浅议立窑的收尘问题
1、前言
据不完全统计，上个世纪90年代，全国曾有各种类型的立窑数量近万台，立窑水泥的年产量，约占我国水泥年总产量的80%以上。但是立窑生产带来的粉尘污染却十分严重，预计达千万吨之多，约占我国水泥行业粉尘年总排放量的90%。自国家经贸委发布在2000年以前，淘汰直径＜ф2.2m的立窑和产量＜4.4万吨的立窑厂以来，立窑企业已由1966年的7800家减少到2002年的4600家。《水泥行业“十五规划”》中提出继续淘汰产品质量不稳定，和环保不达标的落后企业，所以即使暂时不被关闭的企业，如不加大粉尘治理的投资和粉尘治理的力度，尽早使粉尘排放达标，否则也逃不脱淘汰和关闭的命运。所以向现有的立窑企业提供性能优良、运行可靠和价格合理的收尘设备，较以往更为迫切。所以本文就立窑收尘技术的有关问题分述如下。
2、立窑收尘的现状
立窑水泥厂多建在农村和山区，以往由于对环境保护要求不高，所以立窑装有收尘器的只是极少数。即使装有收尘器的，也绝大多数是沉降室。近十多年来，随着国家制订的排放标准日益严格和人们对环保意识的增强，特别是靠近大、中型城市的立窑厂，设置电收尘器或袋收尘器的也逐渐增多。虽然这两种高效收尘器都有不少失败的教训，但随着实践经验的积累和收尘技术的进步，这两种收尘器不论是主要参数的确定和结构设计都日臻完善，所以立窑收尘不再是困扰人们的难题。以往的失败，尽管因素很多，但主要原因是立窑的操作不稳定，工况参数变化大而又迅速，如风量、温度、湿度和烟气含尘浓度等。因此，要澈底解决立窑收尘问题，除了改进收尘器本身的结构外，同时要在收尘系统上考虑必要的防护措施，才能收到事半功倍的效果。以下首先简要介绍几种立窑收尘设施的现状。
2.1 沉降室
这种收尘设施的最大优点就是结构简单，投资最省，而且不需要专人管理和消耗电能。但是沉降室的收尘原理是靠重力沉降，粒径＜50μm的粉尘就难以捕集。要使排放浓度≤50㎎∕m3(标)，沉降室是绝对无能为力的。所以今后立窑不可能单独再采用沉降室进行收尘，但作为预收尘装置是可能的。有的厂利用现有沉降室的壳体改造成电收尘器或袋收尘器，节省部分投资，这应该说是个可行的方案之一。
2.2 水收尘
水泥粉尘亲水性很强，遇水凝固，所以以往水泥厂很少采用水收尘。但是前些年，有的立窑厂将水收尘收下的泥浆，送入预加水成球的搅拌机中，清水可循环利用，而且水收尘的造价只是电收尘器或袋收尘器的1/3～1/2。所以一个时期立窑上采用水收尘的有如雨后春笋。尽管各种水收尘装置花样翻新，但万变不离其宗，不是喷雾就是水淋。为降低能耗，水压控制在0.3～0.5MPa的范围内，所以喷出雾滴≥500μm。如此大的雾滴，要想使水收尘的排放浓度≤100㎎∕m3(标)相当困难，使排放浓度≤50㎎∕m3(标)几乎不可能。特别是烧烟煤的立窑，采用水收尘虽然能捕集部分粉尘，但烟囱排出的烟气仍是黄烟滚滚，这说明水收尘能收部分粉尘而不能消烟。所以陕西省一些立窑采用水收尘的，纷纷下马而改用电收尘器或袋收尘器。
2.3 管式电收尘器
立窑厂的主要扬尘点，如烘干机，磨机等的收尘，采用管式电收尘器曾风行一时，后来发展到立窑上也采用管式电收尘器。但是许多厂的实践证明，并未解决立窑的收尘难题。其原因不只是管式电收尘器本身结构存在问题，而主要原因是对立窑的生产特点考虑不够。为适应立窑工况条件的变化，也有的单位试图将管式电收尘和水收尘一体化，但由于技术上还存在诸多难以解决的问题，多数以失败而告终。
2.4 卧式和立式电收尘器
