GMC系列袋除塵器在水泥廠(chǎng)的使用措施與對(duì)策
一、前言
GMC系列脈噴型袋除塵器是在水泥廠(chǎng)窯尾成功使用的基礎(chǔ)上，經(jīng)系列化開(kāi)發(fā)，可用于水泥廠(chǎng)不同高溫?fù)P塵點(diǎn)和其它工業(yè)窯爐煙氣處理的高溫高效袋除塵器。下面就該系列袋除塵器的工作原理及特點(diǎn)、適用煙氣性能和對(duì)應(yīng)使用措施作一介紹。
1 GMC脈噴型袋除塵器的工作原理及特點(diǎn)
1.1 工作原理
GMC脈噴型袋除塵器屬于高壓低流量清灰袋除塵器，由上箱體、噴吹系統(tǒng)、灰斗及卸灰鎖風(fēng)裝置這三部分組成。其中上箱體由袋室、預(yù)收塵室、多孔扳、濾袋、濾袋骨架組成；噴吹系統(tǒng)由氣包、分室切換閥(離線(xiàn)清灰型)、脈沖閥、噴吹管(帶噴嘴或不帶噴嘴)、文丘里管、控制器組成。
其工作原理為：含塵高溫氣體通過(guò)預(yù)收塵均風(fēng)風(fēng)道進(jìn)行預(yù)收塵和均風(fēng)后，經(jīng)除塵器灰斗進(jìn)入袋室(在線(xiàn)清灰型直接進(jìn)入灰斗，分室離線(xiàn)清灰型由隔，過(guò)濾后的干凈氣體由袋口至凈氣室、除塵器出口排入大氣。為使設(shè)備的阻力低于某一特定值，除塵器每隔一定時(shí)間或當(dāng)除塵器的阻力達(dá)到一定值時(shí)，高壓氣體經(jīng)脈沖閥產(chǎn)生脈沖氣源脈沖，誘導(dǎo)數(shù)倍于氣源的、經(jīng)過(guò)濾后的高溫氣體形成清灰氣流進(jìn)入濾袋，清灰氣流及其形成的沖擊波使濾袋在瞬間急劇膨脹，由過(guò)濾時(shí)的“星狀”變成圓形，濾袋在變形運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，伴隨著氣流及沖擊波的反作用抖落粉塵，使吸附濾袋外表面的粉塵落入灰斗，經(jīng)鎖風(fēng)卸灰閥排出。
GMC脈噴型袋除塵器采用定時(shí)或定阻清灰方式，若除塵器采用定阻式清灰方式(通過(guò)在花板上下安裝一差壓表測(cè)出阻力)，既能實(shí)現(xiàn)除塵器的低能耗運(yùn)行(節(jié)省不必要的清灰動(dòng)作)，又可為DCS系統(tǒng)提供除塵器的運(yùn)行狀態(tài)或故障報(bào)警信號(hào)。
1.2 GMC袋除塵器的特點(diǎn)
GMC袋除塵器具有以下特點(diǎn)：
(1)除塵效率高，無(wú)論選用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)濾料，還是國(guó)產(chǎn)廉價(jià)濾料，都能實(shí)現(xiàn)(折合成標(biāo)況)小于50mg／m3的低濃度排放；
(2)與傳統(tǒng)的反吹風(fēng)袋除塵器相比，設(shè)備體積小,重量輕，鋼耗少，安裝工作量。
(3)清灰耗氣量小，動(dòng)能大，清灰徹底，系統(tǒng)阻力低，運(yùn)行電耗；
(4)濾袋使用壽命長(zhǎng)，維修、維護(hù)工作量小，設(shè)備運(yùn)行管理費(fèi)用低；
(5)清灰高壓氣源主要起誘導(dǎo)作用，清灰氣流中的大部分氣體來(lái)自除塵器內(nèi)已過(guò)濾的高溫干凈氣體,避免因大量外部冷空氣的引入造成系統(tǒng)結(jié)露。
2 水泥廠(chǎng)高溫?zé)煔獾奶攸c(diǎn)
2.1烘干機(jī)煙氣
水泥廠(chǎng)常用的烘干設(shè)備有：回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)、立式烘干機(jī)、懸浮烘干機(jī)、流態(tài)烘干機(jī)等，其中使用較為普遍的是回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)。通常需烘干的物料為粘土、頁(yè)巖、礦渣、鋼渣、煤等，烘干不同物料產(chǎn)生的煙氣特性是不同的，但一般都具有如下特點(diǎn)：
(1)煙氣水分較高且波動(dòng)比較大，最高可達(dá)15％以上,露點(diǎn)溫度高,最高達(dá) 60℃左右；
