回转窑窑尾袋除尘器采用不同滤料和清灰方式的初步分析
0 引言
自1974年辰溪水泥厂首次在回转窑窑尾采用反吹风玻璃纤维布袋除尘器以来，我国用于回转窑窑尾的袋除尘器已有100多台。其中绝大多数用于中小型回转窑，只有个别用于大型回转窑(2000t/d)。在这些袋除尘器中，无一例外的采用玻璃纤维滤料作滤袋，而清灰方式也全都采用反吹风清灰。
窑尾袋除尘器之所以用玻纤滤料主要是因为它能耐高温(260℃)，窑尾废气温度一般都在350～400℃，稍加降温就能使用，它也几乎是七八十年代耐高温滤料的唯一选择。另一方面玻纤滤料抗折性能不高，采用反吹风清灰，对玻纤滤袋的损伤较小，这就保护了滤袋，延长其使用寿命。虽然在具体设计上，上进气和下进气各有千秋，滤袋带防瘪环和不带防瘪环，其清灰作用略有差异，但始终没有改变玻纤滤料-反吹风清灰的模式。
80年代以来，国内外滤料技术获得长足的发展，新研究成功已获应用的滤料有亚酰胺(190℃)、聚对苯酰胺(190℃)、聚苯撑硫(190℃)、聚亚酰胺(240℃)、聚四氟乙烯(250℃)、膨化聚四氟乙烯(250℃)及以上述各种滤料为基布，聚四氟乙烯薄膜为覆膜的覆膜滤料和各种复合滤料。在清灰方式上，也已研究成功了回转反吹风清灰、气箱脉冲清灰、脉冲喷吹清灰和低压长袋脉冲清灰等技术。
本文拟就窑尾袋除尘器采用不同的滤料、不同的清灰方式及其适当的组合进行初步的分析。
1 采用玻纤覆膜滤料的初步计算分析
以山西晋牌水泥集团有限公司[1]及文献[2～4]的一些数据为例，进行初步计算分析。
1.1 使用覆膜滤料前后的情况
该公司2000t/d回转窑窑尾废气采用掺冷风降温的方法使入袋除尘器的废气温度降到250℃以下。窑尾-生料磨废气净化采用BFRS(P)1200-2×8玻纤袋反吹风袋除尘器，并于1995年11月随窑点火试生产投运。1996年9月以后，该除尘器即使在窑、生料磨和煤磨同时运行时，其运行阻力也常在1769Pa左右波动，而窑单独运行时，袋除尘器进、出口压差竟达到2744Pa。由于多方面的原因，使该除尘器收尘效率降低，粉尘排放超标，窑产量上不去、质量下降，曾一度使生产陷于被动局面，到1997年4月该袋除尘器内的滤袋全部破损。
1997年5月该公司决定采用GORE-TEX覆膜抗酸玻璃纤维滤袋对袋除尘器进行技术改进，清灰方式仍用原反吹风清灰系统，主要技术经济数据见表1。
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表1 改造前后主要技术经济性能比较[1]
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改造后近2年的运行中，袋除尘器进出口压差在窑磨同时运行情况下为980～1078Pa，在窑单独运行情况下为1078～1176Pa，即使在窑满负荷运行及废气量高达455653m3/h情况下，也未超过1176Pa，标况下出口排放浓度52.8mg/m3，滤袋平均使用寿命为3年，实际可达4年。
1.2 初步计算分析
1.2.1 年消耗滤袋费用
由表1看出，玻纤滤袋平均使用寿命1年，年消耗1套滤袋的费用为110.4万元；覆膜滤袋平均使用寿命按3年计算，则年消耗滤袋费为99.6万元。
1.2.2 使用覆膜滤料降低了电耗
使用覆膜滤料后，袋除尘器的运行阻力至少比用玻纤滤袋低500Pa，使运行电耗降低，每年可节约30万元左右的风机电耗费用[1]。
1.2.3 减轻袋除尘器本体质量
采用覆膜滤料后，滤袋过滤风速由0.36m/min提高到0.84m/min，每室滤袋数量由138条减少到60条。其余袋帽不用，多余的(下)花板扎袋口封死。
这种改造方案是因地制宜，旧物利用。如果按改造后的有关参数设计该窑尾袋除尘器，则可设计选用LFGF526-2×8型或LFGF1200-7型(单列布置)。而两者以后者更省一些。