由于立窑的烟气和粉尘性质比较适合采用电收尘器。立窑上采用卧式电收尘器，于1980年始于青岛水泥厂。当时存在的问题，并非收尘效率不高，而是内部构件腐蚀严重，所以最终被拆除。其后有的厂也采用过卧式电收尘器，其命运并不比青岛水泥厂好多少。近几年来，有关设计和科研单位，在不断总结经验的基础上，研制出了新型的立窑卧式电收尘器，在使用过程中都取了良好的效果，为解决立窑收尘树立了样板。如天津水泥工业设计研究院研制的新型CDWY型卧式电收尘器，用于苏州阳澄水泥厂和天津水泥厂，不仅收尘效果很好，而且消烟效果显著。因此，打消了人们对烧烟煤的立窑，采用电收尘器能否消烟的疑虑。合肥水泥工业研究设院开发的JYC型集约式卧式电收尘器，用在安徽巢湖铸造厂、西藏拉萨和陕西岐山等水泥厂的立窑上，也都取得了良好的效果。
2.5 袋收尘器
立窑采用袋收尘器排放浓度是不成问题的，而且不受粉尘比电阻的影响。特别是耐高温和憎水性滤料的出现，给立窑采用袋收尘器创造了更有利的条件，所以立窑收尘采用袋收尘器有日益增多的趋势。
2.5.1 立窑收尘选用袋收尘器增多的原因
（1）粉尘排放浓度要求进一步严格的影响
按《水泥工业污染物排放标准》（GB4915-96）的规定，新建水泥厂的粉尘排放≯100mg/m3（标），要保证长期始终达到这一标准已非易事，现在要求执行修订后的新标准（GB4915-2004），要求排放浓度＜50mg/m3（标）。降低排放浓度，就意味着要提高收尘效率。电收尘器也并非无能为力，只是必须增加电场数而已，但是增加电场数就等于增加投资。如立窑电收尘器入口的烟气含尘浓度15g/m3（标）保持不变，当出口含尘浓度要求从100mg/m3（标）降低到50mg/m3（标）时，则收尘效率将从99.33%要提高到99.67%，相应收尘极板面积要增加14%。而采用袋收尘器当降低出口排放浓度时，对收尘效率基本无大影响，无须增大过滤面积和投资，只要滤袋材质选择合适，运行中无破袋，达到排放浓度小于50mg/m3（标）是比较容易的，这可能是当前袋收尘器日益受青睐的主要原因之一。但是要增加清灰的频率，肯定对滤袋的寿命有一定的影响。
（2） 袋收尘技术的不断进步和发展
80年代末从美国Fuller公司引进的全套袋收尘技术后，将我国水泥工业的袋收尘技术提高到了一个新的阶段，在此基础上，经过几个引进单位十多年来的消化，不断改进和创新，使设计出的袋收尘器结构更加合理，规格品种更加齐全，满足了水泥厂各个生产环节收尘的需要，也为窑采用袋收尘器打下了良好的技术基础。
此外，近十余年来，随着科学技术的进步，袋收尘器的各项技术也在迅速发展和提高，如反吹清灰机理由二状态发展为三状态，大大的提高了清灰效果，而且不论是定时清灰还是定阻清灰方式，都能完全实现自动控制。袋收尘器本体结构变得更轻巧，滤袋的安装和更换更为简便。特别是玻纤膨体纱、玻纤针刺毡、玻纤复膜滤料等新型滤料的大量面世，使得袋收尘器的滤料有更多的选择余地。这些新的滤料，不仅可使滤袋使用寿命大幅度提高，而且可增大过滤风速，缩小袋收尘器的规格。另外，新的滤料在不断提高质量的同时，其价格也在逐步回落。这些有利情况，都给窑尾选用袋收尘器打下了可靠的技术和物质基础。
（3）袋收尘器的使用和管理经验日益丰富
以往水泥厂烘干机、篦式冷却机的收尘，一向视袋收尘器为禁区，自引进美国技术后，这些设备的收尘，现在都有许多使用袋收尘器的成功经验。这不仅扩大了袋收尘器在水泥厂的使用范围，也为立窑收尘采用袋收尘器提供了丰富的经验。特别是大型袋收尘器在北京水泥厂日产2000t生产线上的使用成功，近一步增强了人们对窑尾收尘采用袋收尘器的信心。
众所周知，要保证收尘器长期、高效和安全运行是一项系统工程，包括设计、制造、安装、管理、操作和维护等环节，无疑管理是其中的重要一环。所谓“三分技术，七分管理”，就是强调这一环节的重要性。所以说北京水泥厂使用和管理袋收尘器的经验是对其他厂窑放心采用大型袋收尘器的供献。