(2)含塵濃度較高，一般超過(guò) 50 g／m3，其中烘粘土?xí)r往往要超過(guò)lOOg／m3。
(3)有些煙氣有一定的腐蝕性；
(4)溫度波動(dòng)范圍大，正常情況下低于 100℃，不正常時(shí)，溫度遠(yuǎn)高于 100℃。
2．2立窯煙氣
立窯采用的是半干法生產(chǎn)技術(shù)，其煙氣成分較復(fù)雜。
(1)煙氣水分較高且波動(dòng)比較大。正常生產(chǎn)時(shí)其濕度為10％左右；當(dāng)窯內(nèi)濕料層增厚、底火拉深時(shí)，煙氣濕度將高于15％。煙氣露點(diǎn)較高，一般為55％左右。
(2)煙氣溫度波動(dòng)范圍大。隨著窯內(nèi)工況變化，窯面溫度為40～ 300℃；當(dāng)窯內(nèi)出現(xiàn)特別異常時(shí)，窯面溫度可能更高。
(3)粉塵濃度適中，一般為1～ 20g／m3，其葉<30μm的細(xì)粉占50％左右。
(4)含有大量的成分復(fù)雜的有害氣體，通常有CO，S02，NOx，F(xiàn)及瀝青煙，這些有害物質(zhì)對(duì)除塵設(shè)備的本體及濾料確很強(qiáng)的腐蝕性。
2．3回轉(zhuǎn)窯煙氣
(1)水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣特點(diǎn)。一是含塵濃度高，窯外分解窯窯尾為60～ 80 g／m3；二是溫度高，窯外分解窯窯尾煙氣溫度為 350℃左右；三是含塵顆粒細(xì)，小于10μ占60％；四是粉塵中含有一定的堿性成分，粘性大，剝離性差；五是煙氣的成分復(fù)雜，含有多種污染物，除粉塵、煙塵外，還有如S02，NOx和氟化物等有害氣體；六是含有一定的水蒸汽，如采用增濕塔噴霧將煙氣溫度從 350℃降到 200℃，其水蒸汽體積分?jǐn)?shù)達(dá)10％左右。
(2)回轉(zhuǎn)窯窯頭(篦冷機(jī))煙氣特點(diǎn)。一是溫度波動(dòng)范圍火，正常運(yùn)行時(shí)溫度波動(dòng)范圍為100～ 250℃，異常情況時(shí)溫度可超過(guò) 400℃；二是煙氣含塵濃度波動(dòng)大，正常工況下含塵濃度2～ 30g／m3，其窯況不正常出黃料時(shí)，其含塵濃度高達(dá) 80g／m3；三是粉塵干燥，顆粒粗，硬度大，對(duì)除塵設(shè)備的本體及濾料有較強(qiáng)的磨損；四是粉塵中粗顆粒外表面溫度低，但顆粒內(nèi)部溫度較高，當(dāng)粗顆粒在袋除塵器濾袋上駐留時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，有可能“死灰復(fù)燃”，使除塵濾袋因超溫造成老化甚至燒壞。
3 GMC除塵器的使用措施與對(duì)策
要使GMC除塵器真正發(fā)揮出高效性能，并在生產(chǎn)線(xiàn)上長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)就要針對(duì)各水泥廠(chǎng)不同揚(yáng)塵點(diǎn)的具體情況，合理確定GMC除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、脈沖閥的型式、噴吹系統(tǒng)型式、袋籠結(jié)構(gòu)、濾袋的結(jié)構(gòu)、濾材的性能和材質(zhì)、灰斗及鎖風(fēng)卸灰閥的型式等。
3.1“在線(xiàn)清灰”與“離線(xiàn)清灰”的選擇
3.1.1在線(xiàn)清灰
在線(xiàn)清灰是指除塵器在進(jìn)行清灰時(shí)，濾袋所在袋室仍然在進(jìn)行煙氣過(guò)濾。清灰瞬間，噴吹系統(tǒng)產(chǎn)生的清灰氣流在相反方向阻擋住過(guò)濾的煙氣氣流，同時(shí)使濾袋膨脹振蕩剝落粉塵。采用“在線(xiàn)清灰”方式的除塵器具有如下特點(diǎn)：
第一,除塵器內(nèi)部等同于一個(gè)火氣室，氣流分布均勻,所有濾袋所承受的過(guò)濾負(fù)荷基本相同，除塵器阻力穩(wěn)定；
第二，全部濾袋同時(shí)參與過(guò)濾，有效過(guò)濾面積最大,鋼耗低，設(shè)備成本較小；
