立窯布袋除塵器在立窯煙氣治理中的實(shí)踐與探索
隨著GB4916-2004《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，機(jī)立窯的粉塵治理已成為水泥立窯企業(yè)的頭等大事。隨著袋式除塵器新技術(shù)、新材料的出現(xiàn)，袋式除塵器在機(jī)立窯窯尾粉塵治理中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于機(jī)立窯煙氣“濕、蝕、變”的特性，在應(yīng)用過(guò)程中普遍存在投資大、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本高、使用壽命短等缺點(diǎn)。
1 困擾袋收塵的三大問(wèn)題
采用過(guò)濾原理的袋式收塵器在水泥行業(yè)中已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同，它的收塵效果非常理想。但由于機(jī)立窯采用濕法成球、深暗火煅燒、大風(fēng)大料的特殊工藝，都存在著“煙氣濕度大，排放溫度低，含塵濃度高、腐蝕性氣體、溫差變化大”等難點(diǎn)，因此，給袋除塵器的應(yīng)用和管理帶來(lái)了相當(dāng)大的困難。水泥企業(yè)特別為“濕、蝕、費(fèi)”三大問(wèn)題所困擾，對(duì)使用布袋收塵器存在著進(jìn)退兩難心理。
“濕”首當(dāng)其沖。通常預(yù)加水成球水分含量達(dá)到12%左右，在煅燒過(guò)程中又要將水分從煙氣中排出。當(dāng)煙氣排放溫度低于露點(diǎn)時(shí)，水霧混合著高濃度的粉塵，沾積在布袋上，就會(huì)產(chǎn)生“糊袋”現(xiàn)象，布袋的透氣通道被封閉，窯內(nèi)煅燒時(shí)的煙氣無(wú)法排出，導(dǎo)致窯內(nèi)通風(fēng)不暢，窯就無(wú)法正常煅燒。除塵器的通風(fēng)性能被“結(jié)露”破壞了。
“蝕”是嚴(yán)重妨礙除塵器正常使用的難點(diǎn)之二。煙氣中有CO2、CO、SO2、NOx、氯化物、氟化物等腐蝕性成分。由于深暗火煅燒，使得煙氣濕度大且熱工制度不穩(wěn)定，帶酸性物質(zhì)長(zhǎng)期附著在除塵器本體和各路管道上，對(duì)以鋼材為主要材料的除塵器侵蝕性極大；又由于礦化劑的作用，氟化物所形成的氫氟酸對(duì)常用的濾袋具有極強(qiáng)腐蝕性，如管理不好，一年需要耗資十多萬(wàn)元。
“費(fèi)”就是投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。一臺(tái)Ф3.2×11m的機(jī)立窯，如果根據(jù)90000m3 /h煙氣排放量來(lái)設(shè)計(jì)除塵器的容量，反吹風(fēng)結(jié)構(gòu)除塵器通常一次性綜合投資需70萬(wàn)元左右；為了防止結(jié)露，運(yùn)行中需要提高煙氣進(jìn)口溫度，煤耗要增加100大卡左右的熱量。為克服布袋結(jié)灰阻力增加，主要?jiǎng)恿ε渲?10kW甚至更高；每噸熟料一般要增加6度電耗；由于腐蝕問(wèn)題，設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后需要再次投資；再加上每年的維修費(fèi)和布袋費(fèi)用等,企業(yè)的負(fù)擔(dān)很重。
另外絕大部分用立窯煙氣處理的玻纖袋式除塵器為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，采用上部進(jìn)風(fēng)，所有的煙氣帶著各種粒徑的粉塵經(jīng)濾袋過(guò)濾后進(jìn)入粉塵落入灰斗,過(guò)濾后的廢氣經(jīng)排風(fēng)閥，排風(fēng)連接管，排風(fēng)主管，主風(fēng)機(jī)、煙囪排入大氣。這種結(jié)構(gòu)不僅占地面積大，造價(jià)高，而且在運(yùn)行過(guò)程中含塵氣體很難均勻進(jìn)入各室，靠近進(jìn)氣口和遠(yuǎn)離進(jìn)氣口的處理量相差很大。難控制清灰時(shí)間。另外煙氣中帶有的紅料球進(jìn)入濾袋后很容易燒壞濾袋。
