淺議立窯的收塵

　　1 前言  

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，上個世紀90年代，全國曾有各種類型的立窯數(shù)量近萬臺，立窯水泥的年產(chǎn)量，約占我國水泥年總產(chǎn)量的80%以上。但是立窯生產(chǎn)帶來的粉塵污染卻十分嚴重，預計達千萬噸之多，約占我國水泥行業(yè)粉塵年總排放量的90%。自國家經(jīng)貿委發(fā)布在2000年以前，淘汰直徑＜ф2.2m的立窯和產(chǎn)量＜4.4萬噸的立窯廠以來，立窯企業(yè)已由1966年的7800家減少到2002年的4600家?！端嘈袠I(yè)“十五規(guī)劃”》中提出繼續(xù)淘汰產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，和環(huán)保不達標的落后企業(yè)，所以即使暫時不被關閉的企業(yè)，如不加大粉塵治理的投資和粉塵治理的力度，盡早使粉塵排放達標，否則也逃不脫淘汰和關閉的命運。所以向現(xiàn)有的立窯企業(yè)提供性能優(yōu)良、運行可靠和價格合理的收塵設備，較以往更為迫切。所以本文就立窯收塵技術的有關問題分述如下。

　　2 立窯收塵的現(xiàn)狀

　　立窯水泥廠多建在農村和山區(qū)，以往由于對環(huán)境保護要求不高，所以立窯裝有收塵器的只是極少數(shù)。即使裝有收塵器的，也絕大多數(shù)是沉降室。近十多年來，隨著國家制訂的排放標準日益嚴格和人們對環(huán)保意識的增強，特別是靠近大、中型城市的立窯廠，設置電收塵器或袋收塵器的也逐漸增多。雖然這兩種高效收塵器都有不少失敗的教訓，但隨著實踐經(jīng)驗的積累和收塵技術的進步，這兩種收塵器不論是主要參數(shù)的確定和結構設計都日臻完善，所以立窯收塵不再是困擾人們的難題。以往的失敗，盡管因素很多，但主要原因是立窯的操作不穩(wěn)定，工況參數(shù)變化大而又迅速，如風量、溫度、濕度和煙氣含塵濃度等。因此，要澈底解決立窯收塵問題，除了改進收塵器本身的結構外，同時要在收塵系統(tǒng)上考慮必要的防護措施，才能收到事半功倍的效果。以下首先簡要介紹幾種立窯收塵設施的現(xiàn)狀。

　　2.1 沉降室

　　這種收塵設施的最大優(yōu)點就是結構簡單，投資最省，而且不需要專人管理和消耗電能。但是沉降室的收塵原理是靠重力沉降，粒徑＜50μm的粉塵就難以捕集。要使排放濃度≤50㎎∕m3(標)，沉降室是絕對無能為力的。所以今后立窯不可能單獨再采用沉降室進行收塵，但作為預收塵裝置是可能的。有的廠利用現(xiàn)有沉降室的殼體改造成電收塵器或袋收塵器，節(jié)省部分投資，這應該說是個可行的方案之一。

　　2.2 水收塵

　　水泥粉塵親水性很強，遇水凝固，所以以往水泥廠很少采用水收塵。但是前些年，有的立窯廠將水收塵收下的泥漿，送入預加水成球的攪拌機中，清水可循環(huán)利用，而且水收塵的造價只是電收塵器或袋收塵器的1/3～1/2。所以一個時期立窯上采用水收塵的有如雨后春筍。盡管各種水收塵裝置花樣翻新，但萬變不離其宗，不是噴霧就是水淋。為降低能耗，水壓控制在0.3～0.5MPa的范圍內，所以噴出霧滴≥500μm。如此大的霧滴，要想使水收塵的排放濃度≤100㎎∕m3(標)相當困難，使排放濃度≤50㎎∕m3(標)幾乎不可能。特別是燒煙煤的立窯，采用水收塵雖然能捕集部分粉塵，但煙囪排出的煙氣仍是黃煙滾滾，這說明水收塵能收部分粉塵而不能消煙。所以陜西省一些立窯采用水收塵的，紛紛下馬而改用電收塵器或袋收塵器。