第三,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去隔離閥門(mén)，可動(dòng)部件少,控制簡(jiǎn)單,設(shè)備整機(jī)故障率低；
第四,清灰后有“二次吸附”現(xiàn)象，要克服與清灰氣流逆向運(yùn)行的氣流阻力，清灰能耗較大；
第五,必須在停機(jī)狀態(tài)下檢查或更換濾袋。
3..1.2離線(xiàn)清灰
離線(xiàn)清灰是指將除塵器內(nèi)部分成若干個(gè)獨(dú)立的氣室,每個(gè)氣室的凈氣室、袋室、灰斗都用隔板隔開(kāi),氣室的進(jìn)出口裝有閥門(mén)。系統(tǒng)在對(duì)某個(gè)袋室進(jìn)行脈噴清灰時(shí),先要通過(guò)控制閥門(mén)將相應(yīng)的氣室與其他氣室隔離開(kāi)，使之暫不過(guò)濾，然后對(duì)廢室濾袋逐行進(jìn)行清灰，清灰結(jié)束后再將廢室投入運(yùn)行。采用“離線(xiàn)清灰”方式的除塵器具有如下特點(diǎn)：
第一,除塵器內(nèi)微分成若干氣室，大型除塵器袋室數(shù)量多，任一時(shí)刻總有一室處于清灰狀態(tài)，而中小型除塵器用于清灰的時(shí)間較短，清灰時(shí)才有一氣室與系統(tǒng)脫離，濾袋承受的過(guò)濾負(fù)荷常有變化；
第二,動(dòng)部件較多，設(shè)備結(jié)構(gòu)及控制較為復(fù)雜,設(shè)備整機(jī)故障率相對(duì)較高；
第三,清灰袋室不參與過(guò)濾，有效過(guò)濾面積小于總過(guò)濾面積,設(shè)備成本較高；
第四,離線(xiàn)清灰,無(wú)“二次吸附”現(xiàn)象，節(jié)約清灰動(dòng)能；
第五,可通過(guò)入口和出口隔離閥門(mén)將任一袋室與除塵器隔離開(kāi)來(lái)，能在除塵器正常工作時(shí)(即在線(xiàn))檢查或更換濾袋。
3.l.3 清灰方式的選用
當(dāng)除塵器處理風(fēng)量較小，尤其在選用國(guó)產(chǎn)濾料，過(guò)濾風(fēng)速小于 1m／min時(shí)，可采用“在線(xiàn)清灰”方案。如小型回轉(zhuǎn)窯的窯尾、篦冷機(jī)、烘干機(jī)、立窯等高溫?fù)P塵點(diǎn)均可優(yōu)先選用“在線(xiàn)清灰”方案。處理風(fēng)量較大的大型除塵器，應(yīng)優(yōu)先考慮選用高過(guò)濾風(fēng)速濾料，減小設(shè)備體積，并保證除塵器與主機(jī)很高的同步運(yùn)轉(zhuǎn)率，推薦采用“離線(xiàn)清灰”方案。
3.2噴吹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
GMC除塵器噴吹系統(tǒng)由脈沖閥、氣包、噴吹管(含噴嘴)、文丘里管等組成，噴吹系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響清灰效果及濾袋的壽命，是決定一臺(tái)除塵器性能好壞的關(guān)鍵。最佳的噴吹系統(tǒng)設(shè)計(jì)是應(yīng)該緊密結(jié)合工藝的實(shí)際情況才能確定的。
3.2.1脈沖閥的選擇
脈沖閥實(shí)際是一種橡膠隔膜電磁閥，最常見(jiàn)的有直角閥和淹沒(méi)閥兩種形式。其中，直角閥因氣流在閥體內(nèi)必須轉(zhuǎn)90°，所以阻力大；淹沒(méi)閥實(shí)際是直接利用氣包代替直角閥的下部分閥體，在氣包上焊接安裝法蘭，直接將噴吹管穿過(guò)氣包插入脈沖閥，阻力小。目前市面上常見(jiàn)的脈沖閥生產(chǎn)商有美國(guó)ASCO公司、澳大利亞GOYEN公司以及國(guó)內(nèi)的幾家廠(chǎng)商。
由于烘干機(jī)、立窯及小型回轉(zhuǎn)窯窯尾等揚(yáng)塵點(diǎn)的除塵器處理風(fēng)量小，濾袋長(zhǎng)度較短(小于 3750mm)，建議選用1 1/2〃國(guó)產(chǎn)直角脈沖閥；處理風(fēng)量較大的中型袋除塵器，設(shè)備體積比較大，濾袋比較長(zhǎng)，一只脈沖閥要吹15條或更多的濾袋，推薦選用國(guó)外名牌廠(chǎng)商生產(chǎn)的1 1/2〃以上口徑的第二代直角脈沖閥（即入口采用法蘭連接，出口采用插接方式的閥門(mén))；大型除塵器所用脈沖閥既要考慮口徑，還應(yīng)考慮壓力損失，推薦選用國(guó)外名牌廠(chǎng)商生產(chǎn)的淹沒(méi)閥；特大型袋除塵器可考慮采用雙閥門(mén)對(duì)吹的噴吹形式。