2.5.2 袋收尘器存在的问题
立窑收尘采用袋收尘器日益增多，除上述的原因外，还与人们过分渲染电收尘器缺点，和有的主管部门规定窑的收尘系统只能选用袋收尘器也有关。笔者认为这种看法和规定，不仅对大型新型干法厂失之偏颇，对立窑厂更显得不切实际。因为这种片面的规定未充分考虑袋收尘器的致命弱点。如滤袋受烟气温度的制约，温度过高容易烧袋，温度过低容易冷凝结露而糊袋，阻力剧增，使得窑的通风不畅，影响窑的产量，严重时会使窑停产，这就是电收尘器尽管受粉尘比电阻的制约，而窑收尘仍大量被采用的根本原因。另外，袋收尘器的阻力比电收尘器大4～6倍，这意味在处理风量相同的条件下，袋收尘器的能耗高于电收尘器。因为立窑一般多采用自然排风，由于袋收尘器的阻力较大，收尘系统就必须设置排凤机。如ф2.84×10m的机立窑，采用反吹清灰袋收尘器进行清灰，则收尘系统的主排风机和反吹清灰风机二者功率之和＞80kW。采用脉冲清灰袋收尘器虽有所降低，但袋收尘器的日常生产和维护费用较高，更换一次滤袋的费用高达5万元以上。一般立窑厂的资金都比较困难，采用何种收尘装置，降低一次投资和日常生产的费用，就显得尤为重要。还有烧烟煤的立窑，烟煤中挥发物燃烧时产生的烟雾，极易堵塞滤袋，这些不利因素，在决定选用袋收尘器时，都必须认真对待。
3、立窑收尘选用电收尘器和袋收尘器的比较
3.1 技术方面的比较
根据我国当前收尘技术的发展水平，立窑收尘系统无论是采用袋收尘器或是电收尘器，二者在技术方面都有成熟和丰富的经验，所以只要设计选型合理，精心制造和安装以及维护管理及时，都能达到预期的收尘效果。现将二者在技术和经济方面的优缺点分析比较如下：
（1）当进口风量不变，进口含尘浓度发生变化时
当进口风量不变而含尘浓度增大时，袋收尘器要保持收尘器的阻力恒定不变，就要缩短清灰周期，即增加清灰的频率，这对滤袋的寿命有一定的影响。但是排放浓度一般不增大，即收尘效率不降低。而电收尘器则不然，当进口含尘浓度增大时，想要保持原设计的收尘效率，除非增大极板面积，否则收尘效率要降低，即排放浓度要增大。所以说当进口含尘浓度发生变化时，对电收尘器的影响远大于袋收尘器。
（2）对气体湿含量的适应性
当气体的湿含量增大时，气体的露点增高，容易出现冷凝现象。此时袋收尘器阻力要增大，严重时会堵塞滤袋，甚至使袋收尘器处于瘫痪状态。相反含湿量增大，一般对电收尘器运行有利。因为露点升高，可使粉尘比电阻降低。但是湿含量过大，也会出现冷凝现象。
（3）对气体温度的适应性
就袋收尘器而言，如果温度超过滤袋的允许使用温度就会使滤袋损坏。一般常用的聚脂纤维和玻璃纤维滤料，其长期使用温度分别不要超过130℃和260℃。相反温度过低，接近露点甚至低于露点，会使滤袋发生堵塞和影响滤袋表面光滑度，使滤袋清灰困难。但就电收尘器而言，只要气体温度＜300℃，一般不会影响电收尘器的正常运行。气体温度只要不低露点引起腐蚀，对电收尘器运行比较有利。
（4）风量变化超过设计值的适应性
如果风量超过设计值，袋收尘器的过滤风速会增大，因此压力损失相应增大，滤袋清灰的周期也要相应缩短，但对收尘效率影响不大，甚至无影响。但电收尘器的处理风量超过设计值时，意味着比收尘面积减少，此时要想达到设计的收尘效率，就必须增加收尘极板的面积，否则收尘效率要降低。
（5）气流分布的影响
众所周知，要保持电收尘器的高效率，气流分布装置是必不可少的。由于气流分布不均，电场风速低的通道，难以补偿电场风速高的通道，所以总的收尘效率会降低。一般认为袋收尘器无需设置气流分布装置，认为其本身的阻力变化会自行调节个各室的风量。这种看法在理论上应该说是成立的，但是实际运行情况并非如此，所以袋收尘器也应设置气流分布装置。因为气流分布不均，也导致某一室的过滤风速偏高，使压降升高和滤袋的局部过早磨损。所以说这两种收尘器都要考虑设置气流均布分布装置。
