XL系列砖混结构袋除尘器的设计与应用
1.引言
立窑烟气治理难，不在其烟气量大，也不在其粉尘浓度高，关键在其含湿量高（12%左右），腐蚀性强（H2SO 4、HF等）和人工操作窑面，工况波动范围大；加上近年来，立窑水泥厂为提高产质量、降低热耗都采用大风大料、暗火操作的煅烧工艺，使得立窑烟气下限温度变得更低（60℃左右），立窑烟气的露点在（45～55℃），酸露点温度更高。传统布袋除尘器的使用温度都在70℃以上，且是除尘器的出口温度，这使得许多企业用了除尘器以后，必须改变原有的操作方法（保证立窑烟气在80℃以上），这样不仅产量会降低很多，而且热耗也惊人地增加，因此出现了许多立窑企业虽上得起除尘器但用不起除尘器、有的白天开晚上停、有的干脆就停在那里不用的现象。
随着环保新标准GB4915—2004《水泥工业大气污染物排放标准》的实施，确保立窑“无烟无尘”达标排放已成为立窑水泥厂的生命工程。为使得立窑水泥企业在眼前的水泥行情下具有较强的竞争力，南京立窑所推出了“两磨一窑加环保，增产节能又降耗”的立窑企业整体升级改造技术。其新推出的“XL系列砖混结构袋除尘器”是其中“环保”的一个主打产品。是综合国内外袋式除尘器的优点，结合多年的实践而推出的一种新型专利袋除尘器。该除尘器既适合于机立窑烟气“湿、蚀、变”的特性，又适合于大风大料、暗火操作的生产工艺。
2.基本结构原理（见图1）
XL 系列砖混结构袋除尘器以砖墙及钢筋混凝土为本体，采用上部进风，含尘气体由顶部一个较大的均风调质仓均匀进入各室，较大颗粒由于惯性作用，直接落入灰斗，其余经滤袋过滤后进入滤袋外表面，后经排风阀，排风连接管，排风主管，由主风机、烟囱排入大气。随着过滤时间的加长，滤袋上的积灰增加，滤袋的透气性下降，系统的阻力增加，当系统阻力增加到一定程度后，除尘器自动启动清灰系统，通过设定好的程序启动反吹风机，然后关闭排风阀，停止该室过滤，同时打开该室反吹风阀，反吹风经反吹风主管，反吹风阀，反吹连接管，进入该室进行反吹。数秒后该室重新进入过滤状态。由于布袋上粉尘又细又粘，一次清灰效果并不太理想，经暂短时间后，程序重新启动反吹风机，对该室进行第二次反吹清灰。
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图1 结构原理图
3 设计与应用
3.1 本体结构的设计
3.1.1 砖混结构是立窑除尘器的最佳选择
由于全钢结构的立窑袋除尘器具有散热快，耐腐蚀性差，投资成本高等缺陷，我们用砖混结构代替钢板结构，除尘器上的进出气主管、反吹主管、烟囱、灰斗及壳体采用砖混制作。因砖混结构具有吸热放热特性，对烟气有调质作用，使得除尘器能低温运行；砖混结构的防腐能力强，只要严格把握施工要求，除尘器的砖混制作部分是永久性的。由于砖块、钢筋等原材料水泥厂比较容易得到，水泥就更不用说了，这样就省去了大量的钢材、运费、安装费等，所以投资省。
3.1.2 砖混结构比钢结构制作用严格
许多水泥厂都喜欢砖混结构，很多水泥厂的上部烟囱，沉降室都用过砖混结构，但因开裂太严重，很多已改用钢板结构。所以水泥企业对砖混结构除尘器最担心的就是开裂问题。我们经过多年的实践，在XL系列砖混结构袋除尘器上采用了“统一表面张力”和“整体应力平衡”两大工艺手段，使除尘器成为一个坚实的整体。
3.2 清灰系统的设计
3.2.1 采用大口径、中长度、抗磨抗结露处理的化纤袋
内滤室布袋的直径一般都在Φ160～300mm范围内，长度一般在6～10m之间, 长径比一般在20～35之间。对于立窑烟气粉尘来说，口径越大，布袋的剥落性越就越好！同样口径越大，单位占地面积内的过滤面积越小，且袋口的张力也越大；布袋长径比除考虑平面布置，还应考虑到袋口风速，因为对于一定直径的滤袋，滤袋愈长，每根滤袋的风量愈大，袋口的入口风速愈大，对袋口的磨损也愈厉害。XL系列砖混结构袋除尘器采用Φ260mm×8.1m的抗结露处理的化纤袋，克服了传统用玻纤袋抗折抗磨性能差、半年一换的局面。
3.2.2 独特的花板布置
XL系列砖混结构袋除尘器采用独特的花板布置，使布袋在正常工作时处于共振状态，部分附在布袋内表面的粉尘因共振作用，落入灰斗，减少布袋上的积灰，降低除尘器的运行阻力。
3.2.3采用预热大气对除尘器进行反吹清灰（专利技术）
立窑除尘器的反吹一直是立窑除尘的一个难点。由于立窑烟气的露点在45～55℃之间，用大气反吹，要求窑烟气温度更高，特别是冬天和北方大部分地区；用排风机排出的洁气反吹，洁气温度虽比大气温度高得多，但由于除尘器出气反吹管的降温，大部分洁气在进反吹风机前就已经或开始结露，所以反吹风机叶片，反吹阀、管和花板的腐蚀很快！