该袋除尘器的钢耗量为26kg/m2[2，3]。钢耗量是指袋除尘器本体质量(在进、出风口法兰之间，排灰口法兰以上部分，不包括支架和保温层，但包括必要的工艺性扶梯和平台的设备质量)与过滤面积之比。
现推算新设计或选用的袋除尘器的本体质量:
8419×26=218894kg≈219t
再考虑增加10%的支架质量:219×1.1=240.9t
这样采用覆膜滤料后袋除尘器本体质量则减少约240t[3](原重477t)，如每吨本体(含管路、阀门和压缩空气系统等)按8000元/t计，则可节省本体设备投资约192万元。
此外，由于运行阻力低而稳定，加之清灰容易，增大了窑内通风量，从而保证了熟料的产质量。
2 采用玻纤覆膜滤料和脉冲清灰的初步计算分析
2.1 清灰方式
目前，国内用的脉冲清灰袋除尘器其脉冲方式主要有3种:气箱脉冲、喷吹脉冲和低压长袋脉冲。
气箱脉冲:采用1(或2)支脉冲阀对整箱(1个分室)的滤袋同时进行清灰，由于压缩空气首先进入洁气室接着再进入滤袋口对滤袋进行清灰，其分布欠均且压力损失较大。因此，对滤袋的清灰能量有所减弱，滤袋的长度最多只能到4m，常用长度为2.5m。但所用脉冲阀少，洁气室内无喷吹管，换袋方便。使用0.5～0.7MPa的压缩空气。
喷吹脉冲:每室的清灰按滤袋排数进行，每排1根喷吹管和一个脉冲阀，喷吹孔对准每条滤袋的袋口，在喷吹孔前加喷嘴或文氏管以加强引流和导向。因此，其对滤袋的清灰能力很强，滤袋长度最长可达7m，其用压缩空气压力需0.5～0.7MPa。
低压长袋脉冲:系统与喷吹脉冲大体相似，由于采用了淹没式脉冲阀，简化了喷嘴管喷吹孔前的结构，其阻力损失减少。因此，所需压缩空气压力低，能对5～6m长的滤袋进行满意的清灰。
以往认为玻璃纤维滤料耐折性能较差，用于脉冲清灰的袋除尘器其寿命较低。因为外滤式必须加袋笼，而玻纤袋经不住笼骨的摩擦与反复折弯。但是炭黑行业引进的PHR脉冲除尘器，其玻纤滤袋却能具有较长的使用寿命(>14个月)[5]，其中一个主要原因就是其耐折能力强、滤袋与袋笼的相配尺寸设计合理。我国近年已研制成功了高耐折玻纤滤料，与传统配方处理的滤料相比，其耐折性能提高10倍以上，达到美国进口同类产品的先进水平[6]。所以，将玻纤覆膜滤料用于脉冲清灰也已具备条件。
2.2 过滤风速的确定
表1中反吹风清灰其过滤风速v=0.84m/s；国外G公司湿法窑用反吹风清灰，v=0.693m/min[7]；广东一白水泥窑用换热器降温，低压长袋脉冲，涤纶针刺毡滤袋，v=0.9～1.0m/min；另一白水泥窑用低压长袋脉冲，玻纤膨体纱滤袋，v=0.9～1m/min[8]。根据上列数据，综合分析并考虑到覆膜滤料比其基布的过滤风速可以有一定比例的提高[9]，脉冲清灰比反吹风清灰的能力更强。因此采用玻纤覆膜和脉冲清灰的过滤风速选取1m/min。
2.3 初步计算分析
计算分析仍是以表1为例。
1)滤袋面积可减少:(1-0.84/1)×8419≈1347m2
覆膜滤袋价格为298.8×104/8419≈355元/m2
则节省滤袋费用1347×355≈47.8万元
2)袋除尘器本体可节约:按产品样本统计了3种脉冲袋除尘器的钢耗量，在这样一个过滤面积数量级范围内，其钢耗量基本接近，为25～30kg/m2，则减少质量约33.7t。按8500元/t计，则本体可节约一次性投资28.6万元。
3)运行阻力:运行阻力在1.2～1.5kPa，但玻纤覆膜滤袋的寿命可能会比采用反吹风清灰略低。
3 采用涤纶针刺毡和脉冲清灰的初步计算分析
袋除尘器采用涤纶针刺毡和脉冲清灰方式相结合方案基于如下考虑，普通涤纶滤料其最高使用温度为120℃，这样就必须把窑尾烟气温度降到120℃+Δt(Δt为冷却器出口至袋除尘器入口的温度降)，而相应的工况烟气量则减少了许多，从而减少所需滤袋的面积，也就是降低了袋除尘器本体的费用(当然，冷却器的成本要增加)。另一方面，涤纶滤料可在较高的过滤风速下运行，也减少了过滤面积，相应也就减轻了袋除尘器本体的质量。