（6）粉尘物理性的影响
粉尘颗粒的分散度和粉尘的比电阻对袋收尘器的收藏效率无大影响，但是对电收尘器的影响却很大，特别是粉尘的比电阻值，这也是电收尘器的应用受到限制的主要原因之一。
3.2 经济方面的比较
经济方面的比较包括的内容很多，如设备制造、安装调试、动力消耗、折旧费和日常运行与维护费用等。但是要将所有项目的经济比较作得很全面和正确，确实很困难，因为影响经济比较的因素很多。为统一比较的基础，现以Ф2.5×10机立窑为例，与收尘有关的主要技术参数分列如下。
处理烟气量：Q=65000 m3/h；烟气温度： t1=150 ℃；进口烟气含尘浓度：c1≤15 g/ m3(标)；要求出口排放浓度：c2≤50 mg/ m3(标)；
现在立窑收尘多采用简易的电收尘器或袋收尘器，二者的价格约在20万圆左右，由于二者所采用的简易程度不同，有的价格相差悬殊，所以无可比性。为了便于二者进行比较，因此选用常规的收尘器。根据已知处理烟气量，选用了BS930－12/5/2×9/0.4型电收尘器和HSDM96/5型低压脉冲袋收尘器。
表1 电收尘器和袋收尘器的主要技术参数
表2 经济分项比较表
从以上技术方面比较来看，袋收尘器的优势似乎比较明显。但从经济方面比较来看，不论是一次性投资。还是日常运行和维护费用，袋收尘器都比电收尘器高，这一结论与大型窑尾收尘器的比较基本一致（可参见《水泥》2005年第12期）。而且袋收尘器的装机容量和克服阻力年能耗量之和比电收尘器约高15%，尚未统计在内。袋收尘器的投资高，主要是覆膜滤料费用过高，这点对大型水泥厂一般尚可以接受，因为占全厂总费用的比例较小。但是对立窑厂而言，较高的日常运行维护费用，如果再考虑袋收尘器阻力大，能耗费用高，是否选用袋收尘器就值得慎重考虑。随着国家对粉尘排放要求的日益严格，如排放标准进一步提高到≤30mg/m3(标)，采用袋收尘器虽然比较容易使排放浓度达到≤30mg/m3(标)，不需要增加更多的投资。但是到那一天，也许立窑厂已经所剩无几了。所以说这两种高效的收尘器，二者至少在若干年内还要并存，共同发展，共同提高。
4、立窑采用收尘器应考虑的问题
立窑采用收尘器并非一帆风顺，根据立窑采用电收尘器和袋收尘器的成功和失败的经验教训，认为设计立窑收尘器，至少要考虑以下几方面的问题。
（1）关于防腐蚀问题
早期立窑采用电收尘器未能坚持下去，主要原因之一就是腐蚀问题，特别是极板和极线的腐蚀，有的厂用不到两年，极板就被腐蚀得千疮百孔。现在腐蚀问题经过多年的摸索，已基本得到解决。极线材质采用1Cr18Ni9Ti，一般能保证使用寿命在5年以上。但值得注意的是：以往有的厂也是采用号称1Cr18Ni9Ti的不锈钢，但是仍然腐蚀，经化验得知，其中并不含Ti的成分。所以今后极线要选用名副其实的1Cr18Ni9Ti。极板的防腐蚀，现在有多种材料可供选择。一种是采用不锈钢板，这样原有极板的结构和断面形状可不作大的改动，设计工作量小，其防腐蚀性能也是可靠的。如天津水泥厂新安装的立窑电收尘器，第一电场的极板就是采用的不锈钢板。但价格昂贵，一般是普通钢板的4倍以上，所以建议尽量不采用。第二种是采用铝合金材料。天津水泥工业设计研究院，曾在广州槎头水泥厂的立窑上，作过多种材料的耐腐蚀性试验。其结果显示铝合金材料具有最佳的抗腐蚀性能。所以决定在该厂的立窑电收尘器改造中，极板采用铝合金材料，虽然价格比普通钢材高2～3倍，但铝合的比重，只是普通钢材的三分之一，所以总的造价增加有限。