3.2.2 清灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
(1)氣包設(shè)計(jì)。GMC除塵器采用高壓噴吹技術(shù),氣包壓力0.3～0.7MPa。設(shè)計(jì)時(shí)要參照壓力容器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)無(wú)縫鋼管加工成圓筒型最為經(jīng)濟(jì)：氣包的長(zhǎng)短要考慮容積、安裝、運(yùn)輸?shù)纫蛩兀⌒统龎m器可用一個(gè)氣包，大中型除塵器要設(shè)計(jì)成多氣包或每個(gè)袋室一個(gè)氣包。
(2)噴吹管設(shè)計(jì)。噴吹管通常用無(wú)縫鋼管加工而成,設(shè)計(jì)原則如下：依據(jù)系統(tǒng)阻力及鋼耗確定管徑大小,但與淹沒(méi)閥配套的噴吹管必須與淹沒(méi)閥口徑相匹配。為保證每條濾袋所受?chē)姶祫?dòng)能基本相等,不同位置噴吹孔孔徑是不相等的；為防止噴吹孔加工偏差造成噴吹氣流偏離中心現(xiàn)象，長(zhǎng)濾袋的清灰,可在噴吹管上安裝超音速引流噴嘴，以保證噴吹氣流朝下的垂直角度并能以高能量誘導(dǎo)更多氣流進(jìn)入濾袋。
(3)文丘里管的使用。使用文丘里管，一是保住噴吹壓力，把自然擴(kuò)散氣流集中起來(lái)，在文丘里管底部周?chē)纬勺畲髩毫饬，有效地把清灰?dòng)能傳送到濾袋底部；二可增加脈沖閥的清灰過(guò)濾面積，尤其對(duì)粉塵粘性強(qiáng)、濾料阻力比較大或?yàn)V袋比較長(zhǎng)的除塵器(如窯尾袋除塵器)，安裝文丘里管可提高清灰效率。但由于文丘里管出口直徑縮小，經(jīng)過(guò)濾的凈氣通過(guò)文丘里管時(shí)會(huì)增加流速，造成除塵器阻力增加；另外文丘管也占用了除塵器的高度空間或使濾袋的局部過(guò)濾功能失效，所以文丘管的使用與否要綜合權(quán)衡。
3.3袋籠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
袋籠直徑和長(zhǎng)度是由濾袋決定的。袋籠材料一般選用Q 235A 冷拔剮鋼絲，袋籠外徑比濾袋內(nèi)徑小2～ 3 mm，除塵器在不同使用場(chǎng)所袋籠表面處理及冷拔絲規(guī)格見(jiàn)表1。袋籠垂直鋼絲根數(shù)與濾料材質(zhì)有關(guān)，氈類(lèi)濾料要保證二鋼絲之間弦長(zhǎng)距離不超過(guò) 25 mm；覆膜玻纖膨體紗等非氈類(lèi)濾料要保證二鋼絲之間弦長(zhǎng)距離不超過(guò) 20mm，這樣保證了濾袋的曲撓量足夠小(小于0． 7mm)，可較大限度地避開(kāi)玻璃纖維濾料不耐碰撞和磨擦的缺陷，提高濾袋的使用壽命。
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表1 除塵器在不同使用場(chǎng)所袋籠表面處理及冷拔絲規(guī)格
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立窯煙氣具有很強(qiáng)的腐蝕性，立窯除塵器的袋籠實(shí)際是易損件，其表面防腐層耍有足夠的防腐功能，以保證袋籠有較長(zhǎng)的使用壽命。
3.4濾袋材質(zhì)選擇
濾袋在一定程度上決定了除塵器的性能。由于濾料耐溫的制約，袋除塵器的煙氣入口溫度應(yīng)被嚴(yán)格控制在濾料所能承受的溫度以下，超溫?zé)煔庠谌氤龎m器前要采取降溫措施。GMC袋除塵器的幾種常用濾料的性能比較見(jiàn)表2，濾料的選擇應(yīng)根據(jù)煙氣的特性考慮確定。例如，篦冷機(jī)袋除塵器選擇濾料時(shí)要考慮耐高溫和耐磨性能，窯尾袋除塵器選擇濾料時(shí)要考慮耐高溫和抗水解性能。對(duì)于處理小流量的高溫?zé)煔鈭?chǎng)合，在性能上能滿(mǎn)足要求的前提下，選擇濾料時(shí)首先要考慮價(jià)格；