　　2.3 管式電收塵器

　　立窯廠的主要揚塵點，如烘干機，磨機等的收塵，采用管式電收塵器曾風行一時，后來發(fā)展到立窯上也采用管式電收塵器。但是許多廠的實踐證明，并未解決立窯的收塵難題。其原因不只是管式電收塵器本身結構存在問題，而主要原因是對立窯的生產(chǎn)特點考慮不夠。為適應立窯工況條件的變化，也有的單位試圖將管式電收塵和水收塵一體化，但由于技術上還存在諸多難以解決的問題，多數(shù)以失敗而告終。

　　2.4 臥式和立式電收塵器

　　由于立窯的煙氣和粉塵性質比較適合采用電收塵器。立窯上采用臥式電收塵器，于1980年始于青島水泥廠。當時存在的問題，并非收塵效率不高，而是內部構件腐蝕嚴重，所以最終被拆除。其后有的廠也采用過臥式電收塵器，其命運并不比青島水泥廠好多少。近幾年來，有關設計和科研單位，在不斷總結經(jīng)驗的基礎上，研制出了新型的立窯臥式電收塵器，在使用過程中都取了良好的效果，為解決立窯收塵樹立了樣板。如天津水泥工業(yè)設計研究院研制的新型CDWY型臥式電收塵器，用于蘇州陽澄水泥廠和天津水泥廠，不僅收塵效果很好，而且消煙效果顯著。因此，打消了人們對燒煙煤的立窯，采用電收塵器能否消煙的疑慮。合肥水泥工業(yè)研究設院開發(fā)的JYC型集約式臥式電收塵器，用在安徽巢湖鑄造廠、西藏拉薩和陜西岐山等水泥廠的立窯上，也都取得了良好的效果。

　　2.5 袋收塵器

　　立窯采用袋收塵器排放濃度是不成問題的，而且不受粉塵比電阻的影響。特別是耐高溫和憎水性濾料的出現(xiàn)，給立窯采用袋收塵器創(chuàng)造了更有利的條件，所以立窯收塵采用袋收塵器有日益增多的趨勢。

　　2.5.1 立窯收塵選用袋收塵器增多的原因

　?。?）粉塵排放濃度要求進一步嚴格的影響
　　按《水泥工業(yè)污染物排放標準》（GB4915-96）的規(guī)定，新建水泥廠的粉塵排放≯100mg/m3（標），要保證長期始終達到這一標準已非易事，現(xiàn)在要求執(zhí)行修訂后的新標準（GB4915-2004），要求排放濃度＜50mg/m3（標）。降低排放濃度，就意味著要提高收塵效率。電收塵器也并非無能為力，只是必須增加電場數(shù)而已，但是增加電場數(shù)就等于增加投資。如立窯電收塵器入口的煙氣含塵濃度15g/m3（標）保持不變，當出口含塵濃度要求從100mg/m3（標）降低到50mg/m3（標）時，則收塵效率將從99.33%要提高到99.67%，相應收塵極板面積要增加14%。而采用袋收塵器當降低出口排放濃度時，對收塵效率基本無大影響，無須增大過濾面積和投資，只要濾袋材質選擇合適，運行中無破袋，達到排放濃度小于50mg/m3（標）是比較容易的，這可能是當前袋收塵器日益受青睞的主要原因之一。但是要增加清灰的頻率，肯定對濾袋的壽命有一定的影響。

　　（2） 袋收塵技術的不斷進步和發(fā)展
　　80年代末從美國Fuller公司引進的全套袋收塵技術后，將我國水泥工業(yè)的袋收塵技術提高到了一個新的階段，在此基礎上，經(jīng)過幾個引進單位十多年來的消化，不斷改進和創(chuàng)新，使設計出的袋收塵器結構更加合理，規(guī)格品種更加齊全，滿足了水泥廠各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)收塵的需要，也為窯采用袋收塵器打下了良好的技術基礎。

