立窑布袋除尘器在立窑烟气治理中的实践与探索
随着GB4916-2004《水泥工业大气污染物排放标准》的实施，机立窑的粉尘治理已成为水泥立窑企业的头等大事。随着袋式除尘器新技术、新材料的出现，袋式除尘器在机立窑窑尾粉尘治理中得到了广泛的应用。但由于机立窑烟气“湿、蚀、变”的特性，在应用过程中普遍存在投资大、设备运行维护成本高、使用寿命短等缺点。
1 困扰袋收尘的三大问题
采用过滤原理的袋式收尘器在水泥行业中已经得到广泛认同，它的收尘效果非常理想。但由于机立窑采用湿法成球、深暗火煅烧、大风大料的特殊工艺，都存在着“烟气湿度大，排放温度低，含尘浓度高、腐蚀性气体、温差变化大”等难点，因此，给袋除尘器的应用和管理带来了相当大的困难。水泥企业特别为“湿、蚀、费”三大问题所困扰，对使用布袋收尘器存在着进退两难心理。
“湿”首当其冲。通常预加水成球水分含量达到12%左右，在煅烧过程中又要将水分从烟气中排出。当烟气排放温度低于露点时，水雾混合着高浓度的粉尘，沾积在布袋上，就会产生“糊袋”现象，布袋的透气通道被封闭，窑内煅烧时的烟气无法排出，导致窑内通风不畅，窑就无法正常煅烧。除尘器的通风性能被“结露”破坏了。
“蚀”是严重妨碍除尘器正常使用的难点之二。烟气中有CO2、CO、SO2、NOx、氯化物、氟化物等腐蚀性成分。由于深暗火煅烧，使得烟气湿度大且热工制度不稳定，带酸性物质长期附着在除尘器本体和各路管道上，对以钢材为主要材料的除尘器侵蚀性极大；又由于矿化剂的作用，氟化物所形成的氢氟酸对常用的滤袋具有极强腐蚀性，如管理不好，一年需要耗资十多万元。
“费”就是投资大，运行费用高。一台Ф3.2×11m的机立窑，如果根据90000m3 /h烟气排放量来设计除尘器的容量，反吹风结构除尘器通常一次性综合投资需70万元左右；为了防止结露，运行中需要提高烟气进口温度，煤耗要增加100大卡左右的热量。为克服布袋结灰阻力增加，主要动力配置110kW甚至更高；每吨熟料一般要增加6度电耗；由于腐蚀问题，设备运行一段时间后需要再次投资；再加上每年的维修费和布袋费用等,企业的负担很重。
另外绝大部分用立窑烟气处理的玻纤袋式除尘器为长方形结构，采用上部进风，所有的烟气带着各种粒径的粉尘经滤袋过滤后进入粉尘落入灰斗,过滤后的废气经排风阀，排风连接管，排风主管，主风机、烟囱排入大气。这种结构不仅占地面积大，造价高，而且在运行过程中含尘气体很难均匀进入各室，靠近进气口和远离进气口的处理量相差很大。难控制清灰时间。另外烟气中带有的红料球进入滤袋后很容易烧坏滤袋。
针对湿、蚀、费三大困扰问题，水泥机立窑烟气处理需要寻求既经济又实用的技术，使它能贴近立窑煅烧工艺，增强与生产的亲和力，进而提高节能降耗的技术档次。为了探索投入费用少、使用寿命长、运行成本低、安全又稳定的环保技术，在日本A.bition公司的技术支持下，我公司立足于应用，贴近工艺，通过大量的综合技术改造，推出了ALB系列立窑布袋除尘器，使上述目标一一得以实现。
2 ALB立窑布袋除尘器
2.1 工作原理
