)阻力的1/3，而管網(wǎng)阻力的75%來(lái)自彎頭，三通。XL系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器從進(jìn)氣到將潔氣排入大氣沒(méi)有一個(gè)彎頭、三通（見(jiàn)圖1），避開(kāi)了彎頭、三通制作麻煩、磨損快、運(yùn)行阻力大的缺點(diǎn)。
3.5 自動(dòng)控制最少化
現(xiàn)在的立窯除塵器都采用全自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制點(diǎn)多，加上水泥廠的工況條件相對(duì)較差，所以控制系統(tǒng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些故障，影響除塵器工作。我們一方面采用進(jìn)口的控制系統(tǒng)，另一方面，我們將同一室的排風(fēng)閥和反吹閥用一個(gè)氣缸、電磁閥控制（見(jiàn)圖2），不僅減少了控制點(diǎn)，鑄造模具減少了故障，而且也節(jié)省了材料。
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圖2 排風(fēng)、反吹連接管安裝施意圖
3.6 此除塵器存在的不足之處
由于本體采用磚混結(jié)構(gòu)，客觀上需要保養(yǎng)時(shí)間，因此施工時(shí)間需要有所保證，現(xiàn)場(chǎng)施工難度較大，施工工藝相當(dāng)嚴(yán)格，才能滿足設(shè)備的特定使用要求。
4 應(yīng)用舉例
湖南某水泥廠Φ3.2×11m立窯2臺(tái)，均采用XL系列磚混結(jié)構(gòu)除塵器，其單臺(tái)投資如下：
（1）除塵器配件23萬(wàn)元；
（2）大小風(fēng)機(jī)2.5萬(wàn)元；
（3）窯至除塵器的管道加保溫2.5萬(wàn)元。
（4）電線電纜0.5萬(wàn)元；
（5）角鐵預(yù)埋件1萬(wàn)元；
（6）土建14萬(wàn)元。
合計(jì)43.5萬(wàn)元。
自投入運(yùn)行至今，一直隨主機(jī)運(yùn)行，經(jīng)環(huán)保檢測(cè)其粉塵排放濃度為31.73mg/Nm3。經(jīng)多次檢查一直無(wú)故障運(yùn)行，F(xiàn)對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析：
（1）系統(tǒng)總裝機(jī)容量：(75+4+5.5)=84.5kW，因此除塵器運(yùn)行阻力小。為充分降低其動(dòng)力消耗，該廠為除塵器主風(fēng)機(jī)配了變頻。其總電流平均僅為 110A，故實(shí)際耗電為41.8kW，一年按照300天（7200小時(shí)）計(jì)算，電費(fèi)按0.45元/kWh計(jì)算則全年電耗為13.54萬(wàn)元。
（2）濾袋壽命正常情況下可使用2年左右，按1.5年換一次計(jì)算，則年濾袋費(fèi)用為2.5萬(wàn)元。
（3）設(shè)備至今零維修費(fèi)用，花板，管道按4年一換，則每年需2.5萬(wàn)元。
（4）人員費(fèi)用按1萬(wàn)元/年計(jì)。
（5）XL系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器投資費(fèi)用為43.5萬(wàn)元，按10年計(jì)算，每年折舊費(fèi)為4.35萬(wàn)元。
（6）該廠用除塵器之前是深暗火操作，煙氣下限溫度僅50℃左右，煙氣在窯罩內(nèi)就已經(jīng)結(jié)露，窯罩、煙囪都是水，煙囪每年都需更換。而用了除塵器之后，由于采用強(qiáng)制抽風(fēng)，底火上移，煙氣溫度略有增加，在60℃左右，剛好達(dá)到XL磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器配件的下限溫度，基本可以使用。但經(jīng)常溫度低于60℃，除塵器時(shí)常不工作。為使除塵器達(dá)到最佳運(yùn)行效果，我所工藝配料人員對(duì)其生料配方進(jìn)行了調(diào)整，使其煙氣下限溫度在65℃左右，熱耗增加20大卡/ kg熟料，年增加費(fèi)用為3萬(wàn)元。
（7）回收粉塵，立窯粉塵排放濃度一般在3~30g/m3之間，由于現(xiàn)在該廠采用暗火操作，粉塵濃度較低，按6g/m3計(jì)算，出口按35mg/m3計(jì)算，則
（6-35×10-3）70000×24×300×10-6=3006 t
粉塵按60元/ t 計(jì)算，可增加效益18萬(wàn)元。
經(jīng)計(jì)算,增加一臺(tái)XL磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器,年運(yùn)行費(fèi)用僅增加9.35萬(wàn)元。按年產(chǎn)9.5萬(wàn)噸熟料計(jì)，噸水泥增加還不到1元錢。
5.結(jié)束語(yǔ)
從運(yùn)行情況來(lái)看，XL系列磚混結(jié)構(gòu)袋除塵器設(shè)計(jì)合理，一次性投資費(fèi)用低，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用省，且更貼近立窯煅燒工藝。該除塵器自2003年投放市場(chǎng)以來(lái)，已在100多家企業(yè)使用，效果較好，是立窯煙氣治理的首選產(chǎn)品。
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