易清灰型折疊濾筒在水泥行業(yè)磨機收塵系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

摘要：水泥行業(yè)通常包含三大磨機系統(tǒng)，即原料磨、煤磨、水泥磨，本文重點研究水泥行業(yè)三大磨機系統(tǒng)中粉塵治理的現(xiàn)狀，并著重介紹一種新型的治理技術(shù)——易清灰型折疊濾筒。通過對三大磨機系統(tǒng)粉塵特性進(jìn)行充分的分析，對折疊濾筒的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)合實際應(yīng)用效果對該項新技術(shù)進(jìn)行驗證，其研究成果對于解決水泥行業(yè)三大磨機系統(tǒng)粉塵污染問題及助力企業(yè)實現(xiàn)綠色環(huán)保、降本增效和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：原料磨 煤磨 水泥磨 折疊濾筒 易清灰 降本增效

0 引言

近年來，由于水泥產(chǎn)量大、工藝生產(chǎn)中粉塵濃度高等特征，水泥企業(yè)在污染物治理上面臨高污染、高能耗、高物耗三重挑戰(zhàn)。

目前國內(nèi)新建的干法水泥生產(chǎn)線1113條，年設(shè)計熟料能力95859萬噸，其中5000t/d及以上的水泥生產(chǎn)線270條，占熟料總產(chǎn)能的45.27%，新型干法水泥所占比例已達(dá)到76.88%；而受監(jiān)測的熟料總產(chǎn)量僅占全國水泥熟料總量的2.91%和4.21%。^[1]隨著國家環(huán)境保護(hù)政策的不斷加強，對水泥行業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境監(jiān)管要求也越來越嚴(yán)格，為了響應(yīng)國家環(huán)保政策的要求，水泥企業(yè)需要采取切實有效的環(huán)境污染治理措施，確保達(dá)標(biāo)粉塵顆粒物排放＜10mg/m3及部分重點區(qū)域粉塵顆粒物排放＜5mg/m3的目標(biāo)。

水泥行業(yè)的高排放不僅對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，還造成物料、成品的極大流失；在當(dāng)前全球倡導(dǎo)綠色、低碳和可持續(xù)發(fā)展的背景下，本文旨在探討并提出新的解決方案，通過易清灰型折疊濾筒技術(shù)有效解決水泥企業(yè)所面臨的高污染、高能耗、高物耗問題，通過實際應(yīng)用證明易清灰型折疊濾筒技術(shù)的切實可行，為行業(yè)提供一定的學(xué)術(shù)研究和推廣應(yīng)用價值。

1 水泥行業(yè)三大磨機系統(tǒng)粉塵治理的現(xiàn)狀

1.1 粉塵特性

水泥是一種常用的建筑材料，其主要成分包括硅酸鹽、石灰、鋁酸鹽和少量的鐵酸鹽。

在水泥三大磨機系統(tǒng)工藝生產(chǎn)過程中通常具有以下特性：

（1）粉塵濃度高：通常在幾十至數(shù)百克/立方米的范圍內(nèi)。具體的粉塵濃度取決于工藝參數(shù)、設(shè)備狀況和操作方式。

（2）粉塵粒徑小：物料研磨過程中，會產(chǎn)生大量細(xì)微顆粒粉塵，粒徑在1至10μm之間。

（3）懸浮性：研磨后的粉塵具有較強的懸浮性，能夠長時間停留并擴散。懸浮的粉塵顆粒物通過空氣流動在工廠周圍的環(huán)境中擴散，增加了粉塵在周邊地區(qū)傳播的可能性。

（4）易爆性：原煤在研磨過程中易產(chǎn)生靜電，如不加以措施進(jìn)行有效防治，存在煤粉爆炸等風(fēng)險隱患。

（5）危害性：粉塵中的細(xì)小顆粒物具有較大的比表面積和活性，易被呼吸系統(tǒng)吸入，對呼吸道和肺部健康造成潛在危害。^[2]長期暴露在水泥粉塵環(huán)境中的工人，呼吸道受到刺激容易出現(xiàn)咳嗽和呼吸困難等癥狀，面臨著較大的健康風(fēng)險。

