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水泥工业袋除尘技术发展概况

时间:2015-02-09  点击:1826次


摘要本文对水泥工业大气污染现状及国家相关标准、政策作出介绍,对水泥工业除尘技术的发展作了全面阐述,对其发展作出展望。

1水泥工业粉尘排放及治理状况

水泥工业是髙消耗、髙污染工业,水泥产量的持续大幅增长给资源和环境带来巨大的压力;水泥工业对大气所产生影响的主要污染源是粉尘和废气,粉尘污染排放大大高于国外同行业,粉尘主要是由于水泥生产过程中原、燃料制备和水泥成品储运,物料的破碎、烘干、粉磨、煅烧等工序产生的废气排放或外逸而引起的。根据我国每年的水泥总产量推算,我国目前每年因水泥生产向大气排放的各类粉尘量达到约1500万吨以上。

水泥工业重点进行节能降耗工作,主要是通过技术进步,大力推广新型干法窑外分解技术,促进工艺结构的调整,大幅降低能耗,改善环境并使生产技术指标和经济效益显著提高。大型水泥企业烟尘排放达标排放率96.0%以上,工业粉尘排放达标率98.0%以上,固体废物综合利用率100%。

2水泥工业污染防治政策与排放要求

2.1水泥工业大气污染治理的技术依据

GB/T 15432    环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法

GB/T 16157    固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法

HJ/T 42       固定污染源排气中氮氧化物的测定紫外分光光度法

HJ/T 43       固定污染源排气中氮氧化物的测定盐酸萘乙二胺分光光度法

HJ/T 55       大气污染物无组织排放监测技术导则

HJ/T 56       固定污染源排气中二氧化硫的测定碘量法

HJ/T 57       固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法

HJ/T 67       大气固定污染源氟化物的测定离子选择电极法

HJ/T 75       固定污染源烟气排放连续监测技术规范(试行)

HJ/T 76       固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法(试行)

HJ/T 397      固定源废气监测技术规范

HJ 533 环境空气和废气氨的测定纳氏试剂分光光度法

HJ 534 环境空气氨的测定次氯酸钠-水杨酸分光光度法

HJ 543 固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法(暂行)

HJ 629 固定污染源废气二氧化硫的测定非分散红外吸收法

2.2水泥工业污染排放标准和防治政策

水泥行业粉尘排放执行新修订的《水泥工业污染物排放标准》;新修订标准对烟尘、粉尘、二氧化硫、氟化物排放限值大幅度降低,同时规定单位产品的最髙排放量,增加了对氮氧化物等排放控制指标;新修订标准的实施,将有力促进水泥企业的技术进步,杂用先进的除尘技术,提高环境保护水平。

根据新修订的标准从2014年3月1日起,新、改扩建水泥生产线的粉尘排放浓度就应达到:破碎机、磨机、包装机等通风设备粉尘排放浓度30mg/Nm3以下,窑、烘干机、篦冷机等热力设备排放浓度在20mg/Nm3以下;从2014年3月1日起现有生产线所有生产设备的粉尘排放浓度执行上述排放要求.

随着水泥工业产业政策的调整,水泥生产工艺线日趋大型化,这些大型水泥生产线,每条线都有大量的除尘器,窑尾除尘是水泥工业环保关键所在。大型水泥厂的窑尾除尘,过去大多采用电除尘器,由于电除尘器对比电阻的敏感性及其除尘机理决定,其烟尘排放浓度较高,一般都100mg/Nm3 以上。随着环保新修订标准的实施,窑尾烟尘排放浓度都要求小于等于50mg/Nm3,沿海经济发达地 区、四川、河南、广东、江苏等省要求窑尾烟尘排放浓度小于lOmg/Nm3,因此,采用袋式除尘器是 窑头、窑尾除尘发展的趋势。也有不少水泥厂根据企业自身设备、资金情况,将不能达标排放的电 除尘器改造成袋式除尘器,取得了很好的效果。由于袋式除尘器的适应能力比电除尘器要强,因此,

