引言

水泥產(chǎn)品在給社會(huì)帶來(lái)財(cái)富和提升人們生活水平的同時(shí)，也給自然環(huán)境帶來(lái)不同程度的破壞。減少水泥生產(chǎn)過(guò)程污染物的排放，是水泥技術(shù)工作者不斷的追求，水泥工業(yè)大氣污染物的超低排放是水泥行業(yè)順應(yīng)大勢(shì)發(fā)展的具體行動(dòng)。

自超低排放概念植入行業(yè)以來(lái)，部分省份如河北、安徽、河南、浙江等省都陸續(xù)下發(fā)《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》地方標(biāo)準(zhǔn)，顆粒物濃度≤10mg/m3已成為水泥窯除塵器排放的基本要求。

市場(chǎng)的需求就是研發(fā)的方向，西礦環(huán)保研發(fā)出排放≤10mg/m3除塵器，在袋改袋超低排放項(xiàng)目中得到了成功應(yīng)用。

空氣過(guò)濾技術(shù)是袋除塵器的基本原理。袋除塵器是采用過(guò)濾方式，將氣體中固體顆粒物進(jìn)行分離的技術(shù)。是表面過(guò)濾的方式（見(jiàn)圖1）。

圖1 袋除塵器原理

水泥行業(yè)原本采用袋除塵器，仍然改造為袋除塵器，原因分析有以下幾個(gè)方面：

（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提高：項(xiàng)目建設(shè)之初，當(dāng)時(shí)的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)低（≤20~30mg/m3），導(dǎo)致過(guò)濾面積選小。風(fēng)量一定時(shí)，過(guò)濾面積偏小，過(guò)濾風(fēng)速就過(guò)高，濾袋負(fù)荷會(huì)增加，直接影響袋除塵器的過(guò)濾效率，無(wú)法滿足排放≤10mg/m3。

（2）能耗過(guò)高：袋除塵器自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或安裝缺陷造成阻力過(guò)大，系統(tǒng)電耗高，不滿足節(jié)能減排降碳的要求。

（3）水泥生產(chǎn)線提產(chǎn)現(xiàn)象：袋除塵器超負(fù)荷運(yùn)行。

（4）水泥工藝的改進(jìn)：近年來(lái)隨著水泥工藝增加了脫硫、脫硝、協(xié)同處置固廢等，水泥窯廢氣成分有所變化，特別是窯尾袋除塵器，凈氣室和煙道時(shí)有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

四川某水泥公司，有一條2500t/d預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線，原窯尾是別家企業(yè)供應(yīng)的袋除塵器，使用了近十年時(shí)間。改造前運(yùn)行時(shí)窯尾除塵器出口顆粒物排放≤30mg/m3，進(jìn)出口壓差在1500~1700 Pa，設(shè)備有腐蝕情況。

該家水泥是一家有社會(huì)責(zé)任感的企業(yè)，在四川省水泥工業(yè)大氣污染物超低排放地方標(biāo)準(zhǔn)未提出時(shí)，公司領(lǐng)導(dǎo)未雨綢繆，于2019年12月決定對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行增產(chǎn)提效技改，要求窯尾袋除塵器改造后，出口顆粒物排放≤10mg/m3；進(jìn)出口壓差≤1000Pa。

原設(shè)備是袋除塵器，既是改造，就需最大限度地利舊，保留原設(shè)備殼體，灰斗等。然各家袋除塵器結(jié)構(gòu)各異，其進(jìn)風(fēng)方式、分風(fēng)結(jié)構(gòu)等對(duì)袋除塵器的阻力影響各有不同，改造后系統(tǒng)處理煙氣量增加，排放要求更低。根據(jù)CBMP型袋除塵器的供貨經(jīng)驗(yàn)，改造措施從六個(gè)方面進(jìn)行。

3.1  增大過(guò)濾面積，降低過(guò)濾風(fēng)速

降低過(guò)濾風(fēng)速是袋除塵器提效改造首要考慮的因素，如果不改變?yōu)V料材質(zhì)，只有通過(guò)增大過(guò)濾面積去實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前水泥窯尾低壓、脈沖袋除塵器濾袋的通用標(biāo)準(zhǔn)直徑是Ф160 mm，保持不變，增大總過(guò)濾面積有三種方法，一是增加濾袋總數(shù)量；二是增加單個(gè)濾袋長(zhǎng)度；三是既增加濾袋數(shù)量又增加單個(gè)濾袋長(zhǎng)度。本項(xiàng)目的改造，保留原殼體，內(nèi)部布置濾袋的位置已限定，濾袋數(shù)量就限定了，只能采取增加濾袋長(zhǎng)度的方法：將原殼體整體拔高1 m，濾袋長(zhǎng)度增加1 m，總過(guò)濾面積增加17%，達(dá)到降低過(guò)濾風(fēng)速的目的。