其工作原理是：含尘烟气由顶部的进风烟道垂直进入收尘器下部的灰斗，由于各除尘室相对于进风口为等距离周向布置，烟气可均匀地进入各室，粗颗粒由于惯性作用直接落入灰斗形成预分离，细颗料经滤袋内表面过滤后吸附在滤料表面。烟气通过滤袋子？后进入袋室，然后汇入出风管，由排风机排入大气。当粉尘在某室滤袋内表面附积到一定厚度后，将导致系统阻力的增加。这时清灰系统将按设定的程序启动反吹风机，关闭该室排风阀，停止该室的过滤，同时打开该室反吹风阀，反吹风经反吹风管、反吹风阀、通风槽进入该室，滤袋在反吹风的作用下缩瘪（一次缩袋）。经短暂间隔，待粉尘完全落入集灰斗后,该室反吹风阀关闭，排风阀打开，重新进入过滤状态，滤袋瞬时鼓涨（一次脉动），已松动变瘪的尘饼在自重及滤袋抖动的作用下落入灰斗。排风阀再次关闭，滤袋在其它袋室的负压抽吸作用下缩瘪（二次缩袋），排风阀再次打开，滤袋再次鼓涨清灰（二次脉动）。两次缩袋脉动清灰更适合又细又粘难于清灰的立窑袋式除尘器清灰。
2.2技术特点
2.2.1砖混结构优化设计
设备壳体材料的选择
（1）砖混结构替代钢结构，从本质上改变了材料结构及除尘器的运行环境，首先可以节省大量的钢材、运费、安装费等，所用的大量材料均是水泥企业比较容易得到的。与钢结构的袋式除尘器相比节省投资近20%。
（2）砖混结构改善了运行环境，贴近立窑的煅烧工艺，降低了企业因使用除尘器而增加的经济压力。钢结构除尘器的自身条件决定受理的烟气温度普遍要高（下限温度控制在70℃左右）。因为其导热系数高，部分热量被快速散发，虽然用了较多的保温材料也难以遏止。而砖混结构的导热系数低，不仅不会让热量很快散发，而且具有较强的吸热贮能作用。当高温烟气经过除尘器时，墙体将热量吸收并贮存起来，当烟气温度低时又自动地释放出来，使除尘工作腔体的温度得到适度调剂，使烟气温度形成相对恒定性。砖混结构布袋除尘器设定的下限温度只需60℃。和钢结构布袋除尘器相比，这宝贵的10℃正是机立窑最受益的工况条件。因此机立窑不必大幅度改变煅烧工艺，配热也不需较大的增加，基本贴近了原先的煅烧工艺，使立窑节能降耗有了基础保证。同时采用砖混结构，进入除尘器的大量含尘水气首先在除尘腔体内进行气固分离，净化的气体一部分在除尘腔体内气化后被排空，一部分被墙体所吸收，这样就减少了对布袋的侵蚀。当高温烟气进入除尘器腔体内，使水气快速气化排空，墙体贮存的水分子又被释出，周而复始，使腔体内有个相对恒定的温度与湿度，减小了布袋结露的可能性，保证了除尘工作的阻力系数。实践证明砖混结构具有极其优良的保温性能和吸湿功能，以及对抗结露的功能，与立窑煅烧工艺有较强的亲和力。
（3）砖混结构大幅度降低除尘器的维护费用。机立窑烟气对除尘器的腐蚀给水泥企业造成很大的经济压力。近几年来，有的企业重复投资三、四次之多。一部分是因环保要求提高而更新换代；但多数是因为设备大面积腐蚀，无法修补而被迫再次投资。而且因为腐蚀，企业每年花在设备大修和更换布袋上的费用也比较大。采用砖混结构从根本上缓解了这方面的压力，因其抗腐蚀能力强，可做到一次投资，终身受益，除少量因引入管道而作适度维修外，设备本体的维修费用几乎是零。由于有较好的吸湿功能，水气无法滞留在腔内，收集的粉尘较干，这就大大减少了使用其他结构布袋收尘器所带来的重复投资和高额维护的风险。
抗震、防开裂优化设计
在机立窑上使用砖混结构除尘器同样会有两大技术问题。一是多变的工况、无规则的热胀冷缩会使墙体开裂；二是本体上大量预埋件与砖混结构结合，其膨胀系数差异和接受差异都会产生脱离现象。ALB立窑布袋除尘器从以下几个方面着手解决上述问题：