3水泥工业除尘技术的发展

3.1电除尘器和袋式除尘器

自1906年静电除尘器(ESP)第一次被应用于工业以来,已发展成为一种公认的高效除尘装置,效率可达到99%甚至更高。在水泥行业,我国已能生产配套10000t/d水泥熟料生产线超大型除尘器,处理风量200万m3/h。由于电除尘器的收尘效率受粉尘比电阻制约,若要获得高收尘效率,能耗及初投资都将远高于袋除尘;电除尘器对人体健康危害最大的0.1-2 u m的尘粒的除尘效率较差;目前高效除尘技术越来越倾向于使用袋式除尘。袋除尘器的主要特点是运行稳定,适应性强,除尘效率 很少受到处理风量变化,可以过滤亚微米级的粉尘颗粒;不受气体和粉尘性质不同的影响。所以水泥厂的尘源点,绝大部分采用袋除尘器,当然这还有一些其他原因:袋除尘器不受C0浓度影响A由于电除尘器内的放电,会造成一氧化碳爆炸。在除尘器内要安 装防爆装置,当C0含量超过一定值时,防爆装置就会自动切断电源,使高浓度含尘气体直接排入大 气。而袋除尘器则没有放电问题,即使在较高C0条件下亦能连续运行。便于维修_一由于袋除尘器 设有很多室,可关闭一个室并在隔离的情况下进行维修,对工艺过程影响很小,电除尘器一般不设计成独立的室。

袋除尘器不会因“停磨”而#放超标一通常全部或部分窑废气在进入除尘器之前先通过生料磨, 当停磨时,窑废气直接进入除尘器,此时废气温度、粉尘特性和废气水分都会发生变化,这种变化常会造成电除尘器较高的粉尘排放,直至工艺稳定为止。不需设置喷水系统和消耗水|通常气体中的水分对袋除尘器并非关键,而对电除尘器却极为重要,为此袋除尘器不需要喷水系统的投资和操作成本。

袋除尘器在后期需要降低排放时有更多的选择,袋除尘器具有采用新开发滤袋的优点,不需要 改造除尘器的基本构造。

随着袋除尘器技术的进步,特别是新型滤料的出现,袋除尘器的应用范围更为规范。目前,生产中应用最广,市场占有率最高的大型袋式除尘器是脉冲喷吹除尘器。大型化的高效袋式除尘器是 现代除尘技术发展的标志之它除尘效率高,特别是捕集微细粉尘效果更佳。近年来,袋式除尘 器滤料材质的提高和清灰控制自动化与本体结构性能的优化,为袋式除尘器的发展提供了技术保证, 大型干法水泥窑窑尾烟气处理采用袋式除尘器已渐成趋势。

袋式除尘器对窑工况变化的适应能力强,无论是电除尘器还是袋式除尘器均有很高的捕尘效果, 只要设计选型正确、产品质量优良、维护操作合理,均能保证国家规定的排放标准。相比较而言, 由于设备结构及除尘清灰机理的不同,当窑工况失稳、热工参数偏离原设计指标波动变化时,袋式 除尘器的适应能力则要强一些。实际生产中,当进入电除尘器的废气量或含尘浓度超过原设计值时, 其除尘效率就会下降。而窑尾废气不可能一直保持在设计指标范围内。当喂料(煤)量、系统漏风 超过设计指标时,均有可能使窑尾废气量超标,从而使除尘器的除尘效率下降,排放浓度就会超标。

袋式除尘器可以在非正常工况下达到最小的排放;现有的水泥窑大多采用电除尘器,运行中,受电除尘器自身安全的要求,有2种超标情况:点窑时煤燃烧不完全,C0超标,此时不向电除尘 器供电,引起粉尘浓度超标;这种情况时间不长,超标排放量也不大;点火时,窑温上升到一定温 度,燃烧基本正常时就投料,电除尘器也投入运行。时间很短,而投料之前只有烟尘,即使有一段 时间超标,超标值很低(200—300mg/m3),排放总量可以忽略。生产过程中,由于操作不当造成 $超标,停止向除尘器供电引起的粉尘浓度超标排放,此时由于要对窑系统进行调整,.木能停止运 行,因此只能停止向电除尘器供电,引起粉尘浓度超标排放,此时粉尘浓度超标排放量就大了。

运行费用方面,袋式除尘器的阻力较大,而电除尘器阻力低,因而很多人就认为袋式除尘器主风机消耗的电功率也要大很多。其实电除尘器除了主风机消耗的电能外,还有高压供电机组、电除尘器绝缘加热器及极板的振打等都会耗电,算起来两者的功率消耗相差也不是很大。初投资2类除 尘器接近,运行费和维护费袋式除尘器比电除尘器高一些。不过关键还在于袋式除尘器选用何种滤 料。有的滤料价格每平方米只有几十元,而有的却是200—300元,这就直接影响了初投资。滤袋的 使用寿命有的1 一2年,有的可达4一5年,这就给维护费拉开了很大的差距。此外,虽然电除尘器 和袋式除尘器都有很高的除尘效率,但袋式除尘器在处理微细粉尘时要强一些,因而在目前对环保要求日趋严格的情况下,采用袋式除尘器更为有利。