針對(duì)濕、蝕、費(fèi)三大困擾問(wèn)題，水泥機(jī)立窯煙氣處理需要尋求既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的技術(shù)，使它能貼近立窯煅燒工藝，增強(qiáng)與生產(chǎn)的親和力，進(jìn)而提高節(jié)能降耗的技術(shù)檔次。為了探索投入費(fèi)用少、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行成本低、安全又穩(wěn)定的環(huán)保技術(shù)，在日本A.bition公司的技術(shù)支持下，我公司立足于應(yīng)用，貼近工藝，通過(guò)大量的綜合技術(shù)改造，推出了ALB系列立窯布袋除塵器，使上述目標(biāo)一一得以實(shí)現(xiàn)。
2 ALB立窯布袋除塵器
2.1 工作原理
其工作原理是：含塵煙氣由頂部的進(jìn)風(fēng)煙道垂直進(jìn)入收塵器下部的灰斗，由于各除塵室相對(duì)于進(jìn)風(fēng)口為等距離周向布置，煙氣可均勻地進(jìn)入各室，粗顆粒由于慣性作用直接落入灰斗形成預(yù)分離，細(xì)顆料經(jīng)濾袋內(nèi)表面過(guò)濾后吸附在濾料表面。煙氣通過(guò)濾袋子？后進(jìn)入袋室，然后匯入出風(fēng)管，由排風(fēng)機(jī)排入大氣。當(dāng)粉塵在某室濾袋內(nèi)表面附積到一定厚度后，將導(dǎo)致系統(tǒng)阻力的增加。這時(shí)清灰系統(tǒng)將按設(shè)定的程序啟動(dòng)反吹風(fēng)機(jī)，關(guān)閉該室排風(fēng)閥，停止該室的過(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)管、反吹風(fēng)閥、通風(fēng)槽進(jìn)入該室，濾袋在反吹風(fēng)的作用下縮癟（一次縮袋）。經(jīng)短暫間隔，待粉塵完全落入集灰斗后,該室反吹風(fēng)閥關(guān)閉，排風(fēng)閥打開(kāi)，重新進(jìn)入過(guò)濾狀態(tài)，濾袋瞬時(shí)鼓漲（一次脈動(dòng)），已松動(dòng)變癟的塵餅在自重及濾袋抖動(dòng)的作用下落入灰斗。排風(fēng)閥再次關(guān)閉，濾袋在其它袋室的負(fù)壓抽吸作用下縮癟（二次縮袋），排風(fēng)閥再次打開(kāi)，濾袋再次鼓漲清灰（二次脈動(dòng)）。兩次縮袋脈動(dòng)清灰更適合又細(xì)又粘難于清灰的立窯袋式除塵器清灰。
2.2技術(shù)特點(diǎn)
2.2.1磚混結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
設(shè)備殼體材料的選擇
（1）磚混結(jié)構(gòu)替代鋼結(jié)構(gòu)，從本質(zhì)上改變了材料結(jié)構(gòu)及除塵器的運(yùn)行環(huán)境，首先可以節(jié)省大量的鋼材、運(yùn)費(fèi)、安裝費(fèi)等，所用的大量材料均是水泥企業(yè)比較容易得到的。與鋼結(jié)構(gòu)的袋式除塵器相比節(jié)省投資近20%。
（2）磚混結(jié)構(gòu)改善了運(yùn)行環(huán)境，貼近立窯的煅燒工藝，降低了企業(yè)因使用除塵器而增加的經(jīng)濟(jì)壓力。鋼結(jié)構(gòu)除塵器的自身?xiàng)l件決定受理的煙氣溫度普遍要高（下限溫度控制在70℃左右）。因?yàn)槠鋵?dǎo)熱系數(shù)高，部分熱量被快速散發(fā)，雖然用了較多的保溫材料也難以遏止。而磚混結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)低，不僅不會(huì)讓熱量很快散發(fā)，而且具有較強(qiáng)的吸熱貯能作用。當(dāng)高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)除塵器時(shí)，墻體將熱量吸收并貯存起來(lái)，當(dāng)煙氣溫度低時(shí)又自動(dòng)地釋放出來(lái)，使除塵工作腔體的溫度得到適度調(diào)劑，使煙氣溫度形成相對(duì)恒定性。磚混結(jié)構(gòu)布袋除塵器設(shè)定的下限溫度只需60℃。和鋼結(jié)構(gòu)布袋除塵器相比，這寶貴的10℃正是機(jī)立窯最受益的工況條件。因此機(jī)立窯不必大幅度改變煅燒工藝，配熱也不需較大的增加，基本貼近了原先的煅燒工藝，使立窯節(jié)能降耗有了基礎(chǔ)保證。同時(shí)采用磚混結(jié)構(gòu)，進(jìn)入除塵器的大量含塵水氣首先在除塵腔體內(nèi)進(jìn)行氣固分離，凈化的氣體一部分在除塵腔體內(nèi)氣化后被排空，一部分被墻體所吸收，這樣就減少了對(duì)布袋的侵蝕。當(dāng)高溫?zé)煔膺M(jìn)入除塵器腔體內(nèi)，使水氣快速氣化排空，墻體貯存的水分子又被釋出，周而復(fù)始，使腔體內(nèi)有個(gè)相對(duì)恒定的溫度與濕度，減小了布袋結(jié)露的可能性，保證了除塵工作的阻力系數(shù)。實(shí)踐證明磚混結(jié)構(gòu)具有極其優(yōu)良的保溫性能和吸濕功能，以及對(duì)抗結(jié)露的功能，與立窯煅燒工藝有較強(qiáng)的親和力。
