窑头袋除尘器选型及应用（上）

0、引言

我国的水泥生产企业是由小到大逐步发展起来的，尤其在“十一五”期间和“十二五”初期，我国水泥工业取得了长足发展，新型干法水泥技术在节能、大型化方面取得突破性进展，目前新型干法水泥窑规模以5000t/d熟料规模为主，规模最大的已达到12000t/d熟料。

新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013）已于2013年12月27日发布，于2014年3月1日正式实施，新标准除严格水泥工业NOx排放控制外，进一步降低颗粒物的排放水平，按照新标准要求，新建企业自2014年3月1日起，现有企业自2015年7月1日起，水泥窑及窑头余热利用系统、冷却机等热力设备颗粒物排放限值为30mg/Nm3。重点地区企业执行大气污染物特别排放限值，热力设备颗粒物排放限值为20mg/Nm3。

作为新型干法水泥生产线热力设备，窑头的粉尘排放是水泥厂最大的粉尘污染源，应GB4915-2013新标准的排放限值要求，水泥厂窑头只有采用高效袋除尘器、高效电除尘器和高效电-袋复合除尘器等工业除尘设备才能使废气排放达标。因袋除尘器具有能处理微细粉尘、除尘效率高、结构简单、适应性强、系统运行稳定等优点，故袋除尘器更有优势。

1、窑头篦冷机烟气的特性

水泥厂窑头篦冷机烟气具有以下工况特性：

（1）风量变化大。篦冷机的余风量随进入篦冷机内熟料量的增加而增大，尤其是当窑内出现结圈、窑中生料大量堆积的恶劣工况时，一旦窑圈崩塌使窑内黄料在极短时间内进入篦冷机，导致余风量增大到正常余风量的1.5倍。

（2）温度变化大。正常情况下，出篦冷机余风温度约为200～250℃左右，随着篦冷机内熟料量的增加，余风温度相应增高，一旦窑内出现上述恶劣工况，余风温度就可能会高达450℃以上。

（3）含尘浓度变化大。正常情况下，出篦冷机余风含尘浓度为2～30g/Nm3左右，含尘浓度随篦冷机内细粉料的多少作相应的波动，一旦窑内出现上述恶劣工况，余风含尘浓度可能会增加到50g/Nm3以上。

（4）粉尘粒度较粗且磨琢性强。其中≥50μm的粉尘约占50%，又因余风中夹杂的粉尘是熟料粉尘，故其磨琢性较强。

（5）粉尘比电阻高。因余风干燥，含湿量约为1%～2%左右，故粉尘比电阻高达1011Ω.cm以上。

（6）粉尘比重大，比重约为3.2g/cm2左右。

2、窑头冷却机袋除尘工艺

根据以上对冷却机余风特性的分析，窑头篦冷机烟气具有风量变化大、温度变化大、含尘浓度变化大、粉尘粒度粗、磨琢性强等特性，在除尘工艺设计和设备选型时须充分考虑。尤其是温度特性，因为在不正常工况时，温度可达450℃,在此烟气温度下,就目前环保除尘技术,无论是电除尘器还是袋除尘器,均无法对此类烟气直接进行高效收尘,只有通过改变含尘气体的温度和湿度，或粉尘的电性质，才能使除尘设备对此类粉尘有高效收尘能力，净化后的气体才能达到新标准的限值要求。

水泥厂窑头烟气治理常采用两种工艺方案：烟气调质降温（或余热利用）＋袋除尘器；增湿塔+静电除尘器。近几年，对于新建生产线和环保改造，绝大部分选用“烟气调质降温（或余热利用）＋袋除尘器”的袋除尘工艺。

3、水泥厂窑头烟气调质降温技术

新型干法水泥厂窑头篦冷机废气温度不正常时可达450℃,在此工况下,就目前环保除尘技术,无论是电除尘器还是袋除尘器,均无法对此类烟气直接进行高效除尘, 只有通过降低含尘气体的温度，才能进行高效除尘，净化后的气体才能满足国家标准规定的排放限值要求。

水泥厂窑头烟气调质降温的主要目的是使烟气温度冷却到250℃以下,以达到高温袋除尘器的进气温度要求，高温烟气降温可以采取直接冷却或间接冷却两种方式，窑头烟气调质降温设备主要有多管冷却器、余热锅炉和增湿塔等，且以多管冷却器、余热锅炉居多。各种冷却方式的特性见表1。