3.2  運(yùn)用CFD氣流模擬仿真技術(shù)降低設(shè)備運(yùn)行阻力

袋除塵器運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部氣流均布性對(duì)除塵效率、阻力都有很大影響。原窯尾袋除塵器灰斗壁進(jìn)氣，運(yùn)行時(shí)進(jìn)出口壓差在1 500~1 700 Pa，阻力過(guò)高。取進(jìn)、出氣管道，殼體及袋除塵器內(nèi)部件等為研究對(duì)象，做CFD氣流模擬仿真，分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因。為得到更為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，對(duì)進(jìn)氣形式盡量還原，模型包括進(jìn)口煙道和進(jìn)氣煙道中氣流分隔板，并做花板、實(shí)體濾袋、灰斗進(jìn)風(fēng)通道中的導(dǎo)流板等（見(jiàn)圖2），以求盡量還原氣流流向，做更準(zhǔn)確的模擬計(jì)算。分析結(jié)果為：進(jìn)口管道處壓差363 Pa，第一排袋室的煙氣流量與平均流量的偏差為58.8%；分風(fēng)不均勻，在一定程度上影響設(shè)備運(yùn)行阻力。

將設(shè)備加高1 m，建立新的三維模型（見(jiàn)圖3），再次做CFD氣流模擬仿真分析。針對(duì)進(jìn)口管道阻力較大：改善進(jìn)口管道對(duì)接，加大對(duì)接管道的口徑，氣流在此處的通風(fēng)面積變大，局部阻力大幅度下降，改進(jìn)后進(jìn)口管道阻力下降大約300 Pa；袋室內(nèi)分風(fēng)不均：按各袋室流量偏差小于10.5%，調(diào)整袋室內(nèi)導(dǎo)流板及氣流分隔板的布置，加大灰斗分風(fēng)管道的口徑及調(diào)整管道方向，改變氣流流向和速度。通過(guò)兩項(xiàng)措施，各個(gè)袋室內(nèi)的氣流基本分配均勻（見(jiàn)圖4），流量偏差10.16%。

3.3  濾袋濾料技術(shù)選型

預(yù)分解窯窯尾的常規(guī)工藝是：從五級(jí)預(yù)熱器C1出來(lái)的廢氣溫度約280~350 ℃，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐利用余熱發(fā)電后，約200 ℃的高溫?zé)煔膺M(jìn)入生料磨烘干生料，之后進(jìn)入窯尾除塵器；生料磨停機(jī)時(shí)，高溫?zé)煔膺M(jìn)入增濕塔，經(jīng)過(guò)噴水降溫，進(jìn)入窯尾除塵器。此時(shí)廢氣的性質(zhì)是：正常工況下溫度90~180 ℃，異常情況瞬時(shí)可能達(dá)到260 ℃，含濕量6%~8%（體積），露點(diǎn)溫度為40 ℃左右，粉塵顆粒細(xì)，粉塵粒徑小于10μm者占90%~97%左右，小于2~3μm者約占50%左右；粉塵的另一個(gè)特點(diǎn)是比電阻高，有時(shí)達(dá)到1012Ω·cm以上。

根據(jù)窯尾瞬時(shí)高溫?zé)煔鉁囟龋x擇耐高溫濾料。資料顯示，玻璃纖維，長(zhǎng)期使用溫度260 ℃，瞬時(shí)可以耐溫290 ℃，有耐高溫的特性，且價(jià)格比較低廉。將其纖維織成布，表面通過(guò)熱合工藝，覆上PTFE薄膜。PTFE薄膜內(nèi)部呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，厚度約50μm，而每1c㎡含有14億個(gè)微孔，完全替代氈料類(lèi)的粉塵初次粘附層。氣流中0.2~0.5μm微細(xì)粉塵顆粒均能捕集。覆膜濾料不需要粉塵初次粘附層，就可以徹底清除濾料的積灰，真正實(shí)現(xiàn)表面過(guò)濾，且阻力僅有帶有粉塵初次粘層的針刺氈濾料的2/3。本項(xiàng)目選擇玻纖覆膜濾袋。