（3）磚混結(jié)構(gòu)大幅度降低除塵器的維護(hù)費(fèi)用。機(jī)立窯煙氣對(duì)除塵器的腐蝕給水泥企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)壓力。近幾年來(lái)，有的企業(yè)重復(fù)投資三、四次之多。一部分是因環(huán)保要求提高而更新?lián)Q代；但多數(shù)是因?yàn)樵O(shè)備大面積腐蝕，無(wú)法修補(bǔ)而被迫再次投資。而且因?yàn)楦g，企業(yè)每年花在設(shè)備大修和更換布袋上的費(fèi)用也比較大。采用磚混結(jié)構(gòu)從根本上緩解了這方面的壓力，因其抗腐蝕能力強(qiáng)，可做到一次投資，終身受益，除少量因引入管道而作適度維修外，設(shè)備本體的維修費(fèi)用幾乎是零。由于有較好的吸濕功能，水氣無(wú)法滯留在腔內(nèi)，收集的粉塵較干，這就大大減少了使用其他結(jié)構(gòu)布袋收塵器所帶來(lái)的重復(fù)投資和高額維護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)。
抗震、防開(kāi)裂優(yōu)化設(shè)計(jì)
在機(jī)立窯上使用磚混結(jié)構(gòu)除塵器同樣會(huì)有兩大技術(shù)問(wèn)題。一是多變的工況、無(wú)規(guī)則的熱脹冷縮會(huì)使墻體開(kāi)裂；二是本體上大量預(yù)埋件與磚混結(jié)構(gòu)結(jié)合，其膨脹系數(shù)差異和接受差異都會(huì)產(chǎn)生脫離現(xiàn)象。ALB立窯布袋除塵器從以下幾個(gè)方面著手解決上述問(wèn)題：
（1）采用圓筒形結(jié)構(gòu)，不僅占地面積小，而且從整體結(jié)構(gòu)消除了長(zhǎng)立體形結(jié)構(gòu)除塵器的四角和內(nèi)外墻交接處易開(kāi)裂、抗震差的缺陷。
（2）整體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。運(yùn)用“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)固的整體。在除塵器灰斗、上下花板和檐口等處設(shè)有鋼筋混凝土圈梁，基礎(chǔ)立柱設(shè)框架，在內(nèi)外墻交接處設(shè)構(gòu)造柱，構(gòu)造柱上下端箍筋加密，且與鋼筋混凝土圈梁連接，圈梁采用現(xiàn)澆混凝土，使圈梁、框架、構(gòu)造柱形成整體，避免了因地基不平衡下沉而開(kāi)裂和提高了抗震能力。
（3）采用輕質(zhì)砌筑材料（如P型燒結(jié)多孔磚、輕質(zhì)預(yù)制件等）。一方面減少整體重量，抗震防開(kāi)裂；另外提高保溫性能，減少投資。
（4）采用馬牙槎構(gòu)造立柱和錨固式預(yù)埋件，避免開(kāi)裂和減少漏風(fēng)。
（5）采用鋼絲網(wǎng)灰及特種纖維加水泥沙灰抹內(nèi)墻，增加了墻面的整體強(qiáng)度，有效的控制了墻面的開(kāi)裂問(wèn)題。
2.2.2節(jié)能技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)
一臺(tái)Ф3×11m機(jī)立窯配置的鋼結(jié)構(gòu)除塵器所設(shè)計(jì)的大引風(fēng)機(jī)，其動(dòng)力一般配置110kW電機(jī)。而ALB立窯布袋除塵器配置的主風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)小于鋼結(jié)構(gòu)除塵器，而且運(yùn)行中窯面通風(fēng)良好，經(jīng)常保持300～400Pa的負(fù)壓。其根本原因是運(yùn)行過(guò)程中整體阻力小。