3.2水泥工业袋式除尘滤料的技术进步

袋式除尘器的除尘效率高是和滤料分不开的,滤料性能和质量的好坏,直接关系到袋式除尘器的好坏和使用寿命的长短。滤料的性能和质量也促进袋式除尘技术进步。从国内这几年的水泥工业应用情况来看,现有滤料的性能和寿命都能满足新型干法窑用户的要求。P84滤料价位都很高,且使用的数量也很大,一台除尘就是1 一 2万m³,价值数百万元。这对袋式除尘器在水泥工业新型干法窑的广泛应用,带来不利的影响,必须国产化,降低滤料成本。近年来国产的复合滤料、P84针刺毡、氟美斯针刺毡都已开发出来,并在多台窑尾袋式除尘器上试用,平均使用寿命可以达二年以上。值得一提的是国产髙端纤维均也己批量生产,国产PTFE、PPS 和芳纶纤维每年产量都达到3000吨以上;国产P84纤维到年底产量也能达到300吨左右;质量与国 外产品差异不大,高端纤维的国产化将有利于水泥工业袋式除尘器的更加普及,投资和运行费用将进一步降低。

3.3水泥工业袋式除尘主机的技术进步

水泥生产企业的尘源点非常多,破碎机、磨机、高效选粉机,输送带、料仓、库顶、库底及包装系统,烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机、回转窑(窑头、窑尾)及窑磨一体等,都产生大量的粉尘和烟尘。过去,水泥生产企业把除尘设备应用于水泥生产线,不是以环境保护为目的,而是出于收集物料,降低消耗,节约成本,兼顾劳动保护的目的。我国上世纪五十年代末期,水泥生产企业主要采用机械振打式和人工振打式袋式除尘器,适应的工作温度低、处理风量小、清灰效果差、设备故障多、工人劳动强度大。二十世纪七十年代开始采用压缩空气清灰的脉冲袋式除尘器和反吹风袋式除尘器。由于当时脉冲阀质量差、品种少、故障多,滤料的种类少、性能差、寿命短,袋式除尘器在水泥工业的应用受到很大限制。

上世纪八十年代后期,我国引进美国富乐公司的气箱脉冲和大型分室反吹风袋式除尘器。经过消化吸收,我国水泥企业逐渐接受和采用。与此同时,国内的工程技术人员开拓创新、自己研发了窗、烘干机等高温、高湿工况专用袋式除尘器和煤磨袋式收尘器,应用于水泥企业。这些袋式除尘器的除尘效率都很高,基本在99. 9%以上,保证水泥生产企业的尘源点,排放浓度降到30mg/Nm3以下,使我国水泥工业除尘设备水平大幅度提高,我国水泥工业粉尘散失量占水泥总产量的比例下降到2.0%左右。九十年代国内自己研制的立窑、烘干机玻纤袋除尘器和煤磨袋式收尘器日趋成熟、稳定,应用越来越多。长袋低压脉冲除尘器和其它脉冲喷吹的袋式除尘器在水泥工业的各种磨机和回转窑也大量推广应用。

3.4水泥工业袋式除尘清灰技术进步

袋式除尘器使用的关键在清灰,清灰效果很大程度决定着袋式除尘器及整个系统的成败,以强力清灰为特征的脉冲袋式除尘器成为首选的设备。新一代脉冲袋式除尘技术完全克服了传统脉冲除尘的缺点,清灰能力强的特征更为突出,使除尘滤袋更长(6m或更长),占地面积少,设备阻力低,清灰所需气源压力低,工作可靠,维修工作量小等优点,杜绝了弱清灰类袋式除尘器普遍存在阻力过高的现象。袋式除尘器的除尘效率更加提高,排放浓度低于30mg/Nm3已是普遍现象,低于10mg/Nm3也非罕见。主机和滤袋接口技术也有了长足进步。过去采取绑扎或螺栓压紧的固袋方式,滤袋接口存在泄漏,往往使除尘器的除尘效率,同滤料相差1-2个数量级。新的固定方式是严格控制花板的袋孔以及袋口的加工尺寸,依靠弹性元件使袋口外侧的凹槽嵌入袋孔内,二者公差配合,密封性好, 从而消除了接口处的泄漏。脉冲袋式除尘器大型化的趋势明显,性能达到国际先进水平。袋式除尘器在适应高含尘浓度方面实现突破,能够直接处理含尘浓度很高的含尘气体,并达标排放,因此, 许多物料回收系统抛弃原有的多级收尘工艺,而改用一级袋式收尘取代。