1.2 治理技術(shù)現(xiàn)狀

目前，水泥三大磨機系統(tǒng)通常采用袋式收塵器，是一種常見的粉塵治理設(shè)備，然而，以現(xiàn)有袋式收塵器配置要實現(xiàn)超低排放或超凈排放要求存在較大的局限性，通常存在以下三大問題：

（1）高污染：現(xiàn)有水泥行業(yè)配置的袋式收塵器大部分按照GB 4915-2013國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和建造，粉塵顆粒物排放僅要求＜30mg/m3及部分重點區(qū)域＜20mg/m3；隨著環(huán)保污染日益嚴(yán)重，眾多省份出臺了地方性的水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，如河南、河北、四川、江蘇、寧夏等，中國水泥協(xié)會的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CCAS022-2022也于2022年7月20日開始實施，以上最新的環(huán)保政策要求的粉塵顆粒物排放＜10mg/m3及部分重點區(qū)域＜5mg/m3，水泥行業(yè)現(xiàn)有的環(huán)保治理已不滿足最新的環(huán)保政策要求。

（2）高能耗：袋式收塵器的運行阻力較高，需要消耗較大電耗來維持正常運轉(zhuǎn)。

（3）高物耗：袋式收塵器的過濾耗材使用壽命較短，需要頻繁更換濾袋，增加人工檢修維護(hù)工作量。

在較短的時間內(nèi)、以最小的投入即可達(dá)到實現(xiàn)污染有效治理，達(dá)標(biāo)環(huán)保政策要求，又可解決高能耗、高物耗問題，是目前所有水泥企業(yè)迫切需求。^[3]

2 易清灰型折疊濾筒

為了解決目前水泥行業(yè)磨機系統(tǒng)粉塵治理的難題，易清灰型折疊濾筒技術(shù)應(yīng)運而生。

易清灰型折疊濾筒技術(shù)的過濾材料、濾筒結(jié)構(gòu)和清灰性能等方面相對于傳統(tǒng)布袋或常規(guī)濾筒均有較大的優(yōu)化和提升。

濾料作為過濾元件的核心部件，需要在單位時間內(nèi)通過足夠的氣量，確保額定的塵氣量經(jīng)過濾料的過濾處理，同時要降低氣體通過過濾材料的阻力，以降低除塵系統(tǒng)的能耗。因此，在確保濾料過濾效率的同時，應(yīng)提高其透氣性。

在濾筒結(jié)構(gòu)方面，在保證濾筒產(chǎn)品的強度、密封等基礎(chǔ)性能的同時，還需提高濾筒的粉塵剝離率和清灰性能。因此，濾筒的折疊間距以及濾筒骨架的開孔率設(shè)計尤為重要。

  （1）高通高效低阻極濾?過濾材料

濾料是折疊濾筒中的關(guān)鍵組成部分，易清灰型折疊濾筒采用了極濾?濾料，相對于傳統(tǒng)濾料，極濾?濾料具有更大的透氣性，結(jié)合ePTFE（聚四氟乙烯）膜覆膜技術(shù)，將濾料的除塵機理從深層過濾轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻孢^濾。通過復(fù)雜的雙向拉伸工藝，ePTFE膜經(jīng)過膨化處理形成多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，厚度約為10μm，平均孔徑僅有1μm。相比傳統(tǒng)的PTFE材料，這種微小孔隙更加精細(xì)，低于超細(xì)纖維濾料的孔徑1-2個數(shù)量級，極大地提高了濾料的粉塵攔截和過濾效果。

采用ePTFE覆膜技術(shù)的易清灰型折疊濾筒在顆粒攔截方面表現(xiàn)出色。對于大于等于0.5μm的顆粒，其攔截率可達(dá)99.95%。而對于大于等于1μm的顆粒，攔截率甚至達(dá)到100%。這使得該濾筒能夠高效地捕捉和過濾微小顆粒。^[4]

圖1 傳統(tǒng)濾料和極濾^?濾料對比示意圖

根據(jù)圖1可以清晰地觀察到，經(jīng)過特殊覆膜結(jié)構(gòu)設(shè)計的極濾過濾材料能夠有效控制更細(xì)微的粉塵，對容易穿透的細(xì)微粉塵具有更好的捕集效果。