　　此外，近十余年來，隨著科學技術的進步，袋收塵器的各項技術也在迅速發(fā)展和提高，如反吹清灰機理由二狀態(tài)發(fā)展為三狀態(tài)，大大的提高了清灰效果，而且不論是定時清灰還是定阻清灰方式，都能完全實現(xiàn)自動控制。袋收塵器本體結構變得更輕巧，濾袋的安裝和更換更為簡便。特別是玻纖膨體紗、玻纖針刺氈、玻纖復膜濾料等新型濾料的大量面世，使得袋收塵器的濾料有更多的選擇余地。這些新的濾料，不僅可使濾袋使用壽命大幅度提高，而且可增大過濾風速，縮小袋收塵器的規(guī)格。另外，新的濾料在不斷提高質量的同時，其價格也在逐步回落。這些有利情況，都給窯尾選用袋收塵器打下了可靠的技術和物質基礎。

　?。?）袋收塵器的使用和管理經(jīng)驗日益豐富
　　以往水泥廠烘干機、篦式冷卻機的收塵，一向視袋收塵器為禁區(qū)，自引進美國技術后，這些設備的收塵，現(xiàn)在都有許多使用袋收塵器的成功經(jīng)驗。這不僅擴大了袋收塵器在水泥廠的使用范圍，也為立窯收塵采用袋收塵器提供了豐富的經(jīng)驗。特別是大型袋收塵器在北京水泥廠日產(chǎn)2000t生產(chǎn)線上的使用成功，近一步增強了人們對窯尾收塵采用袋收塵器的信心。

　　眾所周知，要保證收塵器長期、高效和安全運行是一項系統(tǒng)工程，包括設計、制造、安裝、管理、操作和維護等環(huán)節(jié)，無疑管理是其中的重要一環(huán)。所謂“三分技術，七分管理”，就是強調這一環(huán)節(jié)的重要性。所以說北京水泥廠使用和管理袋收塵器的經(jīng)驗是對其他廠窯放心采用大型袋收塵器的供獻。

　　2.5.2 袋收塵器存在的問題

　　立窯收塵采用袋收塵器日益增多，除上述的原因外，還與人們過分渲染電收塵器缺點，和有的主管部門規(guī)定窯的收塵系統(tǒng)只能選用袋收塵器也有關。筆者認為這種看法和規(guī)定，不僅對大型新型干法廠失之偏頗，對立窯廠更顯得不切實際。因為這種片面的規(guī)定未充分考慮袋收塵器的致命弱點。如濾袋受煙氣溫度的制約，溫度過高容易燒袋，溫度過低容易冷凝結露而糊袋，阻力劇增，使得窯的通風不暢，影響窯的產(chǎn)量，嚴重時會使窯停產(chǎn)，這就是電收塵器盡管受粉塵比電阻的制約，而窯收塵仍大量被采用的根本原因。另外，袋收塵器的阻力比電收塵器大4～6倍，這意味在處理風量相同的條件下，袋收塵器的能耗高于電收塵器。因為立窯一般多采用自然排風，由于袋收塵器的阻力較大，收塵系統(tǒng)就必須設置排鳳機。如ф2.84×10m的機立窯，采用反吹清灰袋收塵器進行清灰，則收塵系統(tǒng)的主排風機和反吹清灰風機二者功率之和＞80kW。采用脈沖清灰袋收塵器雖有所降低，但袋收塵器的日常生產(chǎn)和維護費用較高，更換一次濾袋的費用高達5萬元以上。一般立窯廠的資金都比較困難，采用何種收塵裝置，降低一次投資和日常生產(chǎn)的費用，就顯得尤為重要。還有燒煙煤的立窯，煙煤中揮發(fā)物燃燒時產(chǎn)生的煙霧，極易堵塞濾袋，這些不利因素，在決定選用袋收塵器時，都必須認真對待。

　　3 立窯收塵選用電收塵器和袋收塵器的比較

　　3.1 技術方面的比較

　　根據(jù)我國當前收塵技術的發(fā)展水平，立窯收塵系統(tǒng)無論是采用袋收塵器或是電收塵器，二者在技術方面都有成熟和豐富的經(jīng)驗，所以只要設計選型合理，精心制造和安裝以及維護管理及時，都能達到預期的收塵效果。現(xiàn)將二者在技術和經(jīng)濟方面的優(yōu)缺點分析比較如下：