3.5水泥工业除尘配件的技术进步

袋式除尘器各主要部件的质量提高,脉冲阀制作更加精良,膜片和电磁阀使用寿命成倍延长;袋笼均为专机制作,质量都能达到国外先进水平;袋式除尘器的自动控制已普遍采用PLC机,工控机(IPC),大型袋式除尘器还采用DCS控制系统。中、小型设备多采用单片机或集成电路为核心的 控制技术;耐高温滤料多样化、P84、玻纤薄膜滤料在回转窑窑尾袋式除尘器上应用越来越多。针刺 毡的应用更为广泛,后处理技术多样化,原来较少应用的防油、防水、阻燃、抗水解等处理日渐普 遍,使滤料能适应多种复杂环境。表面过滤材料的出现和应用,对微细粉尘有更高的捕集效率,并 将粉尘阻留在滤料表面,容易剥离,使设备阻力降低;滤袋的制作也更加规范,—些企业引进先进设备和技术,滤袋的制作质量达到了国际先进水平。袋式除尘的各项技术都有了长足的进步,在不少细节上下功夫,在技术性能和产品质量方面与国外发达国家相差无几。进一步净化了水泥工业排放的污染物,使粉尘散失量下降到现在的1. 7%左右。

4袋式除尘器在水泥工业的发展趋势

水泥行业准入条件要求:“所有水泥生产环节必须达到国家环保要求,严格执行《水泥工业大气污染物排放标准》和《水泥工业除尘工程技术规范》,新建水泥项目必须安装在线排放检测装置。”

水泥工业产业政策要求:“建立和完善水泥工业污染物控制指标的在线监测和评价体系,加快实施水泥企业污染物排放在线控制和监测,及时、准确、有效控制水泥工业污染物排放。”

“十一五”以来水泥工业烟、粉尘去除率逐年提髙,已超过92%,但全国达标排放率只有89%,排放总量仍然很大,每年对外排放总量超过1000万吨,是我国烟尘排放大户。

水泥工业只有电除尘器和袋式除尘器才作为最终的除尘装置,对于影响我国大气最为严重的 PM2. 5的细粉尘,袋式除尘器又是最终解决的装置。十土.五期间国家发改委、环保部拟将影响我国 阴霾天气的PM2. 5超细粉尘列入治理的规划,这对水泥工业的粉尘治理又提出更高的要求。

节能减排是水泥工业永恒的主题,水泥结构调整,大量新上的新型干法水泥生产线,具有工艺先进、设备优良,企业规模比较大,有利于对烟尘、粉尘的控制;新修订的国家标准GB4915-2013 《水泥工业大气污染物排放标准》是任何水泥厂都必须执行的。有些城市和地区的标准严于国家的标准,排放浓度提高到30mg/Nm3,甚至lOmg/Nm3;广东、四川、江苏、河南等省,新上的工艺线均要求从原料处理到产品采用袋式除尘器,同时,全国各省、市逐步在大、中型水泥生产线安装在线监测仪器,随时监控烟尘和粉尘的排放。

水泥工业结构调整,新型干法水泥生产线快速增长和环保法规及监管愈来愈严格。在发达国家,欧洲、北美等环保标准和执法都很严格,他们的水泥生产线普遍釆用袋式除尘器;窑头、窑尾大都采用袋式除尘器。韩国水泥厂90%的废气是通过袋式除尘器净化的,这使其水泥粉尘的排放都非常低;很好的保护了当地的大气环境。近五年来,我国在新型干法生产线窑头、窑尾采用袋式除尘器越来越多。全国几大水泥公司全工艺线均采用袋式除尘器;中联水泥、冀东水泥、华新水泥、海德堡、中材国际、亚东等大型水泥集团新上5000t/d到10000t/d整条工艺线都是采用袋式除尘器;为了减少排放,中联水泥的100多条新型干法水泥工艺线逐步开始把电除尘器改为袋式除尘器;河南南阳中联、郏县中联于2009年完成电改袋的。可以预见,随着新上水泥生产工艺线越来越少,水泥工业环境保护要求越来越高,水泥工业电除尘器改袋式除尘器会越来越多;:G业和信息化部印发了 《关于水泥工业节能减排的指导意见》(工信部节[2010] 582号),到五”末,全国水泥颗 粒物排放在2009年基础上降低50%,明确2011 —2015年现有水泥窑电除尘器改为袋式除尘器(低 压脉冲除尘器),这无疑在今后几年为袋式除尘器在水泥行业的推广和应用奠定了良好的发展基础。同时老式袋式除尘器也存在改造问题,袋式除尘系统一级除尘直接处理高浓度粉尘,排尘浓度和运行阻力会更低,除尘滤袋使用寿命会更长。

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