布袋除塵系統(tǒng)處理窯頭廢氣的設(shè)計與應(yīng)用
我國水泥工業(yè)即將實施更嚴(yán)格的大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn),，對此,，水泥廠的主要粉塵排放點如窯頭、窯尾等,，如果繼續(xù)采用電除塵器已經(jīng)較難達(dá)到排放要求,。隨著新型生產(chǎn)工藝%設(shè)備及耐高溫濾料的不斷推出，袋除塵器以其除塵效率高,、運行故障率低的優(yōu)勢成為水泥工業(yè)生產(chǎn)線的首選除塵設(shè)備,。
1、袋除塵系統(tǒng)處理窯頭廢氣的方案選擇
針對窯頭廢氣溫度高和袋除塵器抗高溫性能差的矛盾,，通常必須在進(jìn)入袋除塵器之前對廢氣采取降溫措施,。目前，國內(nèi)外窯頭廢氣處理采用的袋除塵器主要有高效脈沖袋除塵器和反吹風(fēng)玻纖袋除塵器,，主要的熱交換設(shè)備有強制冷卻熱交換器和自然冷卻熱交換器（如多管冷卻器）,。表1是（以2500t/d?新型干法水泥廠為例）2種方案的比較。
表1 窯頭篦冷機(jī)廢氣處理方案比較
從表1可以看出,，方案1中自然冷卻熱交換器的冷卻效率不及強制冷卻熱交換器,；另外，由于熟料粉塵磨蝕性強,，玻纖袋抗磨蝕性差,，抗折性差,，其壽命通常僅1年，使用費用高,。方案2盡管設(shè)備投資要略高一點,，但其濾袋使用壽命長，占地面積小,，對粉塵處理能力強,，能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)，系統(tǒng)運行參數(shù)優(yōu)于方案1,。因此,，我們推薦方案2為優(yōu)選方案。
2,、方案2主要設(shè)備
2.1 方案工藝流程
出篦冷機(jī)的高溫廢氣經(jīng)熱交換器降溫處理后,，廢氣溫度由250℃降至130℃（異常時，廢氣溫度可由450℃降至180℃）再進(jìn)入袋除塵器進(jìn)行收塵處理,。同時,，熱交換器還可以起到沉降室的作用，預(yù)收下部分粉塵,。其工藝流程見圖1,。
2.2 高效強制冷卻熱交換器
2.2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理
熱交換器由熱交換器本體、風(fēng)機(jī),、進(jìn)氣口,、灰斗、螺旋輸送機(jī)和卸灰閥等構(gòu)成,。高溫廢氣（250～450℃）首先進(jìn)入熱交換器,。熱交換器結(jié)構(gòu)為列管式，排出廢氣和冷卻空氣在其中的熱交換為非接觸式,。軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的交叉氣流使列管內(nèi)外的冷熱氣體強制對流,，通過冷卻風(fēng)機(jī)的單獨或成組啟動，可以將含塵廢氣冷卻到指定的溫度,。
熱交換器本體采用模塊式設(shè)計,。由1組列管和框架構(gòu)成，由于廢氣中含有磨蝕性粉塵,，列管的進(jìn)氣口設(shè)置了可更換的耐磨插管,。風(fēng)機(jī)和電動機(jī)通過V型皮帶連接。列管布置平面圖見圖3,。高溫氣流從列管內(nèi)部通過,，軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的強制冷卻風(fēng)從列管外部吹過,，從而通過列管表面?zhèn)鳠徇M(jìn)行強制熱交換,。為了控制含塵氣體進(jìn)入列管的流速，并且使氣體均布在列管過流面積上，進(jìn)氣口設(shè)有均布裝置,。氣體的出口處有一個積灰斗,，積灰通過螺旋輸送機(jī)排出?；叶返慕Y(jié)構(gòu)有利于積灰的排出,，同時最大限度地減少含塵氣體對鋼板的沖刷和磨蝕。
螺旋輸送機(jī)中間不加吊軸承,，且設(shè)計中考慮了在操作溫度下的熱膨脹,，螺旋輸送機(jī)的下料口設(shè)有鎖風(fēng)效果良好的卸灰閥。
2.2.2 主要工藝參數(shù)
進(jìn)氣溫度：250℃（正常工況）,，450℃（異常工況）,；
出氣溫度：130℃（正常工況），180℃（異常工況）,；
廢氣含塵濃度（最高）：50g/m3,；
冷卻空氣溫度（最高）：34℃；
熱交換效率：50%～70%
進(jìn)出口壓差：600～800Pa