　?。?）當進口風量不變，進口含塵濃度發(fā)生變化時
　　當進口風量不變而含塵濃度增大時，袋收塵器要保持收塵器的阻力恒定不變，就要縮短清灰周期，即增加清灰的頻率，這對濾袋的壽命有一定的影響。但是排放濃度一般不增大，即收塵效率不降低。而電收塵器則不然，當進口含塵濃度增大時，想要保持原設計的收塵效率，除非增大極板面積，否則收塵效率要降低，即排放濃度要增大。所以說當進口含塵濃度發(fā)生變化時，對電收塵器的影響遠大于袋收塵器。

　　（2）對氣體濕含量的適應性
　　當氣體的濕含量增大時，氣體的露點增高，容易出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。此時袋收塵器阻力要增大，嚴重時會堵塞濾袋，甚至使袋收塵器處于癱瘓狀態(tài)。相反含濕量增大，一般對電收塵器運行有利。因為露點升高，可使粉塵比電阻降低。但是濕含量過大，也會出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。

　?。?）對氣體溫度的適應性
　　就袋收塵器而言，如果溫度超過濾袋的允許使用溫度就會使濾袋損壞。一般常用的聚脂纖維和玻璃纖維濾料，其長期使用溫度分別不要超過130℃和260℃。相反溫度過低，接近露點甚至低于露點，會使濾袋發(fā)生堵塞和影響濾袋表面光滑度，使濾袋清灰困難。但就電收塵器而言，只要氣體溫度＜300℃，一般不會影響電收塵器的正常運行。氣體溫度只要不低露點引起腐蝕，對電收塵器運行比較有利。

　?。?）風量變化超過設計值的適應性
　　如果風量超過設計值，袋收塵器的過濾風速會增大，因此壓力損失相應增大，濾袋清灰的周期也要相應縮短，但對收塵效率影響不大，甚至無影響。但電收塵器的處理風量超過設計值時，意味著比收塵面積減少，此時要想達到設計的收塵效率，就必須增加收塵極板的面積，否則收塵效率要降低。

　?。?）氣流分布的影響
　　眾所周知，要保持電收塵器的高效率，氣流分布裝置是必不可少的。由于氣流分布不均，電場風速低的通道，難以補償電場風速高的通道，所以總的收塵效率會降低。一般認為袋收塵器無需設置氣流分布裝置，認為其本身的阻力變化會自行調節(jié)個各室的風量。這種看法在理論上應該說是成立的，但是實際運行情況并非如此，所以袋收塵器也應設置氣流分布裝置。因為氣流分布不均，也導致某一室的過濾風速偏高，使壓降升高和濾袋的局部過早磨損。所以說這兩種收塵器都要考慮設置氣流均布分布裝置。 

　　（6）粉塵物理性的影響
　　粉塵顆粒的分散度和粉塵的比電阻對袋收塵器的收藏效率無大影響，但是對電收塵器的影響卻很大，特別是粉塵的比電阻值，這也是電收塵器的應用受到限制的主要原因之一。

　　3.2  經(jīng)濟方面的比較

　　經(jīng)濟方面的比較包括的內容很多，如設備制造、安裝調試、動力消耗、折舊費和日常運行與維護費用等。但是要將所有項目的經(jīng)濟比較作得很全面和正確，確實很困難，因為影響經(jīng)濟比較的因素很多。為統(tǒng)一比較的基礎，現(xiàn)以Ф2.5×10機立窯為例，與收塵有關的主要技術參數(shù)分列如下。
　　處理煙氣量：Q=65000 m3/h；
　　煙氣溫度： t1=150 ℃；
　　進口煙氣含塵濃度：c1≤15 g/ m3(標)；
　　要求出口排放濃度：c2≤50 mg/ m3(標)；

　　現(xiàn)在立窯收塵多采用簡易的電收塵器或袋收塵器，二者的價格約在20萬圓左右，由于二者所采用的簡易程度不同，有的價格相差懸殊，所以無可比性。為了便于二者進行比較，因此選用常規(guī)的收塵器。根據(jù)已知處理煙氣量，選用了BS930－12/5/2×9/0.4型電收塵器和HSDM96/5型低壓脈沖袋收塵器，（天津院的型號，選型計算從略）。二者的主要技術參數(shù)見表1。

表1  電收塵器和袋收塵器的主要技術參數(shù)

