GMC系列袋除尘器在水泥厂的使用措施与对策
一、前言
GMC系列脉喷型袋除尘器是在水泥厂窑尾成功使用的基础上，经系列化开发，可用于水泥厂不同高温扬尘点和其它工业窑炉烟气处理的高温高效袋除尘器。下面就该系列袋除尘器的工作原理及特点、适用烟气性能和对应使用措施作一介绍。
1 GMC脉喷型袋除尘器的工作原理及特点
1.1 工作原理
GMC脉喷型袋除尘器属于高压低流量清灰袋除尘器，由上箱体、喷吹系统、灰斗及卸灰锁风装置这三部分组成。其中上箱体由袋室、预收尘室、多孔扳、滤袋、滤袋骨架组成；喷吹系统由气包、分室切换阀(离线清灰型)、脉冲阀、喷吹管(带喷嘴或不带喷嘴)、文丘里管、控制器组成。
其工作原理为：含尘高温气体通过预收尘均风风道进行预收尘和均风后，经除尘器灰斗进入袋室(在线清灰型直接进入灰斗，分室离线清灰型由隔，过滤后的干净气体由袋口至净气室、除尘器出口排入大气。为使设备的阻力低于某一特定值，除尘器每隔一定时间或当除尘器的阻力达到一定值时，高压气体经脉冲阀产生脉冲气源脉冲，诱导数倍于气源的、经过滤后的高温气体形成清灰气流进入滤袋，清灰气流及其形成的冲击波使滤袋在瞬间急剧膨胀，由过滤时的“星状”变成圆形，滤袋在变形运动过程中，伴随着气流及冲击波的反作用抖落粉尘，使吸附滤袋外表面的粉尘落入灰斗，经锁风卸灰阀排出。
GMC脉喷型袋除尘器采用定时或定阻清灰方式，若除尘器采用定阻式清灰方式(通过在花板上下安装一差压表测出阻力)，既能实现除尘器的低能耗运行(节省不必要的清灰动作)，又可为DCS系统提供除尘器的运行状态或故障报警信号。
1.2 GMC袋除尘器的特点
GMC袋除尘器具有以下特点：
(1)除尘效率高，无论选用进口优质滤料，还是国产廉价滤料，都能实现(折合成标况)小于50mg／m3的低浓度排放；
(2)与传统的反吹风袋除尘器相比，设备体积小,重量轻，钢耗少，安装工作量小；
(3)清灰耗气量小，动能大，清灰彻底，系统阻力低，运行电耗小；
(4)滤袋使用寿命长，维修、维护工作量小，设备运行管理费用低；
(5)清灰高压气源主要起诱导作用，清灰气流中的大部分气体来自除尘器内已过滤的高温干净气体,避免因大量外部冷空气的引入造成系统结露。
2 水泥厂高温烟气的特点
2.1烘干机烟气
水泥厂常用的烘干设备有：回转式烘干机、立式烘干机、悬浮烘干机、流态烘干机等，其中使用较为普遍的是回转式烘干机。通常需烘干的物料为粘土、页岩、矿渣、钢渣、煤等，烘干不同物料产生的烟气特性是不同的，但一般都具有如下特点：
(1)烟气水分较高且波动比较大，最高可达15％以上,露点温度高,最高达 60℃左右；
(2)含尘浓度较高，一般超过 50 g／m3，其中烘粘土时往往要超过lOOg／m3。
(3)有些烟气有一定的腐蚀性；
(4)温度波动范围大，正常情况下低于 100℃，不正常时，温度远高于 100℃。
2．2立窑烟气
立窑采用的是半干法生产技术，其烟气成分较复杂。
(1)烟气水分较高且波动比较大。正常生产时其湿度为10％左右；当窑内湿料层增厚、底火拉深时，烟气湿度将高于15％。烟气露点较高，一般为55％左右。
(2)烟气温度波动范围大。随着窑内工况变化，窑面温度为40～ 300℃；当窑内出现特别异常时，窑面温度可能更高。
(3)粉尘浓度适中，一般为1～ 20g／m3，其叶<30μm的细粉占50％左右。
(4)含有大量的成分复杂的有害气体，通常有CO，S02，NOx，F及沥青烟，这些有害物质对除尘设备的本体及滤料确很强的腐蚀性。