（1）采用圆筒形结构，不仅占地面积小，而且从整体结构消除了长立体形结构除尘器的四角和内外墙交接处易开裂、抗震差的缺陷。
（2）整体框架结构设计。运用“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固的整体。在除尘器灰斗、上下花板和檐口等处设有钢筋混凝土圈梁，基础立柱设框架，在内外墙交接处设构造柱，构造柱上下端箍筋加密，且与钢筋混凝土圈梁连接，圈梁采用现浇混凝土，使圈梁、框架、构造柱形成整体，避免了因地基不平衡下沉而开裂和提高了抗震能力。
（3）采用轻质砌筑材料（如P型烧结多孔砖、轻质预制件等）。一方面减少整体重量，抗震防开裂；另外提高保温性能，减少投资。
（4）采用马牙槎构造立柱和锚固式预埋件，避免开裂和减少漏风。
（5）采用钢丝网灰及特种纤维加水泥沙灰抹内墙，增加了墙面的整体强度，有效的控制了墙面的开裂问题。
2.2.2节能技术优化设计
一台Ф3×11m机立窑配置的钢结构除尘器所设计的大引风机，其动力一般配置110kW电机。而ALB立窑布袋除尘器配置的主风机远小于钢结构除尘器，而且运行中窑面通风良好，经常保持300～400Pa的负压。其根本原因是运行过程中整体阻力小。
采用Emc清袋系统、二次缩袋反吹风脉动清灰技术
实现节能首先应确保运行阻力低。立窑布袋除尘器的设计阻力，一般都在1200Pa，但随着设备的运行，粉尘在布袋上逐步增厚，阻力也相应增加。当阻力接近引风机全压时，气流从布袋上很难通过，煅烧产生的烟气被迫大量从窑面溢出，窑面倒烟，严重时会使窑工中毒，因此，布袋的清灰功能是除尘器关键技术之一。目前广泛采用的是反吹风和脉冲二大类，定时定阻实施清灰。ALB立窑布袋除尘器在设计上采用Emc（最小能量原则）清袋系统和辅助定时定阻反吹脉动清灰。在特定的工作环境中，粉尘会从布袋上连续不断地脱落下来，使设备整体阻力保持在2200Pa以下，确保窑面通风良好，又使除尘器能稳定运行。
采用烟气调节技术
ALB立窑布袋除尘器设定的烟气工作温度为60～200℃。但立窑煅烧产生的烟气经常突破这一范围。低于它要“糊袋”，高于它要“烧袋”。只有对烟气进行调质处理，把非规范烟气调教整？到规范烟气，除尘器才能安全稳定地运行。当窑面明火时（如塌窑、偏火、返火），PC机指令风机打开调风阀引入定量冷风，缓解高温烟气；若意外出现超高温时，自行关闭进气阀门，烟气从旁路联锁阀临时排空。如低于设定温度时，PC机指令立窑鼓风机加大风压“提起底火”，同时除尘器引风机加大风压“把火拔起”，双管齐下，上下贯通，同时调整，下降的烟气温度会及时回升。加上反吹用风也从净气管中引入具有一定温度的气体，促使所有进入除尘器的烟气温度设定的工作温度范围内。
采用精确的系统控制
立窑煅烧过程中时常会发生突发情况，需要及时、准确、无误地采集瞬间的概况信息。如果信息采集滞后，布袋的安全性就会令人担心。ALB立窑布袋除尘器采用西门子PLC系统控制。不仅窑面烟气的真实情况可以几乎同步地反映到微电脑上，电脑立刻及时正确处理，使除尘器的安全运行得到保证。而且内置记录仪，可根据需要调阅和打印各种运行参数，帮助用户采用智能化管理。
2.2.3防二次吸附技术
