1 水泥工業除塵技術的發展
1.1 靜電除塵器( ESP) 和袋式除塵器
自1906年靜電除塵器(ESP) 第一次被應用于工業以來, 靜電除塵器已發展成為一種公認的高效除塵裝置, 其效率可達到99%甚至更高。而我國電除塵器的技術水平, 已經達到國際先進水平。在水泥行業, 我國已能生產配套10 000t/d水泥熟料生產線超大型電除塵器, 處理風量近200萬m3/h。但是電除塵器在收塵機理上卻存在著很大的缺陷, 直接制約了電除塵器的應用。
( 1) 電除塵器的收塵效率直接受粉塵比電阻制約, 若要獲得高收塵效率, 能耗及初投資都將遠高于袋收塵。
( 2) 電除塵器對微細粒子處理能力有限。ESP對人體健康危害最大的0.1~2μm的塵粒的除塵效率較差。
由于ESP的使用限制, 目前世界上高效除塵技術越來越傾向于使用袋式除塵。袋除塵器的主要特點是運行穩定, 適應性強, 其收塵效率很少受到處理風量變化, 可過濾亞微米級的粉塵顆粒; 氣體和粉塵性質不同的影響。所以水泥廠的塵源點, 絕大部分采用袋除塵器, 當然這還有一些其他原因:不受CO濃度影響———由于電除塵器內的放電,會造成一氧化碳爆炸。在除塵器內要安裝防爆裝置,當CO含量超過一定值時, 防爆裝置就會自動切斷電源, 使高濃度含塵氣體直接排入大氣。而袋除塵器則沒有放電問題, 即使在高CO條件下亦能連續運行。
便于維修———由于袋除塵器具有很多室, 所以可關閉一個室并在隔離的情況下進行維修, 而對工藝過程影響很小。電除塵器一般不設計成獨立的室。不會因“停磨”而排放超標———通常全部窯廢氣在進入除塵器之前先通過生料磨, 當停磨時, 窯廢氣直接進入除塵器, 此時廢氣溫度、粉塵特性和廢氣水分都會發生變化。這種變化常會造成電除塵器較高的粉塵排放, 直至工藝穩定為止。
不需設置噴水系統和消耗水———通常氣體中的水分對袋除塵器并非關鍵, 而對電除塵器卻極為重要, 為此, 袋除塵器不需要噴水系統的投資和操作成本。
在后期需要降低排放時有更多的選擇———袋除塵器具有采用新開發濾袋的優點, 不需要改造除塵器的基本構造。
隨著袋除塵器技術的進步, 特別是新型濾料的涌現, 使袋除塵器的應用范圍更為廣泛。目前, 生產中應用最廣, 市場占有率最高的大型袋式除塵器是反吹風大布袋除塵器和脈沖噴吹除塵器。
1.2 深層過濾和表面過濾
袋式除塵器的除塵效率高也是和濾料分不開的,濾料性能和質量的好壞, 直接關系到袋式除塵器的好壞和使用壽命的長短。它的性能和質量也促進袋式除塵技術進步, 影響其應用范圍和使用壽命。
國內目前的袋式除塵器相當大的一部分采用針刺氈材料等普通濾料, 屬于“深層過濾”。最初接觸濾料的粉塵將會滯留在濾料表面, 形成一層“初次濾餅”使濾料孔隙減少而提高過濾效率。“深層過濾”就是利用這層“初次濾餅”層以實現有效的粉塵過濾/捕集的過程。隨著過濾的進行, 粉塵會順氣流壓力不斷滲入濾料, 導致運行阻力不斷上升, 系統處理風量下降, 能耗增加, 并使濾袋工作壽命大大縮短。另外, 由于“初次粉餅”的存在, 在處理含濕量大的氣體時, 濾料容易“板結”而過早失效。
由美國戈爾公司(W.L.Gore&AssociatesInc.) 于1975年首先發明和生產的Gore!薄膜濾料是迄今為止最完美的解決了過濾效率和清灰性能矛盾的一種濾料, 該濾料的過濾表面復合了一層用“膨體”專利技術制成的多微孔、極光滑的膨體聚四氟乙烯( ePTFE)薄膜。由于膨體聚四氟乙烯( ePTFE) 薄膜的纖維組織極為細密, 結果使含塵氣體經過濾料后的粉塵排放量接近于零; 由于膨體聚四氟乙烯( ePTFE) 薄膜本身具有不粘灰、憎水和化學性能穩定等特點, 使薄膜濾料具有了極佳的清灰性能, 結果使過濾阻力始終能保持在很低的水平, 使處理氣流量始終保持在較高的水平, 從而實現袋式除塵器的“表面過濾”。
表面過濾的性能特點:
(1)運行阻力低, 處理氣流量大。