　　由于經(jīng)濟比較包括的內容很多，而且有些項目的費用難以計算準確，現(xiàn)只就幾個主要方面進行比較。比較項目參見表表2。計算的基準如下：
　　電收塵器本體按0.8萬元/t計算（包括極板和極線）；袋收塵器本體按0.7萬元/t計算；
　　電收塵器安裝費和袋收塵器的安裝費均按總價的15%計算；
　　玻纖覆膜濾袋（φ160×5000mm）按830元/條計算，考慮平均使用壽命3年；
　　電收塵器內部構件的造價約占本體造價的40%，考慮使用壽命為8年；
　　整臺設備使用年限按15年計算。

表2    經(jīng)濟分項比較表 

注：表中數(shù)據(jù)的計算過程從略。但是電收塵器高壓電源的能耗比袋收塵器高許多

　　從以上技術方面比較來看，袋收塵器的優(yōu)勢似乎比較明顯。但從經(jīng)濟方面比較來看，不論是一次性投資。還是日常運行和維護費用，袋收塵器都比電收塵器高，這一結論與大型窯尾收塵器的比較基本一致（可參見《水泥》2005年第12期）。而且袋收塵器的裝機容量和克服阻力年能耗量之和比電收塵器約高15%，尚未統(tǒng)計在內。袋收塵器的投資高，主要是覆膜濾料費用過高，這點對大型水泥廠一般尚可以接受，因為占全廠總費用的比例較小。但是對立窯廠而言，較高的日常運行維護費用，如果再考慮袋收塵器阻力大，能耗費用高，是否選用袋收塵器就值得慎重考慮。隨著國家對粉塵排放要求的日益嚴格，如排放標準進一步提高到≤30mg/m3(標)，采用袋收塵器雖然比較容易使排放濃度達到≤30mg/m3(標)，不需要增加更多的投資。但是到那一天，也許立窯廠已經(jīng)所剩無幾了。所以說這兩種高效的收塵器，二者至少在若干年內還要并存，共同發(fā)展，共同提高。

　　4 立窯采用收塵器應考慮的問題

　　立窯采用收塵器并非一帆風順，筆者根據(jù)立窯采用電收塵器和袋收塵器的成功和失敗的經(jīng)驗教訓，認為設計立窯收塵器，至少要考慮以下幾方面的問題。

　?。?）關于防腐蝕問題

　　早期立窯采用電收塵器未能堅持下去，主要原因之一就是腐蝕問題，特別是極板和極線的腐蝕，有的廠用不到兩年，極板就被腐蝕得千瘡百孔。現(xiàn)在腐蝕問題經(jīng)過多年的摸索，已基本得到解決。極線材質采用1Cr18Ni9Ti，一般能保證使用壽命在5年以上。但值得注意的是：以往有的廠也是采用號稱1Cr18Ni9Ti的不銹鋼，但是仍然腐蝕，經(jīng)化驗得知，其中并不含Ti的成分。所以今后極線要選用名副其實的1Cr18Ni9Ti。極板的防腐蝕，現(xiàn)在有多種材料可供選擇。一種是采用不銹鋼板，這樣原有極板的結構和斷面形狀可不作大的改動，設計工作量小，其防腐蝕性能也是可靠的。如天津水泥廠新安裝的立窯電收塵器，第一電場的極板就是采用的不銹鋼板。但價格昂貴，一般是普通鋼板的4倍以上，所以建議盡量不采用。第二種是采用鋁合金材料。天津水泥工業(yè)設計研究院，曾在廣州槎頭水泥廠的立窯上，作過多種材料的耐腐蝕性試驗。其結果顯示鋁合金材料具有最佳的抗腐蝕性能。所以決定在該廠的立窯電收塵器改造中，極板采用鋁合金材料，雖然價格比普通鋼材高2～3倍，但鋁合的比重，只是普通鋼材的三分之一，所以總的造價增加有限。但是很可惜，該廠由于超溫而使極板全部燒毀。筆者認為不要因此而冷落這種材質，因為鋁合金材料既能防腐蝕，重量又輕，價格也不太貴，只要在收塵系統(tǒng)中采用相應的防超溫措施，鋁合金材料應該說是一種制造極板的理想材料。第三種是采用耐高溫而又能導電的特制油漆。這種產(chǎn)品是由西安重型機械研究所與有關單位共同研制的。據(jù)介紹這種油漆用在工程上，顯示具有很高的耐腐蝕性，耐溫可達400℃以上，而且附著性很好，價格也不貴，1Kg約150～200元，可涂8m2。但要求被涂表面清理干凈，否則將影響其附著性。除兩極要考慮防腐蝕外，殼體和灰斗的腐蝕也不能忽視，可采用普通耐高溫油漆。