国内采用圆筒立窑布袋除尘器的厂家在使用过程中，普遍发现清灰下的粉尘又迅速的吸附在滤袋上，甚至发现粉尘在布袋里“沸腾”现象。这是由于滤袋较长，粉尘下落到集灰斗要一定的时间，另一方面，烟气是由下而上运行和落灰方向相反。当清下的粉尘还没有下落到集灰斗时，遇到由下而上的烟气就会被重新扬起，从而发生二次吸附现象。
我公司的ALB立窑布袋除尘器采用防二次吸附技术。每个室在反吹清灰后，并不是立即启动该室进行工作，而是间隔一定时间后，让清下来的粉尘完全降落到集灰斗后才重新启动该室进行工作。从而消除了二次吸附现象。
同时和传统的玻纤袋除尘器相比,采用下部进风,烟气在下灰斗内完成预分离，降低了烟气的含尘浓度，这样清灰周期变长，清灰频率降低，也有效的降低了清灰能耗。
2.2.4除尘系统的的优化
水泥熟料从窑底卸出时温度很高，带有大量的热量，同时还有很强的吸湿性，工况比较差的烟气可以利用熟料的这种特点为立窑烟气调质，调质后的烟气即可以满足袋除尘所需的条件。具体方案是:将立窑烟气通过熟料库后再进除尘器，另外在熟料卸料口安装一风罩，既解决了卸料口的扬尘问题，以采集了部分熟料的部分热量，有效的利用了熟料的余热及熟料的吸湿性既降低了烟气的水份，同时提高了烟气温度。这样立窑底火可以相对较？较深，从而可以间接的节约了煤耗。另外还可以配用一台小型热风炉用来提升立窑的温度，则效果更为明显。
2.3细节设计
2.3.1检修门的改进
检修门漏气是除尘器最为常见的问题。在立窑除尘器上，靠近检修门处也是腐蚀最为严重的，因此检修门能否密封严实最为关键。传统的检修门密封条都是镶嵌在门上，关门后是否密封看不到摸不着。将检修门密封条镶嵌在门框上，采用外扣压紧式结构，关门后密封严实性可以一目了然，而且可调，开门关门快捷方便。
2.3.2各类阀门优化设计
反吹风式除尘器的阀门在整个立窑除尘系统中是相当关键的，一是使用量大，一般6个室的除尘器正常要用20多个阀门；二是作用重大，如果阀门不能开启，轻者会导致除尘器堵塞，重者糊袋、烧袋，除尘器失效。阀门关键之处就是阀板能否灵活转动。传统阀门主轴采用轴瓦支承，轴瓦支承焊接在阀体上。由于焊接的变形、高温烟气造成的热变形、腐蚀等，阀板转动不灵活，时常卡死。改进后阀门阀板主轴两头都用外球面球轴承座支承，并考虑了阀门自身的密封。外球面球轴承座离开阀体，不受高温烟气的影响，而且外球面球轴承座安装位置可调；外球面球轴承座还有一个重要的优点，那就是在主轴翘曲和轴承座中心轴线有一定角度时，仍能转动自如，效果非常好。
3 应用实例
四川某水泥厂，四台年产60万吨水泥的φ3.2×11m窑全部采用ALB立窑布袋除尘技术。其中二台是在原先钢结构基础上进行的ALB核心技术改造。其改造效果如下：
首先从动力消耗上讲，每小时单台节省电耗20kW，全年按运行300天计，四台全年可节电费30万元；其次从设备大修、更新换代、布袋损耗、增加配热算来将，原来每台每年平均花费50万元，现在基本上得到解决。
几年来，ALB立窑布袋除尘器已全国二十多个省市100多家水泥厂得到广泛使用，都取得了投资省、标准高、容量大、拒腐蚀、抗结露、费用低以及安全可靠的效果。
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