2．3回转窑烟气
(1)水泥回转窑窑尾烟气特点。一是含尘浓度高，窑外分解窑窑尾为60～ 80 g／m3；二是温度高，窑外分解窑窑尾烟气温度为 350℃左右；三是含尘颗粒细，小于10μ占60％；四是粉尘中含有一定的碱性成分，粘性大，剥离性差；五是烟气的成分复杂，含有多种污染物，除粉尘、烟尘外，还有如S02，NOx和氟化物等有害气体；六是含有一定的水蒸汽，如采用增湿塔喷雾将烟气温度从 350℃降到 200℃，其水蒸汽体积分数达10％左右。
(2)回转窑窑头(篦冷机)烟气特点。一是温度波动范围火，正常运行时温度波动范围为100～ 250℃，异常情况时温度可超过 400℃；二是烟气含尘浓度波动大，正常工况下含尘浓度2～ 30g／m3，其窑况不正常出黄料时，其含尘浓度高达 80g／m3；三是粉尘干燥，颗粒粗，硬度大，对除尘设备的本体及滤料有较强的磨损；四是粉尘中粗颗粒外表面温度低，但颗粒内部温度较高，当粗颗粒在袋除尘器滤袋上驻留时间较长时，有可能“死灰复燃”，使除尘滤袋因超温造成老化甚至烧坏。
3 GMC除尘器的使用措施与对策
要使GMC除尘器真正发挥出高效性能，并在生产线上长期稳定可靠的运行，设计时就要针对各水泥厂不同扬尘点的具体情况，合理确定GMC除尘器的内部结构、脉冲阀的型式、喷吹系统型式、袋笼结构、滤袋的结构、滤材的性能和材质、灰斗及锁风卸灰阀的型式等。
3.1“在线清灰”与“离线清灰”的选择
3.1.1在线清灰
在线清灰是指除尘器在进行清灰时，滤袋所在袋室仍然在进行烟气过滤。清灰瞬间，喷吹系统产生的清灰气流在相反方向阻挡住过滤的烟气气流，同时使滤袋膨胀振荡剥落粉尘。采用“在线清灰”方式的除尘器具有如下特点：
第一,除尘器内部等同于一个火气室，气流分布均匀,所有滤袋所承受的过滤负荷基本相同，除尘器阻力稳定；
第二，全部滤袋同时参与过滤，有效过滤面积最大,钢耗低，设备成本较小；
第三,结构简单，省去隔离阀门，可动部件少,控制简单,设备整机故障率低；
第四,清灰后有“二次吸附”现象，要克服与清灰气流逆向运行的气流阻力，清灰能耗较大；
第五,必须在停机状态下检查或更换滤袋。
3..1.2离线清灰
离线清灰是指将除尘器内部分成若干个独立的气室,每个气室的净气室、袋室、灰斗都用隔板隔开,气室的进出口装有阀门。系统在对某个袋室进行脉喷清灰时,先要通过控制阀门将相应的气室与其他气室隔离开，使之暂不过滤，然后对废室滤袋逐行进行清灰，清灰结束后再将废室投入运行。采用“离线清灰”方式的除尘器具有如下特点：
第一,除尘器内微分成若干气室，大型除尘器袋室数量多，任一时刻总有一室处于清灰状态，而中小型除尘器用于清灰的时间较短，清灰时才有一气室与系统脱离，滤袋承受的过滤负荷常有变化；
第二,动部件较多，设备结构及控制较为复杂,设备整机故障率相对较高；
第三,清灰袋室不参与过滤，有效过滤面积小于总过滤面积,设备成本较高；
第四,离线清灰,无“二次吸附”现象，节约清灰动能；
第五,可通过入口和出口隔离阀门将任一袋室与除尘器隔离开来，能在除尘器正常工作时(即在线)检查或更换滤袋。
3.l.3 清灰方式的选用
当除尘器处理风量较小，尤其在选用国产滤料，过滤风速小于 1m／min时，可采用“在线清灰”方案。如小型回转窑的窑尾、篦冷机、烘干机、立窑等高温扬尘点均可优先选用“在线清灰”方案。处理风量较大的大型除尘器，应优先考虑选用高过滤风速滤料，减小设备体积，并保证除尘器与主机很高的同步运转率，推荐采用“离线清灰”方案。