列管使用壽命：≥5年,。
2.3 高效脈沖袋除塵器
2.3.1 結(jié)構(gòu)及工作原理
該除塵器由進(jìn)出口煙道,、除塵室、凈氣室,、清灰系統(tǒng)及灰斗等組成（見圖4）,。工作時廢氣溫度降為130℃，瞬間可達(dá)180℃的含塵氣體由布袋除塵器中下部的進(jìn)口煙道分配后進(jìn)入各室的灰斗,，煙氣由于折流和速度降低等原因使得比較粗,、比較重的粉塵顆粒得以沉降，達(dá)到預(yù)分離的目的,。細(xì)粉塵隨氣流轉(zhuǎn)折向上進(jìn)入除塵室,，由于濾袋的過濾作用，粉塵被阻留在濾袋的外表面,，過濾后凈氣體由濾袋內(nèi)部進(jìn)入各單元的凈氣室,，并匯合于出口煙道"經(jīng)引風(fēng)機(jī)后通過煙囪排入大氣。
隨著時間推移,，粉塵不斷地附著在濾袋上,，使濾袋內(nèi)外壓差增大，增大到設(shè)定值時,，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出信號,，執(zhí)行機(jī)構(gòu)開啟脈沖閥用壓縮空氣進(jìn)行脈沖清灰，以上的各項動作均由PLC可編程控制儀控制,。
2.3.2 特點
1）氣流渦旋打散及均布裝置
氣流在進(jìn)入除塵器后,，由于截面突變會產(chǎn)生較強的渦旋,，渦旋氣流會使剛收下來的粉塵再次以較高速度上揚，這樣不僅增加了濾袋負(fù),，同時也會沖刷濾袋并降低濾袋使用壽命,。加入氣流渦旋打散及均布裝置后，可很大程度上減少渦旋對濾袋的沖刷,，避免袋底相碰,，延長濾袋使用壽命。
2）獨立模塊設(shè)計
普通的脈沖袋除塵器所有除塵室共用1個或2個灰斗,，當(dāng)某個室檢修時,，有大量的冷空氣通過共用的灰斗進(jìn)入收塵系統(tǒng)，使風(fēng)機(jī)負(fù)荷大大增加以至造成風(fēng)機(jī)電動機(jī)停機(jī)（也就是除塵器停機(jī)）,，進(jìn)而影響整個燒成系統(tǒng)生產(chǎn),。
而該除塵器的每一個除塵室在操作上相對獨立，在每一個除塵室的進(jìn),、出口煙道上都設(shè)有閥門,，使其如同一個獨立的小除塵器，可以將某個除塵室從運行中獨立出來,，如同彼此獨立的幾臺小除塵器的并聯(lián),，因此可以實現(xiàn)真正意義上的離線清灰，在線維修,，使水泥廠能在不停窯的基礎(chǔ)上維修袋除塵器,。
3）獨特的清灰系統(tǒng)
該除塵器采用逐行噴吹的方式，可通過噴吹管上開孔孔徑的變化,，合理調(diào)節(jié)壓縮空氣噴吹到袋底的壓力,，使其既能清灰徹底，又不損傷濾袋,。
4）自帶旁路系統(tǒng)
該除塵器在設(shè)計中考慮了系統(tǒng)試生產(chǎn)時工況不穩(wěn)定,、上游設(shè)備（熱交換器）出現(xiàn)故障時，入口溫度將會超過濾袋的允許使用溫度,，為了保護(hù)濾袋,，在進(jìn)出口煙道中增設(shè)了旁路系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)異常高溫時,，進(jìn)氣閥自動關(guān)閉,，旁路閥打開，所有超高溫氣體從旁路風(fēng)道通過,，從而可以保護(hù)濾袋不被燒損,。
5）采用耐高溫濾料
根據(jù)窯頭煙氣的特點，濾袋必須采用耐溫超過180℃耐磨蝕性好,、抗氧化性能好的濾料,。實踐證明,，采用經(jīng)過特殊工藝處理的耐高溫濾料，濾料裁剪采用激光切割,，成型好，質(zhì)量高,，其使用效果好,、使用壽命長。
6）袋籠
袋籠的所有筋線都采用自動點焊而成,，橫筋的焊點位于立筋的內(nèi)表面,，并去除毛刺，避免濾袋的損傷,。
2.3.3 主要工藝參數(shù)
入口溫度：130℃（正常工況）,，180℃（異常工況）；
入口濃度（標(biāo)況）：＜30g/m3,；
出口濃度（標(biāo)況）：＜30g/m3,；
過濾風(fēng)速：≤1.2m/min
阻力:1200～1500Pa
除塵效率：99.97%
濾袋使用壽命：：≥24個月
脈沖閥使用壽命：≥100萬次噴吹（或使用5年）。
1、袋除塵系統(tǒng)處理窯頭廢氣的方案選擇