XL系列砖混结构袋除尘器突破传统思维，通过砖混结构特有的烟气调质作用，将反吹主管安置在除尘室内（见图1），用除尘室墙体吸收的余热对大气进行预热，然后再通过反吹阀、管进行反吹，既解决了大气反吹温度低的问题，也克服了洁气反吹的腐蚀性强的缺点。
3.3 自动控制系统的设计
3.3.1 采用日本三菱公司生产的PLC控制器，性能稳定、可靠。
3.3.2 采用先进的在线检测系统，可随时检查除尘器的运行及排放情况，既方便检查，也符合新标准的要求。这一技术已在广东数十家水泥厂使用。
3.3.3 先进的传感采集技术。传感器是立窑除尘器的心脏，它的准确性、及时性直接影响除尘器的好坏，为此我们采用进口芯片，通过特殊制作而成。高灵感的传感器加上先进的控制系统和独特的挡料板设计，使得XL系列砖混结构袋除尘器在使用中从未出现过烧袋现象。
3.4 主运行无弯头、三通设计
虽然南京立窑研究所一直在研究立窑收尘器如何提高立窑产质量，降低热耗，但至今立窑收尘还仅停留在社会效益上。所以立窑除尘器在确保立窑“无烟无尘”达标排放的前题下，运行成本及维护费用一直是立窑企业评价除尘器好坏的依据。
布袋除尘器的阻力主要来源于两大块，一块是布袋阻力，约占系统阻力的2/3，另一块就是管网阻力，约占系统阻力的1/3，而管网阻力的75%来自弯头，三通。XL系列砖混结构袋除尘器从进气到将洁气排入大气没有一个弯头、三通（见图1），避开了弯头、三通制作麻烦、磨损快、运行阻力大的缺点。
3.5 自动控制最少化
现在的立窑除尘器都采用全自动控制系统，控制点多，加上水泥厂的工况条件相对较差，所以控制系统有时会出现一些故障，影响除尘器工作。我们一方面采用进口的控制系统，另一方面，我们将同一室的排风阀和反吹阀用一个气缸、电磁阀控制（见图2），不仅减少了控制点，铸造模具减少了故障，而且也节省了材料。
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图2 排风、反吹连接管安装施意图
3.6 此除尘器存在的不足之处
由于本体采用砖混结构，客观上需要保养时间，因此施工时间需要有所保证，现场施工难度较大，施工工艺相当严格，才能满足设备的特定使用要求。
4 应用举例
湖南某水泥厂Φ3.2×11m立窑2台，均采用XL系列砖混结构除尘器，其单台投资如下：
（1）除尘器配件23万元；
（2）大小风机2.5万元；
（3）窑至除尘器的管道加保温2.5万元。
（4）电线电缆0.5万元；
（5）角铁预埋件1万元；
（6）土建14万元。
合计43.5万元。
自投入运行至今，一直随主机运行，经环保检测其粉尘排放浓度为31.73mg/Nm3。经多次检查一直无故障运行。现对其进行经济分析：
（1）系统总装机容量：(75+4+5.5)=84.5kW，因此除尘器运行阻力小。为充分降低其动力消耗，该厂为除尘器主风机配了变频。其总电流平均仅为 110A，故实际耗电为41.8kW，一年按照300天（7200小时）计算，电费按0.45元/kWh计算则全年电耗为13.54万元。
（2）滤袋寿命正常情况下可使用2年左右，按1.5年换一次计算，则年滤袋费用为2.5万元。
（3）设备至今零维修费用，花板，管道按4年一换，则每年需2.5万元。
（4）人员费用按1万元/年计。
（5）XL系列砖混结构袋除尘器投资费用为43.5万元，按10年计算，每年折旧费为4.35万元。
（6）该厂用除尘器之前是深暗火操作，烟气下限温度仅50℃左右，烟气在窑罩内就已经结露，窑罩、烟囱都是水，烟囱每年都需更换。而用了除尘器之后，由于采用强制抽风，底火上移，烟气温度略有增加，在60℃左右，刚好达到XL砖混结构袋除尘器配件的下限温度，基本可以使用。但经常温度低于60℃，除尘器时常不工作。为使除尘器达到最佳运行效果，我所工艺配料人员对其生料配方进行了调整，使其烟气下限温度在65℃左右，热耗增加20大卡/ kg熟料，年增加费用为3万元。
（7）回收粉尘，立窑粉尘排放浓度一般在3~30g/m3之间，由于现在该厂采用暗火操作，粉尘浓度较低，按6g/m3计算，出口按35mg/m3计算，则
（6-35×10-3）70000×24×300×10-6=3006 t
粉尘按60元/ t 计算，可增加效益18万元。
经计算,增加一台XL砖混结构袋除尘器,年运行费用仅增加9.35万元。按年产9.5万吨熟料计，吨水泥增加还不到1元钱。
5.结束语
从运行情况来看，XL系列砖混结构袋除尘器设计合理，一次性投资费用低，运行维护费用省，且更贴近立窑煅烧工艺。该除尘器自2003年投放市场以来，已在100多家企业使用，效果较好，是立窑烟气治理的首选产品。
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