3.2喷吹系统的设计
GMC除尘器喷吹系统由脉冲阀、气包、喷吹管(含喷嘴)、文丘里管等组成，喷吹系统设计的优劣直接影响清灰效果及滤袋的寿命，是决定一台除尘器性能好坏的关键。最佳的喷吹系统设计是应该紧密结合工艺的实际情况才能确定的。
3.2.1脉冲阀的选择
脉冲阀实际是一种橡胶隔膜电磁阀，最常见的有直角阀和淹没阀两种形式。其中，直角阀因气流在阀体内必须转90°，所以阻力大；淹没阀实际是直接利用气包代替直角阀的下部分阀体，在气包上焊接安装法兰，直接将喷吹管穿过气包插入脉冲阀，阻力小。目前市面上常见的脉冲阀生产商有美国ASCO公司、澳大利亚GOYEN公司以及国内的几家厂商。
由于烘干机、立窑及小型回转窑窑尾等扬尘点的除尘器处理风量小，滤袋长度较短(小于 3750mm)，建议选用1 1/2〃国产直角脉冲阀；处理风量较大的中型袋除尘器，设备体积比较大，滤袋比较长，一只脉冲阀要吹15条或更多的滤袋，推荐选用国外名牌厂商生产的1 1/2〃以上口径的第二代直角脉冲阀（即入口采用法兰连接，出口采用插接方式的阀门)；大型除尘器所用脉冲阀既要考虑口径，还应考虑压力损失，推荐选用国外名牌厂商生产的淹没阀；特大型袋除尘器可考虑采用双阀门对吹的喷吹形式。
3.2.2 清灰系统的设计
(1)气包设计。GMC除尘器采用高压喷吹技术,气包压力0.3～0.7MPa。设计时要参照压力容器的设计标准，用标准无缝钢管加工成圆筒型最为经济：气包的长短要考虑容积、安装、运输等因素，小型除尘器可用一个气包，大中型除尘器要设计成多气包或每个袋室一个气包。
(2)喷吹管设计。喷吹管通常用无缝钢管加工而成,设计原则如下：依据系统阻力及钢耗确定管径大小,但与淹没阀配套的喷吹管必须与淹没阀口径相匹配。为保证每条滤袋所受喷吹动能基本相等,不同位置喷吹孔孔径是不相等的；为防止喷吹孔加工偏差造成喷吹气流偏离中心现象，长滤袋的清灰,可在喷吹管上安装超音速引流喷嘴，以保证喷吹气流朝下的垂直角度并能以高能量诱导更多气流进入滤袋。
(3)文丘里管的使用。使用文丘里管，一是保住喷吹压力，把自然扩散气流集中起来，在文丘里管底部周围形成最大压力气流，有效地把清灰动能传送到滤袋底部；二可增加脉冲阀的清灰过滤面积，尤其对粉尘粘性强、滤料阻力比较大或滤袋比较长的除尘器(如窑尾袋除尘器)，安装文丘里管可提高清灰效率。但由于文丘里管出口直径缩小，经过滤的净气通过文丘里管时会增加流速，造成除尘器阻力增加；另外文丘管也占用了除尘器的高度空间或使滤袋的局部过滤功能失效，所以文丘管的使用与否要综合权衡。
3.3袋笼结构设计
袋笼直径和长度是由滤袋决定的。袋笼材料一般选用Q 235A 冷拔剐钢丝，袋笼外径比滤袋内径小2～ 3 mm，除尘器在不同使用场所袋笼表面处理及冷拔丝规格见表1。袋笼垂直钢丝根数与滤料材质有关，毡类滤料要保证二钢丝之间弦长距离不超过 25 mm；覆膜玻纤膨体纱等非毡类滤料要保证二钢丝之间弦长距离不超过 20mm，这样保证了滤袋的曲挠量足够小(小于0． 7mm)，可较大限度地避开玻璃纤维滤料不耐碰撞和磨擦的缺陷，提高滤袋的使用寿命。
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表1 除尘器在不同使用场所袋笼表面处理及冷拔丝规格
