回轉窯窯尾袋除塵器采用不同濾料和清灰方式的初步分析
0 引言
自1974年辰溪水泥廠首次在回轉窯窯尾采用反吹風玻璃纖維布袋除塵器以來，我國用于回轉窯窯尾的袋除塵器已有100多臺。其中絕大多數(shù)用于中小型回轉窯，只有個別用于大型回轉窯(2000t/d)。在這些袋除塵器中，無一例外的采用玻璃纖維濾料作濾袋，而清灰方式也全都采用反吹風清灰。
窯尾袋除塵器之所以用玻纖濾料主要是因為它能耐高溫(260℃)，窯尾廢氣溫度一般都在350～400℃，稍加降溫就能使用，它也幾乎是七八十年代耐高溫濾料的唯一選擇。另一方面玻纖濾料抗折性能不高，采用反吹風清灰，對玻纖濾袋的損傷較小，這就保護了濾袋，延長其使用壽命。雖然在具體設計上，上進氣和下進氣各有千秋，濾袋帶防癟環(huán)和不帶防癟環(huán)，其清灰作用略有差異，但始終沒有改變玻纖濾料-反吹風清灰的模式。
80年代以來，國內外濾料技術獲得長足的發(fā)展，新研究成功已獲應用的濾料有亞酰胺(190℃)、聚對苯酰胺(190℃)、聚苯撐硫(190℃)、聚亞酰胺(240℃)、聚四氟乙烯(250℃)、膨化聚四氟乙烯(250℃)及以上述各種濾料為基布，聚四氟乙烯薄膜為覆膜的覆膜濾料和各種復合濾料。在清灰方式上，也已研究成功了回轉反吹風清灰、氣箱脈沖清灰、脈沖噴吹清灰和低壓長袋脈沖清灰等技術。
本文擬就窯尾袋除塵器采用不同的濾料、不同的清灰方式及其適當?shù)慕M合進行初步的分析。
1 采用玻纖覆膜濾料的初步計算分析
以山西晉牌水泥集團有限公司[1]及文獻[2～4]的一些數(shù)據(jù)為例，進行初步計算分析。
1.1 使用覆膜濾料前后的情況
該公司2000t/d回轉窯窯尾廢氣采用摻冷風降溫的方法使入袋除塵器的廢氣溫度降到250℃以下。窯尾-生料磨廢氣凈化采用BFRS(P)1200-2×8玻纖袋反吹風袋除塵器，并于1995年11月隨窯點火試生產投運。1996年9月以后，該除塵器即使在窯、生料磨和煤磨同時運行時，其運行阻力也常在1769Pa左右波動，而窯單獨運行時，袋除塵器進、出口壓差竟達到2744Pa。由于多方面的原因，使該除塵器收塵效率降低，粉塵排放超標，窯產量上不去、質量下降，曾一度使生產陷于被動局面，到1997年4月該袋除塵器內的濾袋全部破損。
1997年5月該公司決定采用GORE-TEX覆膜抗酸玻璃纖維濾袋對袋除塵器進行技術改進，清灰方式仍用原反吹風清灰系統(tǒng)，主要技術經濟數(shù)據(jù)見表1。
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表1 改造前后主要技術經濟性能比較[1]
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改造后近2年的運行中，袋除塵器進出口壓差在窯磨同時運行情況下為980～1078Pa，在窯單獨運行情況下為1078～1176Pa，即使在窯滿負荷運行及廢氣量高達455653m3/h情況下，也未超過1176Pa，標況下出口排放濃度52.8mg/m3，濾袋平均使用壽命為3年，實際可達4年。
1.2 初步計算分析
1.2.1 年消耗濾袋費用
由表1看出，玻纖濾袋平均使用壽命1年，年消耗1套濾袋的費用為110.4萬元；覆膜濾袋平均使用壽命按3年計算，則年消耗濾袋費為99.6萬元。
1.2.2 使用覆膜濾料降低了電耗
使用覆膜濾料后，袋除塵器的運行阻力至少比用玻纖濾袋低500Pa，使運行電耗降低，每年可節(jié)約30萬元左右的風機電耗費用[1]。
1.2.3 減輕袋除塵器本體質量
采用覆膜濾料后，濾袋過濾風速由0.36m/min提高到0.84m/min，每室濾袋數(shù)量由138條減少到60條。其余袋帽不用，多余的(下)花板扎袋口封死。
這種改造方案是因地制宜，舊物利用。如果按改造后的有關參數(shù)設計該窯尾袋除塵器，則可設計選用LFGF526-2×8型或LFGF1200-7型(單列布置)。而兩者以后者更省一些。