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表2 GMC袋除塵器常用濾料的性能比較
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進(jìn)口覆膜玻纖布是以美國(guó)唐納森公司的TETRATEX(r)#7005濾料為例。
選擇濾料時(shí)首先要考慮價(jià)格；選擇大型水泥窯尾袋除塵器濾料時(shí)，應(yīng)首先考慮過(guò)濾風(fēng)速及使用壽命。
3．5鎖風(fēng)卸灰裝置的選擇
GMC袋除塵器在處理入口濃度< 200g/m3 較低濃度高溫?zé)煔鈺r(shí)，鎖風(fēng)卸灰裝置的選擇基本可不考慮卸料能力，常用的幾種鎖風(fēng)卸灰裝置比較見(jiàn)表3。從表3中可看出，可優(yōu)先選用電動(dòng)雙層卸灰閥和氣動(dòng)雙層卸灰閥。因?yàn)，氣?dòng)雙層卸灰閥在運(yùn)行過(guò)程中還有輔助振打功能，有利于窯尾等粘性粉塵的下料；但在高寒地區(qū)最好選用電動(dòng)雙層卸灰閥。
3．6控制系統(tǒng)
GMC袋除塵器的控制系統(tǒng)除要完成各清灰脈沖閥及氣室隔離提升的動(dòng)作控制外，還要進(jìn)行除塵器入口溫度的檢測(cè)與控制。大中型水泥廠(chǎng)還要為DCS系統(tǒng)提供除塵器運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)，但其在除塵器總造價(jià)中所占比重很小，故硬件可推薦選用性能穩(wěn)定可靠、特別適宜水泥廠(chǎng)惡劣環(huán)境的PLC。
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表3 常用的幾種鎖風(fēng)卸灰裝置比較
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4．結(jié)論
(1)烘干機(jī)袋除塵器一般因處理風(fēng)量小，可采用國(guó)產(chǎn)廉價(jià)小口徑脈沖閥、中溫易清灰濾料、存線(xiàn)噴吹技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)高效、低阻、高可靠性、低運(yùn)行費(fèi)用，尤其較高的性能價(jià)格比增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
(2) GMC立窯袋除塵器與GMC烘干機(jī)袋除塵器一樣，具有高效、低阻、高可靠性、低運(yùn)行費(fèi)用、高的性能價(jià)格比；而且較輕的設(shè)備重量使得很容易在立窯環(huán)保改造時(shí)直接將其安裝于立窯房頂某一平面，大大節(jié)約非標(biāo)和設(shè)備基礎(chǔ)費(fèi)用，并降低了運(yùn)行電耗。
(3)GMC篦冷機(jī)袋除塵器最突出的特點(diǎn)是低阻、高可靠性、低運(yùn)行費(fèi)用，尤其該除塵器具有預(yù)收塵室及外過(guò)濾特點(diǎn)，能有效減小粉塵對(duì)濾袋的磨損。
(4)GMC窯尾袋除塵器一般處理的是大風(fēng)量煙氣，選用窯尾除塵器時(shí)首先要是能高效除塵并能實(shí)現(xiàn)低濃度排放。隨著水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，新建的現(xiàn)代化水泥廠(chǎng)以5 000t／d以上規(guī)模為主流，選用窯尾袋除塵器時(shí)還要考慮體積小、占地少和運(yùn)行成本低等因素。GMC窯尾袋除塵器在配置優(yōu)質(zhì)高過(guò)濾風(fēng)速濾料時(shí)完全能滿(mǎn)足要求，是目前及將來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)理想的首選環(huán)保設(shè)備。
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