4、国内窑头袋除尘技术的现状及趋势

自上世纪80年代中期以来，我国研究和设计单位先后引进了美国富乐公司的气箱脉冲、反吹风等系列袋除尘技术和欧洲的脉冲袋除尘器技术。目前，国内1000t/d以上规模的新型干法水泥生产线窑头几乎全部用篦冷机，自洛阳水泥厂窑头烟气治理首次采用袋除尘器后，由于其具有投资省、效率高且稳定等优点，袋除尘器很快在郑州金龙水泥厂1000t/d生产线、南京青龙山1000t/d和1500t/dｄ生产线、岐星水泥厂1000t/d生产线、四川都江堰3000t/d生产线、峨眉山1500t/d生产线等几百家水泥厂窑头陆续成功应用。针对窑头工艺系统和含尘烟气的特性，国内先后研制和应用的典型技术和产品有四种： CXS型反吹风高温玻纤袋除尘器、 GMC型高温高压脉喷袋除尘器、FGM气箱脉冲高温袋除尘器和CDMC新型低压长袋脉冲高温袋除尘器。

CXS型反吹风高温玻纤袋除尘器采用三状态清灰工艺，同时在钢结构本体设计方面，采用了标准箱体式和用户型板块结构，在200℃以下窑头高温烟气条件下，能长期高效运行，收尘效率可稳定在99.99％以上，如采用诺梅克斯渗膜滤袋，可进一步提高滤袋性能和降低阻力，该类除尘器具有很多优越性。但其也具有以下特点和不足：①采用内滤式，如清灰不彻底会造成袋内积灰；②过滤风速选取值偏低，设计过滤风速正常取0.45m/min以下，因此设备钢耗较高、体积较大； ③采用反吹风清灰，清灰动能较低，很难清灰彻底，清灰时引入大量新鲜冷空气，不利于防结露。随着节材、节能和环保意识的逐步提高，尤其新标准排放浓度限值的降低，CXS型反吹风高温玻纤袋除尘器将会逐步被脉冲类袋除尘器取代。

GMC型高温高压脉喷袋除尘器是在新型XMC型高压脉冲袋除尘器研制基础上研制成功的，其具有以下显著的性能特点：①采用外滤式，设计过滤风速可取1.0～1.2m/min，设备钢耗较低；②能处理窑头高浓度含尘气体，只要一级收尘；③采用高压脉冲清灰，清灰气源压力控制在0.5～0.7MPa，清灰动能大，清灰彻底； ④除尘效率高，出口排放浓度可控制在30mg/Nm3以下。

FGM气箱脉冲高温袋除尘器具有与GMC型高温高压脉喷袋除尘器以上所列四条相同的性能特点，但也存在以下三个主要区别：①清灰方式不同。FGM气箱脉冲高温袋除尘为离线清灰方式，GMC型高温高压脉喷袋除尘器为在线清灰方式；②脉冲阀规格和数量不同。FGM气箱脉冲高温袋除尘器采用的脉冲阀规格相对大但数量少，每室只配1或2个，GMC型高温高压脉喷袋除尘器采用较小口径的脉冲阀，脉冲阀配置数量多。③袋长和袋室高度的允许取值不同。FGM气箱脉冲高温袋除尘器袋长最大取3500mm，由于GMC型高温高压脉喷袋除尘器采用行喷且利用文丘里管，其滤袋袋长可取6000mm以上，故GMC型高温高压脉喷袋除尘器的袋室可做得比FGM气箱脉冲高温袋除尘器高一些，因此GMC型高温高压脉喷袋除尘器具有占地面积小的优点。

CDMC系列低压长袋脉喷高温袋除尘器综合了分室反吹和脉冲清灰两类除尘器的优点，克服了分室反吹清灰强度不足和一般脉冲清灰粉尘再吸附缺点，使清灰效率提高，喷吹频率大为降低。该产品使用淹没式脉冲阀，降低了喷吹气源压力和设备运行能耗，延长了滤袋、脉冲阀的使用寿命，综合技术性能大大提高。与以上GMC和FGM两类窑头袋除尘器相比，该类除尘器具有以下明显优点：①清灰气源压力为0.2～0.4MPa，清灰周期比一般脉冲除尘器长，清灰能耗低，②因清灰频率低，故提高了滤袋和脉冲阀的寿命；③因采用了6米以上长度的滤袋，钢耗低，占地面积小，节约设备和土建等投资；④与反吹风袋除尘器相比，采用上部抽袋方式，改善了换袋的操作环境。

随着脉冲阀和滤料技术的发展，再加上低压长袋脉冲袋除尘器具有的显著优点，在新建水泥生产线或老厂窑头除尘改造中，低压长袋脉喷高温袋除尘器技术将得到越来越广泛的应用。

延伸阅读：

窑头袋除尘器选型及应用（下）