圖2 極濾^?濾料與傳統(tǒng)濾料過濾效率對比

從上圖可見，極濾?濾料在PM1.0的粉塵顆粒物過濾方面實現(xiàn)了100%的過濾效率。

此外，極濾濾料具有出色的透氣性能。相較于傳統(tǒng)過濾材料，在保證過濾精度的前提下，極濾濾料的透氣性提高了30%。經(jīng)過測試對比，與傳統(tǒng)過濾材料相比，極濾濾料的初始阻力降低了50%以上，從而顯著減少了除塵系統(tǒng)的運行阻力。

圖3 極濾濾料與傳統(tǒng)濾料透氣性對比

圖4 極濾濾料與傳統(tǒng)濾料初始阻力對比

（2）等間距易清灰結(jié)構(gòu)設(shè)計

自2019年開始，廣州市華濾環(huán)保設(shè)備有限公司就將高效、低阻和長壽命作為折疊濾筒的三個關(guān)鍵指標(biāo)。經(jīng)過多年在過濾材料方面的研究，目前在高效過濾方面已相對成熟。然而，效率和阻力之間存在反比關(guān)系，因此在確保效率的同時降低運行阻力成為一個緊迫的問題。

華濾環(huán)保在濾筒結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了大膽的嘗試和創(chuàng)新，國內(nèi)首創(chuàng)等間距熱熔綁帶技術(shù)，并在同濟(jì)大學(xué)通風(fēng)實驗室研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步在含塵除塵器中進(jìn)行了測試和分析，優(yōu)化了折疊濾筒的折數(shù)、折深和過濾面積相對應(yīng)的設(shè)計方案，經(jīng)過中試測試，取得了良好的效果。

圖5等間距綁帶熱熔技術(shù)

針對不同行業(yè)的工況條件和粉塵狀況，華濾環(huán)保不斷完善設(shè)計參數(shù)，使得濾筒的粉塵清灰剝離率相對于傳統(tǒng)產(chǎn)品有了顯著提升。此外，在設(shè)計過程中針對不同通風(fēng)量的要求，易清灰結(jié)構(gòu)的濾筒運行阻力明顯低于同類型產(chǎn)品。

圖6 傳統(tǒng)布袋、傳統(tǒng)折疊濾筒和易清灰型折疊濾筒在不同風(fēng)量下的運行阻力

圖7 傳統(tǒng)布袋、傳統(tǒng)折疊濾筒和易清灰型折疊濾筒每年能耗對比

通過對中試中掛筒進(jìn)行實際測試，并與國內(nèi)外市場上的傳統(tǒng)布袋、傳統(tǒng)折疊濾筒以及易清灰型折疊濾筒進(jìn)行對比分析，易清灰型折疊濾筒的運行阻力明顯低于前兩種。

同時，結(jié)合實際耗電情況進(jìn)行比較，易清灰型折疊濾筒相較于傳統(tǒng)折疊濾筒可節(jié)省約20%左右的能耗，而相較于傳統(tǒng)布袋，則可節(jié)省約50%左右的能耗。這表明易清灰型折疊濾筒在節(jié)能降耗方面具有明顯的優(yōu)勢。

（3）高開孔率骨架設(shè)計

為了進(jìn)一步優(yōu)化清灰效果，華濾環(huán)保研發(fā)了一種具有高開孔率骨架的創(chuàng)新技術(shù)。這些技術(shù)采用了特殊的高分子材料，以確保骨架在不降低整體強度的情況下增大氣體通過量。

圖8 高開孔率骨架示意圖

高開孔率骨架的設(shè)計通過增加骨架的孔隙結(jié)構(gòu)，有效減少了流體阻力，噴吹氣流能夠充分地穿過骨架，達(dá)到濾料內(nèi)部，清灰效果明顯提升。相對于傳統(tǒng)布袋，易清灰型折疊濾筒清灰壓力可降低0.5~1bar，進(jìn)一步降低了收塵系統(tǒng)的能耗。