采用Emc清袋系統(tǒng)、二次縮袋反吹風(fēng)脈動(dòng)清灰技術(shù)
實(shí)現(xiàn)節(jié)能首先應(yīng)確保運(yùn)行阻力低。立窯布袋除塵器的設(shè)計(jì)阻力，一般都在1200Pa，但隨著設(shè)備的運(yùn)行，粉塵在布袋上逐步增厚，阻力也相應(yīng)增加。當(dāng)阻力接近引風(fēng)機(jī)全壓時(shí)，氣流從布袋上很難通過(guò)，煅燒產(chǎn)生的煙氣被迫大量從窯面溢出，窯面倒煙，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使窯工中毒，因此，布袋的清灰功能是除塵器關(guān)鍵技術(shù)之一。目前廣泛采用的是反吹風(fēng)和脈沖二大類(lèi)，定時(shí)定阻實(shí)施清灰。ALB立窯布袋除塵器在設(shè)計(jì)上采用Emc（最小能量原則）清袋系統(tǒng)和輔助定時(shí)定阻反吹脈動(dòng)清灰。在特定的工作環(huán)境中，粉塵會(huì)從布袋上連續(xù)不斷地脫落下來(lái)，使設(shè)備整體阻力保持在2200Pa以下，確保窯面通風(fēng)良好，又使除塵器能穩(wěn)定運(yùn)行。
采用煙氣調(diào)節(jié)技術(shù)
ALB立窯布袋除塵器設(shè)定的煙氣工作溫度為60～200℃。但立窯煅燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)常突破這一范圍。低于它要“糊袋”，高于它要“燒袋”。只有對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，把非規(guī)范煙氣調(diào)教整？到規(guī)范煙氣，除塵器才能安全穩(wěn)定地運(yùn)行。當(dāng)窯面明火時(shí)（如塌窯、偏火、返火），PC機(jī)指令風(fēng)機(jī)打開(kāi)調(diào)風(fēng)閥引入定量冷風(fēng)，緩解高溫?zé)煔猓蝗粢馔獬霈F(xiàn)超高溫時(shí)，自行關(guān)閉進(jìn)氣閥門(mén)，煙氣從旁路聯(lián)鎖閥臨時(shí)排空。如低于設(shè)定溫度時(shí)，PC機(jī)指令立窯鼓風(fēng)機(jī)加大風(fēng)壓“提起底火”，同時(shí)除塵器引風(fēng)機(jī)加大風(fēng)壓“把火拔起”，雙管齊下，上下貫通，同時(shí)調(diào)整，下降的煙氣溫度會(huì)及時(shí)回升。加上反吹用風(fēng)也從凈氣管中引入具有一定溫度的氣體，促使所有進(jìn)入除塵器的煙氣溫度設(shè)定的工作溫度范圍內(nèi)。
采用精確的系統(tǒng)控制
立窯煅燒過(guò)程中時(shí)常會(huì)發(fā)生突發(fā)情況，需要及時(shí)、準(zhǔn)確、無(wú)誤地采集瞬間的概況信息。如果信息采集滯后，布袋的安全性就會(huì)令人擔(dān)心。ALB立窯布袋除塵器采用西門(mén)子PLC系統(tǒng)控制。不僅窯面煙氣的真實(shí)情況可以幾乎同步地反映到微電腦上，電腦立刻及時(shí)正確處理，使除塵器的安全運(yùn)行得到保證。而且內(nèi)置記錄儀，可根據(jù)需要調(diào)閱和打印各種運(yùn)行參數(shù)，幫助用戶采用智能化管理。
2.2.3防二次吸附技術(shù)
國(guó)內(nèi)采用圓筒立窯布袋除塵器的廠家在使用過(guò)程中，普遍發(fā)現(xiàn)清灰下的粉塵又迅速的吸附在濾袋上，甚至發(fā)現(xiàn)粉塵在布袋里“沸騰”現(xiàn)象。這是由于濾袋較長(zhǎng)，粉塵下落到集灰斗要一定的時(shí)間，另一方面，煙氣是由下而上運(yùn)行和落灰方向相反。當(dāng)清下的粉塵還沒(méi)有下落到集灰斗時(shí)，遇到由下而上的煙氣就會(huì)被重新?lián)P起，從而發(fā)生二次吸附現(xiàn)象。
我公司的ALB立窯布袋除塵器采用防二次吸附技術(shù)。每個(gè)室在反吹清灰后，并不是立即啟動(dòng)該室進(jìn)行工作，而是間隔一定時(shí)間后，讓清下來(lái)的粉塵完全降落到集灰斗后才重新啟動(dòng)該室進(jìn)行工作。從而消除了二次吸附現(xiàn)象。
同時(shí)和傳統(tǒng)的玻纖袋除塵器相比,采用下部進(jìn)風(fēng),煙氣在下灰斗內(nèi)完成預(yù)分離，降低了煙氣的含塵濃度，這樣清灰周期變長(zhǎng)，清灰頻率降低，也有效的降低了清灰能耗。