該袋除塵器的鋼耗量為26kg/m2[2，3]。鋼耗量是指袋除塵器本體質量(在進、出風口法蘭之間，排灰口法蘭以上部分，不包括支架和保溫層，但包括必要的工藝性扶梯和平臺的設備質量)與過濾面積之比。
現(xiàn)推算新設計或選用的袋除塵器的本體質量:
8419×26=218894kg≈219t
再考慮增加10%的支架質量:219×1.1=240.9t
這樣采用覆膜濾料后袋除塵器本體質量則減少約240t[3](原重477t)，如每噸本體(含管路、閥門和壓縮空氣系統(tǒng)等)按8000元/t計，則可節(jié)省本體設備投資約192萬元。
此外，由于運行阻力低而穩(wěn)定，加之清灰容易，增大了窯內通風量，從而保證了熟料的產質量。
2 采用玻纖覆膜濾料和脈沖清灰的初步計算分析
2.1 清灰方式
目前，國內用的脈沖清灰袋除塵器其脈沖方式主要有3種:氣箱脈沖、噴吹脈沖和低壓長袋脈沖。
氣箱脈沖:采用1(或2)支脈沖閥對整箱(1個分室)的濾袋同時進行清灰，由于壓縮空氣首先進入潔氣室接著再進入濾袋口對濾袋進行清灰，其分布欠均且壓力損失較大。因此，對濾袋的清灰能量有所減弱，濾袋的長度最多只能到4m，常用長度為2.5m。但所用脈沖閥少，潔氣室內無噴吹管，換袋方便。使用0.5～0.7MPa的壓縮空氣。
噴吹脈沖:每室的清灰按濾袋排數(shù)進行，每排1根噴吹管和一個脈沖閥，噴吹孔對準每條濾袋的袋口，在噴吹孔前加噴嘴或文氏管以加強引流和導向。因此，其對濾袋的清灰能力很強，濾袋長度最長可達7m，其用壓縮空氣壓力需0.5～0.7MPa。
低壓長袋脈沖:系統(tǒng)與噴吹脈沖大體相似，由于采用了淹沒式脈沖閥，簡化了噴嘴管噴吹孔前的結構，其阻力損失減少。因此，所需壓縮空氣壓力低，能對5～6m長的濾袋進行滿意的清灰。
以往認為玻璃纖維濾料耐折性能較差，用于脈沖清灰的袋除塵器其壽命較低。因為外濾式必須加袋籠，而玻纖袋經不住籠骨的摩擦與反復折彎。但是炭黑行業(yè)引進的PHR脈沖除塵器，其玻纖濾袋卻能具有較長的使用壽命(>14個月)[5]，其中一個主要原因就是其耐折能力強、濾袋與袋籠的相配尺寸設計合理。我國近年已研制成功了高耐折玻纖濾料，與傳統(tǒng)配方處理的濾料相比，其耐折性能提高10倍以上，達到美國進口同類產品的先進水平[6]。所以，將玻纖覆膜濾料用于脈沖清灰也已具備條件。
2.2 過濾風速的確定
表1中反吹風清灰其過濾風速v=0.84m/s；國外G公司濕法窯用反吹風清灰，v=0.693m/min[7]；廣東一白水泥窯用換熱器降溫，低壓長袋脈沖，滌綸針刺氈濾袋，v=0.9～1.0m/min；另一白水泥窯用低壓長袋脈沖，玻纖膨體紗濾袋，v=0.9～1m/min[8]。根據(jù)上列數(shù)據(jù)，綜合分析并考慮到覆膜濾料比其基布的過濾風速可以有一定比例的提高[9]，脈沖清灰比反吹風清灰的能力更強。因此采用玻纖覆膜和脈沖清灰的過濾風速選取1m/min。
2.3 初步計算分析
計算分析仍是以表1為例。
1)濾袋面積可減少:(1-0.84/1)×8419≈1347m2
覆膜濾袋價格為298.8×104/8419≈355元/m2
則節(jié)省濾袋費用1347×355≈47.8萬元
2)袋除塵器本體可節(jié)約:按產品樣本統(tǒng)計了3種脈沖袋除塵器的鋼耗量，在這樣一個過濾面積數(shù)量級范圍內，其鋼耗量基本接近，為25～30kg/m2，則減少質量約33.7t。按8500元/t計，則本體可節(jié)約一次性投資28.6萬元。
3)運行阻力:運行阻力在1.2～1.5kPa，但玻纖覆膜濾袋的壽命可能會比采用反吹風清灰略低。
3 采用滌綸針刺氈和脈沖清灰的初步計算分析