此外，特殊的高分子材料具有出色的耐高溫、耐腐蝕和耐磨損性能，確保骨架在惡劣環(huán)境下的長期穩(wěn)定運行。

3 易清灰型折疊濾筒的應(yīng)用效果

3.1 項目案例

為了響應(yīng)國家對水泥行業(yè)粉塵顆粒物超低排放的環(huán)保政策，河北某水泥廠日產(chǎn)5000t/d熟料生產(chǎn)線配套水泥磨工段的袋式收塵器由于無法滿足環(huán)保要求，于2020年03月對2#水泥磨袋式收塵器進(jìn)行了優(yōu)化升級改造，項目改造首次引入了易清灰型折疊濾筒技術(shù)，收塵器改造取得顯著成效。經(jīng)過連續(xù)的運行和監(jiān)測，2#水泥磨收塵器迄今穩(wěn)定運行，顆粒污染物保持超低達(dá)標(biāo)排放，收塵器進(jìn)出口壓差明顯下降。

3.2 運行效果

采用易清灰型折疊濾筒替換傳統(tǒng)布袋后，粉塵顆粒物排放數(shù)值達(dá)標(biāo)超低排放，收塵器運行阻力下降1000Pa以上。在產(chǎn)能保持不變的情況下，風(fēng)機運行負(fù)荷降低了40%，電流下降了23%，風(fēng)機效率提升明顯，能耗下降顯著。運行效果對比如表1。

表1 技改前后運行效果對比

（1）減污

易清灰型折疊濾筒專為處理高粉塵濃度塵氣而設(shè)計，特別適用于水泥三大磨機系統(tǒng)工況環(huán)境——水泥磨粉塵濃度高達(dá)800g/m3。高通高效低阻過濾材料極大地提高了收塵效率，確保達(dá)標(biāo)超低排放。相比于傳統(tǒng)布袋，同規(guī)格尺寸的易清灰型折疊濾筒過濾面積是布袋的3~4倍，更大的過濾風(fēng)速使得收塵器的過濾風(fēng)速的大為下降，過濾風(fēng)速的降低使得濾筒攔截、過濾細(xì)微粉塵更為有效，除塵效率更高。此外，對比長度為3m的布袋，易清灰型折疊濾筒長度為2m，收塵器具有更多的沉降空間，可減少濾筒表面粉塵附著量，減輕附著粉塵的穿透。減污效果如圖9所示。

圖9 改造前后每年粉塵排放量對比

易清灰型折疊濾筒減污效果顯著，還可以減少物料和成品水泥的損失和浪費。

（2）降耗

本項目利用易清灰型折疊濾筒升級改造后，收塵器運行阻力下降1000Pa以上，風(fēng)機運行所需的能耗明顯降低，高效節(jié)能。易清灰結(jié)構(gòu)設(shè)計使得清灰所需的壓縮空氣壓力更低，耗氣量更少，進(jìn)一步降低了收塵器的整體能耗，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。如圖10所示。

圖10 改造前后每年系統(tǒng)能耗費用對比

通過本案例改造的收塵器運行數(shù)據(jù)對比，充分驗證了易清灰型折疊濾筒的所取得的成效。收塵系統(tǒng)低阻力運行不僅提高了風(fēng)機的效率，減少了能源消耗，還優(yōu)化了整個生產(chǎn)過程中的抽吸效果，實現(xiàn)了收塵系統(tǒng)的高效運行，進(jìn)一步提升了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

易清灰折疊濾筒技術(shù)的問世，徹底解決了水泥行業(yè)三大磨機收塵系統(tǒng)高污染、高能耗、高物耗的問題，通過使用易清灰型折疊濾筒替換傳統(tǒng)布袋對收塵器進(jìn)行優(yōu)化升級改造，可實現(xiàn)收塵器零改造、不停產(chǎn)、改造時間短等優(yōu)勢，節(jié)能降碳效果顯著，獲得廣大客戶的肯定和好評，取得了環(huán)保達(dá)標(biāo)和降本增效的雙重效益，為客戶實現(xiàn)綠色發(fā)展、提產(chǎn)增收發(fā)揮積極作用。

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