2.2.4除塵系統(tǒng)的的優(yōu)化
水泥熟料從窯底卸出時(shí)溫度很高，帶有大量的熱量，同時(shí)還有很強(qiáng)的吸濕性，工況比較差的煙氣可以利用熟料的這種特點(diǎn)為立窯煙氣調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)后的煙氣即可以滿足袋除塵所需的條件。具體方案是:將立窯煙氣通過(guò)熟料庫(kù)后再進(jìn)除塵器，另外在熟料卸料口安裝一風(fēng)罩，既解決了卸料口的揚(yáng)塵問(wèn)題，以采集了部分熟料的部分熱量，有效的利用了熟料的余熱及熟料的吸濕性既降低了煙氣的水份，同時(shí)提高了煙氣溫度。這樣立窯底火可以相對(duì)較？較深，從而可以間接的節(jié)約了煤耗。另外還可以配用一臺(tái)小型熱風(fēng)爐用來(lái)提升立窯的溫度，則效果更為明顯。
2.3細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)
2.3.1檢修門(mén)的改進(jìn)
檢修門(mén)漏氣是除塵器最為常見(jiàn)的問(wèn)題。在立窯除塵器上，靠近檢修門(mén)處也是腐蝕最為嚴(yán)重的，因此檢修門(mén)能否密封嚴(yán)實(shí)最為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的檢修門(mén)密封條都是鑲嵌在門(mén)上，關(guān)門(mén)后是否密封看不到摸不著。將檢修門(mén)密封條鑲嵌在門(mén)框上，采用外扣壓緊式結(jié)構(gòu)，關(guān)門(mén)后密封嚴(yán)實(shí)性可以一目了然，而且可調(diào)，開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)快捷方便。
2.3.2各類(lèi)閥門(mén)優(yōu)化設(shè)計(jì)
反吹風(fēng)式除塵器的閥門(mén)在整個(gè)立窯除塵系統(tǒng)中是相當(dāng)關(guān)鍵的，一是使用量大，一般6個(gè)室的除塵器正常要用20多個(gè)閥門(mén)；二是作用重大，如果閥門(mén)不能開(kāi)啟，輕者會(huì)導(dǎo)致除塵器堵塞，重者糊袋、燒袋，除塵器失效。閥門(mén)關(guān)鍵之處就是閥板能否靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。傳統(tǒng)閥門(mén)主軸采用軸瓦支承，軸瓦支承焊接在閥體上。由于焊接的變形、高溫?zé)煔庠斐傻臒嶙冃、腐蝕等，閥板轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，時(shí)常卡死。改進(jìn)后閥門(mén)閥板主軸兩頭都用外球面球軸承座支承，并考慮了閥門(mén)自身的密封。外球面球軸承座離開(kāi)閥體，不受高溫?zé)煔獾挠绊，而且外球面球軸承座安裝位置可調(diào)；外球面球軸承座還有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，那就是在主軸翹曲和軸承座中心軸線有一定角度時(shí)，仍能轉(zhuǎn)動(dòng)自如，效果非常好。
3 應(yīng)用實(shí)例
四川某水泥廠，四臺(tái)年產(chǎn)60萬(wàn)噸水泥的φ3.2×11m窯全部采用ALB立窯布袋除塵技術(shù)。其中二臺(tái)是在原先鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的ALB核心技術(shù)改造。其改造效果如下：
首先從動(dòng)力消耗上講，每小時(shí)單臺(tái)節(jié)省電耗20kW，全年按運(yùn)行300天計(jì)，四臺(tái)全年可節(jié)電費(fèi)30萬(wàn)元；其次從設(shè)備大修、更新?lián)Q代、布袋損耗、增加配熱算來(lái)將，原來(lái)每臺(tái)每年平均花費(fèi)50萬(wàn)元，現(xiàn)在基本上得到解決。
幾年來(lái)，ALB立窯布袋除塵器已全國(guó)二十多個(gè)省市100多家水泥廠得到廣泛使用，都取得了投資省、標(biāo)準(zhǔn)高、容量大、拒腐蝕、抗結(jié)露、費(fèi)用低以及安全可靠的效果。
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