使用Gore!薄膜濾料氣流量通常可增加30%以上, 從而可大大提高系統的生產效率; 過濾風速可比普通濾料提高1~3倍, 從而可使除塵器體積減小, 除塵器初投資成本減少; 同時降低了系統的風機動力和壓縮空氣消耗, 減少系統的運行費用。
(2)清灰性能好
能達到世界上最嚴格的粉塵排放標準; 近于零的排放使空氣再循環設備的成本大大降低, 并節省了大量能源。同時ePTFE薄膜提供了極佳的濾餅剝離性和清灰性能。
(3)濾袋的使用壽命長
由于清灰效果好、清灰周期長、清灰強度較低, 減輕了濾料的磨損, 使濾袋的使用壽命大大延長。
2 水泥生產工序中的除塵新趨勢
2.1 回轉窯窯尾除塵系統
近來的趨勢是把老化的電除塵器( ESP) , 部分地或全部地改成袋式除塵器(脈沖型和/或反吹風型)。以前, 袋式除塵器不受歡迎是因為所用濾料不令人滿意, 濾袋壓降大, 造成“瓶頸”現象, 使系統的風量大大減少; 此外, 還有濾袋壽命短, 換袋費用大的問題, 所以很少被選用。
然而在使用Gore!表面過濾濾袋后, 盡管通過的氣流很潮濕而且含塵量大, 但袋內外壓差相當低, 只有490~1 176Pa, 而且濾袋壽命可達到4年以上。這樣一來, 除塵器選擇就傾向于袋式除塵器, 而不是ESP了。Gore!濾袋允許的過濾速度高, 因此除塵器體積可大大縮小, 造價比ESP還便宜30%~50%。
2.2 原料磨和煤磨收塵系統
在粉碎工序中, 作為預粉碎的輥碾機已成為主流設備。大多數工廠已把球磨機換成立磨, 用作原料粉磨及煤粉磨設備。過去, 煤磨和水泥磨系統, 常把袋式除塵器作為輔助設備, 如今則把袋除塵器作為系統主要收塵設備而使用(袋除塵器直接裝在磨機和選粉機之后, 取消了旋風器, 所以粉塵濃度急劇增加)。
在煤磨收塵系統中, 靜電排放時的火星會引發爆炸、大火、人員傷亡等, 并且造成高壓差而導致清灰困難。如今使用Gore!表面過濾能夠防止粉塵滲透防靜電底布, 從而減少過濾表面一次粉餅的堆積。這樣不僅可以達到高效過濾, 減少除塵器內粉塵數量, 而且可以提高生產能力, 降低爆炸的可能性。
2.3 水泥粉磨收塵系統
80年代初, 一些高效旋風選粉機(Cyclo- pol!及后來的O- Sepa!, Sepol!, Sepax!等), 受到廣大用戶青睞, 原因之一是它們可以靈活地適用于各種磨機, 而且效率不減。與此同時, 輥壓機也開始應用。
水泥廠用高效選粉機將磨好的水泥冷卻和分級, 就需要大型袋式除塵器做產品收集器。因此, 袋收塵成為生產工藝的整體組成部分, 而非輔助設備。這些袋除塵器用上Gore!薄膜濾袋, 進一步優化生產過程并使運行穩定; 濾袋可連續使用三年以上; 盡管入口粉塵濃度高達1 000g/m3, 但袋壓降△P仍低于1 470Pa。
另外水泥廠采用的輔助措施也給袋收塵器帶來了一些問題:
a.在水泥中摻入鋼渣以提高質量。但磨碎鋼渣時,由于渣的水分會給除塵器帶來一些問題。
b.在水泥中填加飛灰和火山灰。這些物料的顆粒微細且形狀不規則, 使除塵器增加了負荷。而在使用了GORE!薄膜濾袋后, 可以克服與此有關的高阻力和高排放問題。
3 結論
1)除塵設備已不僅僅是輔助設備, 它和有關的水泥窯、水泥磨、煤磨一樣, 是整個生產工藝的組成部分, 這就要求有更為可靠的過濾技術。
2)水泥工業中的大部分工序, 其除塵技術將是由靜電除塵傾向到袋式除塵。
3)代表過濾技術進步的“表面過濾技術”, 與水泥工業現代化步伐并駕齊驅。
4)ePTFE薄膜濾袋已在所有主要水泥生產工序中, 用得很成功, 它有能效幫助工廠管理人員實行更好的成本管理。Gore!濾袋能長期在低△P范圍內運行, 而且壽命更長, 加上允許過濾速度較高, 所以設備尺寸較小。這些都十分適合水泥工業的現況。
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