3.4  采用高凈氣室結(jié)構(gòu)，降低腐蝕風(fēng)險(xiǎn)

近年來(lái)，隨著國(guó)家環(huán)保要求的提高，水泥生產(chǎn)過(guò)程增加脫硫、脫硝工藝，水泥窯尾煙氣性質(zhì)及成分發(fā)生較大改變，窯尾袋除塵器凈氣室有漏風(fēng)時(shí)，冷熱氣流交匯，產(chǎn)生冷凝水，煙氣中的酸性成分或堿性成分，溶于水就會(huì)對(duì)殼體的碳鋼板產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。為減少漏風(fēng)，降低腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，將頂開(kāi)蓋式凈氣室改為高箱體結(jié)構(gòu)，新增高箱體大凈氣室安裝于新增殼體頂部，袋籠做成分節(jié)形式，在高箱體內(nèi)完成安裝及更換濾袋袋籠，一個(gè)凈氣室只有1個(gè)人孔門(mén)，供安裝施工及操作人員檢修用，漏風(fēng)幾率大幅減小，降低了凈氣室被腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

3.5  優(yōu)化加工工藝，提升加工精度

采用激光切割技術(shù)加工花板，保證花板平面度偏差不大于花板長(zhǎng)度的 2‰；花板孔中心位置度偏差+0.3 mm、下偏差0 mm；花板孔間距偏差小于上偏差+0.3 mm、下偏差-0.3 mm。花板與加強(qiáng)筋型鋼焊接時(shí)，采用多道斷續(xù)焊接，減少焊后變形，同時(shí)焊后必須做煤油滲透檢驗(yàn)。

花板與噴吹管、噴吹管支撐加工完成，在車(chē)間內(nèi)先進(jìn)行預(yù)組裝，用對(duì)應(yīng)圖號(hào)作標(biāo)記，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)標(biāo)記對(duì)應(yīng)安裝，減少安裝誤差；脈沖閥與氣包組裝好后整體發(fā)貨，發(fā)貨前再做空氣壓力試驗(yàn)，保證脈沖閥正常運(yùn)行。

3.6  施工現(xiàn)場(chǎng)按圖施工、精準(zhǔn)安裝

本項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，安裝前對(duì)原設(shè)備袋室殼體進(jìn)行修補(bǔ)，并根據(jù)整體受力情況對(duì)局部應(yīng)力偏大部位進(jìn)行加固處理。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)花板、凈氣室、殼體各板之間全部實(shí)施氣密焊，焊后采用煤油滲透檢驗(yàn)。改造增加的導(dǎo)流板，進(jìn)口管道及灰斗分風(fēng)管道，嚴(yán)格按圖紙規(guī)定要求進(jìn)行施工。在安裝濾袋、濾袋框架之前，對(duì)除塵器整體進(jìn)行徹底的漏風(fēng)檢查，并修補(bǔ)漏點(diǎn)。

本設(shè)備采用濾袋尺寸較長(zhǎng)，制造時(shí)嚴(yán)格控制濾袋、袋籠骨架和花板孔的尺寸公差，并進(jìn)行配合試驗(yàn)。濾袋安裝時(shí)，在濾袋廠家的指導(dǎo)下，使用保護(hù)套細(xì)心安裝，避免劃傷濾袋覆膜。

袋除塵器裝完濾袋后，進(jìn)行兩次熒光粉檢漏。兩次熒光粉選用不同顏色。

改造后，該除塵器的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 除塵器改造后的技術(shù)參數(shù)

2020年4月，改造完成的生產(chǎn)線正式運(yùn)行。5月27日，根據(jù)合同約定，該公司委托四川某檢測(cè)公司對(duì)該生產(chǎn)線窯尾廢氣進(jìn)行采樣檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果：顆粒物排放濃度平均值5.6 mg/m3，滿足合同約定的≤10 mg/m3；同步在線監(jiān)測(cè)，進(jìn)出氣口壓差573 Pa，滿足合同約定的進(jìn)出口壓差≤1 000 Pa的要求。

作者：陳貴福，陳月莉，任軒，魯果，任保國(guó)

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