針對窯頭廢氣溫度高和袋除塵器抗高溫性能差的矛盾,，通常必須在進(jìn)入袋除塵器之前對廢氣采取降溫措施,。目前，國內(nèi)外窯頭廢氣處理采用的袋除塵器主要有高效脈沖袋除塵器和反吹風(fēng)玻纖袋除塵器,，主要的熱交換設(shè)備有強制冷卻熱交換器和自然冷卻熱交換器（如多管冷卻器）,。表1是（以2500t/d?新型干法水泥廠為例）2種方案的比較。
表1 窯頭篦冷機(jī)廢氣處理方案比較
| 項目 | 方案1 | 方案2 | |
| 自然冷卻：熱交換器+反吹風(fēng)玻纖袋除塵器 | 強制冷卻：熱交換器+高效脈沖袋除塵器 | ||
| 冷卻器 | 出口溫度/℃ | 180（正常） 260（瞬間） | 130（正常） 180（瞬間） |
| 設(shè)備總重/t | 50 | 120 | |
| 設(shè)備造價/萬元 | 60 | 200 | |
| 處理風(fēng)量/(m3/h) | 190000(標(biāo)況) 315000(工況) | 190000(標(biāo)況) 280000(工況) | |
| 過濾面積/m2 | 12000 | 4500 | |
| 過濾風(fēng)速/(m/min) | 0.44～0.5 | 1～1.13 | |
| 清灰方式 | 反吹風(fēng) | 脈沖 | |
| 濾袋使用壽命/月 | 12～16 | ≥24 | |
| 標(biāo)況排放濃度/(mg/m3) | 50 | 30 | |
| 設(shè)備造價/萬元 | 340 | 230 | |
| 更換一次濾袋費用/萬元 | 60 | 70 | |
| 設(shè)備總重/t | 290 | 85 | |
| 占地面積/m2 | 510 | 150 | |
| 土建費用/萬元 | 69 | 41 | |
| 系統(tǒng)總投資/萬元 | 469 | 471 | |
2,、方案2主要設(shè)備
2.1 方案工藝流程
出篦冷機(jī)的高溫廢氣經(jīng)熱交換器降溫處理后,，廢氣溫度由250℃降至130℃（異常時，廢氣溫度可由450℃降至180℃）再進(jìn)入袋除塵器進(jìn)行收塵處理,。同時,，熱交換器還可以起到沉降室的作用，預(yù)收下部分粉塵,。其工藝流程見圖1,。
2.2 高效強制冷卻熱交換器
2.2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理
熱交換器由熱交換器本體、風(fēng)機(jī),、進(jìn)氣口,、灰斗、螺旋輸送機(jī)和卸灰閥等構(gòu)成,。高溫廢氣（250～450℃）首先進(jìn)入熱交換器,。熱交換器結(jié)構(gòu)為列管式，排出廢氣和冷卻空氣在其中的熱交換為非接觸式,。軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的交叉氣流使列管內(nèi)外的冷熱氣體強制對流,，通過冷卻風(fēng)機(jī)的單獨或成組啟動，可以將含塵廢氣冷卻到指定的溫度,。
熱交換器本體采用模塊式設(shè)計,。由1組列管和框架構(gòu)成，由于廢氣中含有磨蝕性粉塵,，列管的進(jìn)氣口設(shè)置了可更換的耐磨插管,。風(fēng)機(jī)和電動機(jī)通過V型皮帶連接。列管布置平面圖見圖3,。高溫氣流從列管內(nèi)部通過,，軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的強制冷卻風(fēng)從列管外部吹過,，從而通過列管表面?zhèn)鳠徇M(jìn)行強制熱交換,。為了控制含塵氣體進(jìn)入列管的流速，并且使氣體均布在列管過流面積上，進(jìn)氣口設(shè)有均布裝置,。氣體的出口處有一個積灰斗,，積灰通過螺旋輸送機(jī)排出?；叶返慕Y(jié)構(gòu)有利于積灰的排出,，同時最大限度地減少含塵氣體對鋼板的沖刷和磨蝕。
螺旋輸送機(jī)中間不加吊軸承,，且設(shè)計中考慮了在操作溫度下的熱膨脹,，螺旋輸送機(jī)的下料口設(shè)有鎖風(fēng)效果良好的卸灰閥。
2.2.2 主要工藝參數(shù)
進(jìn)氣溫度：250℃（正常工況）,，450℃（異常工況）,；
出氣溫度：130℃（正常工況），180℃（異常工況）,；
廢氣含塵濃度（最高）：50g/m3,；
冷卻空氣溫度（最高）：34℃；
熱交換效率：50%～70%