1)计算废气量(t=120℃时)
表1数据:Q0=423000m3/h，t0<250℃
即较原风量减少约1/4，工况含尘浓度增加约1/3，但比闭路水泥磨的浓度低得多。
2)过滤面积:过滤风速取1.2m/min
F=317856/(1.2×60)=4414m2
即为原玻纤滤料面积的23%，或为采用覆膜滤料面积的52%。如果选型则选用气箱脉冲袋除尘器3台PPCS96-2×8型组合或2台PPCA128-2×7型组合使用。
3)冷却设施
文献[1]中采用掺冷风的方法将窑尾废气降到250℃以下。
采用涤纶针刺毡设定采用空气冷却器将窑尾废气温度从250℃再降至120～150℃，则新增冷却器质量为2×60t。冷却器价按6000元/t计，则其投资额增加72万元。
4)袋除尘器相关数据初步计算
所需涤纶针刺毡面积4414m2，按30元/m2计，即滤袋价为132420元，使用寿命按2年计算，则年费用为6.65万元。
气箱脉冲袋除尘器本体钢耗量为25kg/m2计算，则本体重为110350kg，约110t。
本体按8500元/t计，则该除尘器一次性投资价为93.5万元。
5)运行阻力和电耗
窑尾烟气降为250℃采用覆膜滤料和反吹风清灰的袋除尘器风量，为窑尾烟气温度降至120～150℃采用涤纶针刺毡和气箱脉冲袋收尘器风量的1.33倍，而后者的运行阻力为前者的1.3倍，故风机电动机功耗相差不多。
4 结束语
1)回转窑窑尾废气净化用袋除尘器，20多年来一直采用玻璃纤维滤料和反吹风清灰的方式，随着袋滤技术多方面的进步，应该加以改进。
2)以2000t/d回转窑废气净化为例，当保持原有工况参数不变，将玻璃纤维滤料改用覆膜滤料并根据覆膜滤料的过滤风速重新选用或设计反吹风袋除尘器时，玻纤滤袋和覆膜滤袋的年消耗价值趋于一致。而使用覆膜滤料比玻纤滤料每年可节约30万元的风机电耗费用；袋除尘器本体一次性投资可节约192万元。此外，采用覆膜滤料降低粉尘排放浓度，同时也保证了窑的通风良好，从而保证了熟料的产质量。
3)采用玻纤覆膜滤料和几种脉冲清灰的袋除尘器，滤袋和袋除尘器本体投资约可节约70多万元。
4)如在原基础上将废气温度再降低至120℃，采用涤纶针刺毡和气箱脉冲除尘器则滤袋年费用仅需6.65万元，比覆膜滤料年节约100万元。而袋除尘器(含冷却器)费用和运行费用两者大体相当。
5)本文的计算分析是初步的，但在数量级和思路上能看出一个大概轮廓。袋和袋除尘器本体的价格，受多种因素的影响，如供货渠道、生产规模和装备、人员素质和管理水平等。因此，只有在招标和定货时才能有一个准确的价格。
参考文献:
[1] 孙春生.BFRS反吹风袋收尘器的作用与改造[J].新世纪水泥导报，2000，(5):46.
[2] 王银山.莱歇磨和回转窑共用反吹风袋式除尘器[J].水泥工程，2000，(4):45.
[3] 北京水泥厂，等.大型、高温袋式除尘系统在北京水泥厂的应用[Z].
[4] 胡南，等.北京水泥厂原料磨、窑尾用袋式收尘器[A].袋式除尘技术应用百例[C]:123.
[5] 李尚才.袋式除尘器的发展及其结构性能介绍[J].水泥工程，1999，(5):47.
[6] 严荣楼，等.高耐折玻纤滤料的研究与应用[A].中国硅酸盐学会环保学术年会论文集[C].2001:192.
[7] 张勇.利用GORE-TEX薄膜滤袋优化窑的操作[J].水泥技术，2000，(3):34.
[8] 蔡玲，等.长袋低压大型脉冲袋式除尘器在广东地区的应用[Z].
[9] 李尚才.袋收尘器的表面过滤技术[J].山西建材，1999，(3):10.
[10] 中国环保产业协会袋式除尘器委员会.袋式除尘器滤料及配件手册[M].沈阳:东北大学出版社，1997.
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