　　（2）關于防超溫措施

　　在正常操作情況下，立窯煙氣溫度一般都＜200℃。但是立窯難免有時出現(xiàn)卡窯、呲火、塌窯和煉邊等情況，此時溫度會急劇升高，有時會高達400℃以上。槎頭水泥廠鋁質極板被燒毀就是典型的例證。即使是鋼質極板，熔點雖然較鋁材高，但溫度超過400℃，鋼材也會產(chǎn)生蠕變，其強度會降低。所以立窯電收塵器要采取防超溫措施。其措施可以從兩方面著手，一是從收塵器的結構本身，特別是兩極結構要充分考慮熱膨的影響。收塵極可借鑒有色冶金工業(yè)曾采用過的耐高溫棒幃式收塵極。棒幃式收塵極是采用鋼棒，重量太重，可改成薄壁圓管或方管。這樣不僅能減輕重量，而且管中可蓄熱，對防止冷凝結露有好處。另外，在收塵系統(tǒng)中，增加冷風閥或旁路放風閥，當溫度達到最大設定值時，閥門自動開啟，進入冷風或高溫煙氣直接排入大氣，這點對袋收塵器尤為重要。

　?。?）關于防低溫結露的措施

　　由于立窯料球的含濕量在14%左右，一般水露點＞50℃，如果立窯煅燒加有CaF礦化劑，煙氣中會含有不同程度的酸性氧化物，因此可能酸露點會更高，加以立窯操作溫度有時會低于60℃，此時便會出現(xiàn)冷凝結露現(xiàn)象，這也是立窯收塵器產(chǎn)生腐蝕和灰斗卸灰困難的主要原因。其措施是當煙氣溫度小于80℃時，煙氣進收塵器前，可混入部分熱氣體，熱氣體的來源，可以是通過電加熱器加熱后的氣體。但這加熱方式電耗太高，很不經(jīng)濟。簡單易行而又經(jīng)濟的辦法，是采用普通加熱爐加熱的氣體，或者是從熟料冷卻機上抽吸熱氣體，與立窯煙氣在一混合室混合后，再進入收塵器，而且這個混合室還起沉降室的作用，可算是一舉兩得。當然這一措施要精心設計，并藉可靠的自動控制系統(tǒng)才能得以實現(xiàn)。

　?。?）關于防止CO中毒事故的措施立窯中燃料的燃燒，顯然不如回轉窯中燃燒得完全。因此煙氣中CO的含量比回轉窯高，但對收塵器造成的危害不如回轉窯突出。因收塵器一般在立窯頂部，采取直拔式熱動力排風。為了節(jié)能采用深暗火低溫煅燒工藝，此時煙氣溫度在500C左右，在夏季環(huán)境溫度高達300C以上，這時由于內外溫差小，窯門處由熱動力產(chǎn)生的負壓很小，致使窯內CO氣體逸出，會發(fā)生工人CO中毒事故。為此可將收塵器的排放口作成圓形，安裝兩臺軸流風機，一旦有CO氣體逸出，開啟變頻調速器進行可控操作，避免CO中毒事故發(fā)生。

　　7 結語

　　根據(jù)我國立窯收塵的現(xiàn)況，要使立窯收塵器達到預期效果，也并非輕而易舉。需要科研、設計、制造、安裝和操作維護等各個環(huán)節(jié)的密切配合，方能保證收塵器長期、高效和安全運行。另外，今后降低立窯電收塵器的造價也是一重要課題。因為這兩種常規(guī)收塵器造價仍偏高，這就需要科研設計部門與制造廠通力合作共同完成。最后，建議不論采用何種高效收塵器，都要結合本廠的生產(chǎn)情況，制訂嚴格的操作維護管理規(guī)程和崗位責任制，勤督促檢查，防止出現(xiàn)類似燒毀極板和濾袋的重大事故。只有這樣，方能保證立窯收塵不致于功虧一簣。