袋除塵器采用滌綸針刺氈和脈沖清灰方式相結合方案基于如下考慮，普通滌綸濾料其最高使用溫度為120℃，這樣就必須把窯尾煙氣溫度降到120℃+Δt(Δt為冷卻器出口至袋除塵器入口的溫度降)，而相應的工況煙氣量則減少了許多，從而減少所需濾袋的面積，也就是降低了袋除塵器本體的費用(當然，冷卻器的成本要增加)。另一方面，滌綸濾料可在較高的過濾風速下運行，也減少了過濾面積，相應也就減輕了袋除塵器本體的質量。
1)計算廢氣量(t=120℃時)
表1數(shù)據(jù):Q0=423000m3/h，t0<250℃
即較原風量減少約1/4，工況含塵濃度增加約1/3，但比閉路水泥磨的濃度低得多。
2)過濾面積:過濾風速取1.2m/min
F=317856/(1.2×60)=4414m2
即為原玻纖濾料面積的23%，或為采用覆膜濾料面積的52%。如果選型則選用氣箱脈沖袋除塵器3臺PPCS96-2×8型組合或2臺PPCA128-2×7型組合使用。
3)冷卻設施
文獻[1]中采用摻冷風的方法將窯尾廢氣降到250℃以下。
采用滌綸針刺氈設定采用空氣冷卻器將窯尾廢氣溫度從250℃再降至120～150℃，則新增冷卻器質量為2×60t。冷卻器價按6000元/t計，則其投資額增加72萬元。
4)袋除塵器相關數(shù)據(jù)初步計算
所需滌綸針刺氈面積4414m2，按30元/m2計，即濾袋價為132420元，使用壽命按2年計算，則年費用為6.65萬元。
氣箱脈沖袋除塵器本體鋼耗量為25kg/m2計算，則本體重為110350kg，約110t。
本體按8500元/t計，則該除塵器一次性投資價為93.5萬元。
5)運行阻力和電耗
窯尾煙氣降為250℃采用覆膜濾料和反吹風清灰的袋除塵器風量，為窯尾煙氣溫度降至120～150℃采用滌綸針刺氈和氣箱脈沖袋收塵器風量的1.33倍，而后者的運行阻力為前者的1.3倍，故風機電動機功耗相差不多。
4 結束語
1)回轉窯窯尾廢氣凈化用袋除塵器，20多年來一直采用玻璃纖維濾料和反吹風清灰的方式，隨著袋濾技術多方面的進步，應該加以改進。
2)以2000t/d回轉窯廢氣凈化為例，當保持原有工況參數(shù)不變，將玻璃纖維濾料改用覆膜濾料并根據(jù)覆膜濾料的過濾風速重新選用或設計反吹風袋除塵器時，玻纖濾袋和覆膜濾袋的年消耗價值趨于一致。而使用覆膜濾料比玻纖濾料每年可節(jié)約30萬元的風機電耗費用；袋除塵器本體一次性投資可節(jié)約192萬元。此外，采用覆膜濾料降低粉塵排放濃度，同時也保證了窯的通風良好，從而保證了熟料的產質量。
3)采用玻纖覆膜濾料和幾種脈沖清灰的袋除塵器，濾袋和袋除塵器本體投資約可節(jié)約70多萬元。
4)如在原基礎上將廢氣溫度再降低至120℃，采用滌綸針刺氈和氣箱脈沖除塵器則濾袋年費用僅需6.65萬元，比覆膜濾料年節(jié)約100萬元。而袋除塵器(含冷卻器)費用和運行費用兩者大體相當。
5)本文的計算分析是初步的，但在數(shù)量級和思路上能看出一個大概輪廓。袋和袋除塵器本體的價格，受多種因素的影響，如供貨渠道、生產規(guī)模和裝備、人員素質和管理水平等。因此，只有在招標和定貨時才能有一個準確的價格。
參考文獻:
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[2] 王銀山.萊歇磨和回轉窯共用反吹風袋式除塵器[J].水泥工程，2000，(4):45.
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[5] 李尚才.袋式除塵器的發(fā)展及其結構性能介紹[J].水泥工程，1999，(5):47.
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[10] 中國環(huán)保產業(yè)協(xié)會袋式除塵器委員會.袋式除塵器濾料及配件手冊[M].沈陽:東北大學出版社，1997.
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