進(jìn)出口壓差：600～800Pa
列管使用壽命：≥5年,。
2.3 高效脈沖袋除塵器
2.3.1 結(jié)構(gòu)及工作原理
該除塵器由進(jìn)出口煙道,、除塵室、凈氣室,、清灰系統(tǒng)及灰斗等組成（見圖4）,。工作時廢氣溫度降為130℃，瞬間可達(dá)180℃的含塵氣體由布袋除塵器中下部的進(jìn)口煙道分配后進(jìn)入各室的灰斗,，煙氣由于折流和速度降低等原因使得比較粗,、比較重的粉塵顆粒得以沉降，達(dá)到預(yù)分離的目的,。細(xì)粉塵隨氣流轉(zhuǎn)折向上進(jìn)入除塵室,，由于濾袋的過濾作用，粉塵被阻留在濾袋的外表面,，過濾后凈氣體由濾袋內(nèi)部進(jìn)入各單元的凈氣室,，并匯合于出口煙道"經(jīng)引風(fēng)機(jī)后通過煙囪排入大氣。
隨著時間推移,，粉塵不斷地附著在濾袋上,，使濾袋內(nèi)外壓差增大，增大到設(shè)定值時,，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出信號,，執(zhí)行機(jī)構(gòu)開啟脈沖閥用壓縮空氣進(jìn)行脈沖清灰，以上的各項動作均由PLC可編程控制儀控制,。
2.3.2 特點
1）氣流渦旋打散及均布裝置
氣流在進(jìn)入除塵器后,，由于截面突變會產(chǎn)生較強的渦旋,，渦旋氣流會使剛收下來的粉塵再次以較高速度上揚，這樣不僅增加了濾袋負(fù),，同時也會沖刷濾袋并降低濾袋使用壽命,。加入氣流渦旋打散及均布裝置后，可很大程度上減少渦旋對濾袋的沖刷,，避免袋底相碰,，延長濾袋使用壽命。
2）獨立模塊設(shè)計
普通的脈沖袋除塵器所有除塵室共用1個或2個灰斗,，當(dāng)某個室檢修時,，有大量的冷空氣通過共用的灰斗進(jìn)入收塵系統(tǒng)，使風(fēng)機(jī)負(fù)荷大大增加以至造成風(fēng)機(jī)電動機(jī)停機(jī)（也就是除塵器停機(jī)）,，進(jìn)而影響整個燒成系統(tǒng)生產(chǎn),。
而該除塵器的每一個除塵室在操作上相對獨立，在每一個除塵室的進(jìn),、出口煙道上都設(shè)有閥門,，使其如同一個獨立的小除塵器，可以將某個除塵室從運行中獨立出來,，如同彼此獨立的幾臺小除塵器的并聯(lián),，因此可以實現(xiàn)真正意義上的離線清灰，在線維修,，使水泥廠能在不停窯的基礎(chǔ)上維修袋除塵器,。
3）獨特的清灰系統(tǒng)
該除塵器采用逐行噴吹的方式，可通過噴吹管上開孔孔徑的變化,，合理調(diào)節(jié)壓縮空氣噴吹到袋底的壓力,，使其既能清灰徹底，又不損傷濾袋,。
4）自帶旁路系統(tǒng)
該除塵器在設(shè)計中考慮了系統(tǒng)試生產(chǎn)時工況不穩(wěn)定,、上游設(shè)備（熱交換器）出現(xiàn)故障時，入口溫度將會超過濾袋的允許使用溫度,，為了保護(hù)濾袋,，在進(jìn)出口煙道中增設(shè)了旁路系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)異常高溫時,，進(jìn)氣閥自動關(guān)閉,，旁路閥打開，所有超高溫氣體從旁路風(fēng)道通過,，從而可以保護(hù)濾袋不被燒損,。
5）采用耐高溫濾料
根據(jù)窯頭煙氣的特點，濾袋必須采用耐溫超過180℃耐磨蝕性好,、抗氧化性能好的濾料,。實踐證明,，采用經(jīng)過特殊工藝處理的耐高溫濾料，濾料裁剪采用激光切割,，成型好，質(zhì)量高,，其使用效果好,、使用壽命長。
6）袋籠
袋籠的所有筋線都采用自動點焊而成,，橫筋的焊點位于立筋的內(nèi)表面,，并去除毛刺，避免濾袋的損傷,。
2.3.3 主要工藝參數(shù)
入口溫度：130℃（正常工況）,，180℃（異常工況）；
入口濃度（標(biāo)況）：＜30g/m3,；
出口濃度（標(biāo)況）：＜30g/m3,；
過濾風(fēng)速：≤1.2m/min
阻力:1200～1500Pa
除塵效率：99.97%
濾袋使用壽命：：≥24個月
脈沖閥使用壽命：≥100萬次噴吹（或使用5年）。
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