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立窑烟气具有很强的腐蚀性，立窑除尘器的袋笼实际是易损件，其表面防腐层耍有足够的防腐功能，以保证袋笼有较长的使用寿命。
3.4滤袋材质选择
滤袋在一定程度上决定了除尘器的性能。由于滤料耐温的制约，袋除尘器的烟气入口温度应被严格控制在滤料所能承受的温度以下，超温烟气在入除尘器前要采取降温措施。GMC袋除尘器的几种常用滤料的性能比较见表2，滤料的选择应根据烟气的特性考虑确定。例如，篦冷机袋除尘器选择滤料时要考虑耐高温和耐磨性能，窑尾袋除尘器选择滤料时要考虑耐高温和抗水解性能。对于处理小流量的高温烟气场合，在性能上能满足要求的前提下，选择滤料时首先要考虑价格；
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表2 GMC袋除尘器常用滤料的性能比较
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进口覆膜玻纤布是以美国唐纳森公司的TETRATEX(r)#7005滤料为例。
选择滤料时首先要考虑价格；选择大型水泥窑尾袋除尘器滤料时，应首先考虑过滤风速及使用寿命。
3．5锁风卸灰装置的选择
GMC袋除尘器在处理入口浓度< 200g/m3 较低浓度高温烟气时，锁风卸灰装置的选择基本可不考虑卸料能力，常用的几种锁风卸灰装置比较见表3。从表3中可看出，可优先选用电动双层卸灰阀和气动双层卸灰阀。因为，气动双层卸灰阀在运行过程中还有辅助振打功能，有利于窑尾等粘性粉尘的下料；但在高寒地区最好选用电动双层卸灰阀。
3．6控制系统
GMC袋除尘器的控制系统除要完成各清灰脉冲阀及气室隔离提升的动作控制外，还要进行除尘器入口温度的检测与控制。大中型水泥厂还要为DCS系统提供除尘器运行状态的信号，但其在除尘器总造价中所占比重很小，故硬件可推荐选用性能稳定可靠、特别适宜水泥厂恶劣环境的PLC。
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表3 常用的几种锁风卸灰装置比较
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4．结论
(1)烘干机袋除尘器一般因处理风量小，可采用国产廉价小口径脉冲阀、中温易清灰滤料、存线喷吹技术，能实现高效、低阻、高可靠性、低运行费用，尤其较高的性能价格比增强了市场竞争力。
(2) GMC立窑袋除尘器与GMC烘干机袋除尘器一样，具有高效、低阻、高可靠性、低运行费用、高的性能价格比；而且较轻的设备重量使得很容易在立窑环保改造时直接将其安装于立窑房顶某一平面，大大节约非标和设备基础费用，并降低了运行电耗。
(3)GMC篦冷机袋除尘器最突出的特点是低阻、高可靠性、低运行费用，尤其该除尘器具有预收尘室及外过滤特点，能有效减小粉尘对滤袋的磨损。
(4)GMC窑尾袋除尘器一般处理的是大风量烟气，选用窑尾除尘器时首先要是能高效除尘并能实现低浓度排放。随着水泥工业产业结构的调整，新建的现代化水泥厂以5 000t／d以上规模为主流，选用窑尾袋除尘器时还要考虑体积小、占地少和运行成本低等因素。GMC窑尾袋除尘器在配置优质高过滤风速滤料时完全能满足要求，是目前及将来相当长的时间内理想的首选环保设备。
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