但是很可惜，该厂由于超温而使极板全部烧毁。笔者认为不要因此而冷落这种材质，因为铝合金材料既能防腐蚀，重量又轻，价格也不太贵，只要在收尘系统中采用相应的防超温措施，铝合金材料应该说是一种制造极板的理想材料。第三种是采用耐高温而又能导电的特制油漆。这种产品是由西安重型机械研究所与有关单位共同研制的。据介绍这种油漆用在工程上，显示具有很高的耐腐蚀性，耐温可达400℃以上，而且附着性很好，价格也不贵，1Kg约150～200元，可涂8m2。但要求被涂表面清理干净，否则将影响其附着性。除两极要考虑防腐蚀外，壳体和灰斗的腐蚀也不能忽视，可采用普通耐高温油漆。
（2）关于防超温措施
在正常操作情况下，立窑烟气温度一般都＜200℃。但是立窑难免有时出现卡窑、呲火、塌窑和炼边等情况，此时温度会急剧升高，有时会高达400℃以上。槎头水泥厂铝质极板被烧毁就是典型的例证。即使是钢质极板，熔点虽然较铝材高，但温度超过400℃，钢材也会产生蠕变，其强度会降低。所以立窑电收尘器要采取防超温措施。其措施可以从两方面着手，一是从收尘器的结构本身，特别是两极结构要充分考虑热膨的影响。收尘极可借鉴有色冶金工业曾采用过的耐高温棒帏式收尘极。棒帏式收尘极是采用钢棒，重量太重，可改成薄壁圆管或方管。这样不仅能减轻重量，而且管中可蓄热，对防止冷凝结露有好处。另外，在收尘系统中，增加冷风阀或旁路放风阀，当温度达到最大设定值时，阀门自动开启，进入冷风或高温烟气直接排入大气，这点对袋收尘器尤为重要。
（3）关于防低温结露的措施
由于立窑料球的含湿量在14%左右，一般水露点＞50℃，如果立窑煅烧加有CaF矿化剂，烟气中会含有不同程度的酸性氧化物，因此可能酸露点会更高，加以立窑操作温度有时会低于60℃，此时便会出现冷凝结露现象，这也是立窑收尘器产生腐蚀和灰斗卸灰困难的主要原因。其措施是当烟气温度小于80℃时，烟气进收尘器前，可混入部分热气体，热气体的来源，可以是通过电加热器加热后的气体。但这加热方式电耗太高，很不经济。简单易行而又经济的办法，是采用普通加热炉加热的气体，或者是从熟料冷却机上抽吸热气体，与立窑烟气在一混合室混合后，再进入收尘器，而且这个混合室还起沉降室的作用，可算是一举两得。当然这一措施要精心设计，并藉可靠的自动控制系统才能得以实现。
（4）关于防止CO中毒事故的措施立窑中燃料的燃烧，显然不如回转窑中燃烧得完全。因此烟气中CO的含量比回转窑高，但对收尘器造成的危害不如回转窑突出。因收尘器一般在立窑顶部，采取直拔式热动力排风。为了节能采用深暗火低温煅烧工艺，此时烟气温度在500C左右，在夏季环境温度高达300C以上，这时由于内外温差小，窑门处由热动力产生的负压很小，致使窑内CO气体逸出，会发生工人CO中毒事故。为此可将收尘器的排放口作成圆形，安装两台轴流风机，一旦有CO气体逸出，开启变频调速器进行可控操作，避免CO中毒事故发生。
5、结语
根据我国立窑收尘的现况，要使立窑收尘器达到预期效果，也并非轻而易举。需要科研、设计、制造、安装和操作维护等各个环节的密切配合，方能保证收尘器长期、高效和安全运行。另外，今后降低立窑电收尘器的造价也是一重要课题。因为这两种常规收尘器造价仍偏高，这就需要科研设计部门与制造厂通力合作共同完成。最后，建议不论采用何种高效收尘器，都要结合本厂的生产情况，制订严格的操作维护管理规程和岗位责任制，勤督促检查，防止出现类似烧毁极板和滤袋的重大事故。只有这样，方能保证立窑收尘不致于功亏一篑。
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