电改袋与电袋复合在水泥行业的研究.doc

除尘器在水泥行业的应用 -电改袋与电袋复合技术的研究 编辑人：宋发景 E-mail: 2011年7月3日29目录1研究的背景32 除尘器在水泥行业的意义42.1我国水泥生产工艺发展历程42.2水泥工业生产的环境问题52.2.1水泥生产废气污染特点52.2.2水泥污染物的排放情况62.3水泥行业粉尘排放标准62.3.1部分发达国家水泥行业粉尘排放标准62.3.2我国水泥行业粉尘排放标准72.4 除尘器在水泥行业的必要性及意义82.4.1除尘器在水泥生产过程中的必要性82.4.2除尘意义93 水泥行业除尘器的类型及其工作原理103.1 静电除尘器103.1.1电除尘器的发展历程103.1.2电除尘器的工作原理123.1.3电除尘器的优缺点133.2布袋除尘器133.2.1袋除尘器的发展历程133.2.2袋除尘器的工作原理133.2.3袋除尘器的优缺点154电改袋的可行性与技术经济性对比164.1 电改袋的可行性164.2 电、袋除尘器技术及经济性对比174.2.1电、袋除尘器技术性对比174.2.2电、袋除尘器经济性对比174.3 电改袋和电袋复合技术方案与经济性分析194.3.1电改袋的几种技术方案194.3.2电改袋技术经济性分析204.3.3电袋复合技术224.3.4电袋复合技术经济性分析255 结论271研究的背景随着国民经济的快速发展，水泥工业作为国民经济的重要基础产业，已经成为国民经济社会发展水平和综合实力的重要标志。水泥是国民经济建设的重要基础原材料，使用广，用量多，素有“建筑工业的粮食”之称，目前国内外尚无一种材料可以替代它的地位。水泥不但大量应用于工业和民用建筑，还广泛应用于交通、农林、水利以及海港工程，制成各种形式的混凝土、钢筋混凝土的构件和构筑物。此外，如航空工业、核工业以及其他新兴工业的建筑也需要各种无机非金属材料，其中最基础的是以水泥为主的新型复合材料。因此，水泥工业的发展对保障国家建设项目的顺利实施、人民生活水平的提高具有重要的意义。中国作为一个发展中国家，特别是在当前国际金融危机的背景下，在国家进一步扩大内需的政策调控下，在今后相当长的时期内，需要建设大量的基础工程，如：铁路、公路、桥梁、港口等，因此，水泥工业在较长时期内仍是国民经济的重要支柱之一。改革开放以来，国内经济建设规模不断扩大，推动国内水泥行业快速发展。随着经济的不断发展，水泥产量逐年增加，其中较为先进的新型干法水泥技术所占比重也不断增加，但仍有40%的水泥是由落后的生产工艺生产线所生产。2003年-2010年我国水泥生产量及新型干法所占比重见表1-1。表1-1 2003年-2010年我国水泥生产量、新型干法所占比重及预测 类型年份200320042005200620072008200920102015水泥产量/亿吨8.639.710.612.413.213.8816.518.6820.4新型干法所占比例/%21.932.545.150536176.888090从表1-1可以看出，根据水泥在国民经济建设中的需求情况，预测出2010年以后水泥的需求量不断增加，至2015年国内水泥产量将达20.4亿吨。目前，国内采用新型干法水泥技术所占的比例不断增加，但是水泥工业的生产本身是一种“高能耗、高污染、低治理”的产业，新型的生产技术仍然无法消除生产末端污染物的排放，因此，采取相应的措施在生产过程中减少污染物的排放是水泥行业发展的必然趋势。文章主要从国内水泥行业的生产工艺和污染物的特点入手，通过对国内水泥行业现有除尘设备发展历程的认识，从技术性和经济性两个方面重点分析电改袋与电袋复合的可行性，并详细介绍电改袋与电袋复合的技术方案及经济技术意义。 2 除尘器在水泥行业的意义2.1我国水泥生产工艺发展历程中国水泥工业的历史，至今已有113年了。但直至中华人民共和国成立前，中国的水泥工业发展是极其缓慢的，只有很少数的一些水泥厂，生产工艺也极其落后。第一个五年计划期间（1953-1958）建成了一些湿法水泥厂，水泥设备主要靠进口。在20世纪50年代末和60年代初中国已能够自主制造出湿法窑、半干法立波窑、立窑等，并掌握了相关的生产工艺。我国在第二个五年计划期间提出的大力发展小水泥工业，大大促进了立窑水泥工艺的发展，到1973年以立窑生产为主的地方水泥产量已超过大中型水泥厂的产量。70年代初世界水泥工业发展方向仍是继续发展湿法，从此各国水泥工业纷纷由湿法转向新型干法。从1978年首次从日本石川岛播磨重工业公司和三菱重工业公司引进了两套4000t/d熟料成套设备，随后又从丹麦、法国等进口了2000t/d、3000t/d和4000t/d的成套设备。1983年由天津水泥工业设计研究院开发的以国产化设备为主的第一条2000t/d熟料生产线在江西水泥厂投产，成为我国水泥工艺进入自主发展的里程碑。90年代初，我国开始4000t/d熟料大型干法烧成系统的国产化开发工作，冀东水泥厂国产化第二条生产线在1998年投产，标志着我国水泥工业进入了大型化的第三阶段。随后天津水泥工业设计院又设计了5000t/d熟料生产线、8000t/d熟料生产线，并与2002年开始开发10000t/d熟料的国产化大型生产线，当这条生产线投产后将成为我国水泥工业发展史上的第三阶段的里程碑。虽然我国新型干法水泥生产技术已经实现出口甚至出口到欧洲，但与世界最先进的技术水平相比，在技术开发、工艺技术、生产操作、自动化控制、经营管理等各方面还存在一定差距。目前，尽管我国的新型干法水泥技术得到广泛的应用，但是水泥生产过程中产生的粉尘污染远远无法达到国家排放标准，为了响应国家环保政策并从企业自身成本考虑，高标准的除尘器在水泥行业越来越得到广泛推广。2.2水泥工业生产的环境问题2.2.1水泥生产废气污染特点水泥生产过程中排放的含尘气体，有的含有易燃、易爆、有刺激性的物质，污染大气的主要有害物质有硫氧化物、碳氧化物和粉尘等。水泥生产过程中产生的含尘废气特点如下：（1）高浓度 生料磨、水泥磨、旋窑所处理的物料都是粉状的，并且都有气体通过，于是大量的粉尘被气体带出，浓度大都在80g/m3 以上。（2）高温度 现在广泛兴建的预热器分解窑窑尾废气温度在350左右，预热窑尾排风约在220左右。（3）高湿度、高露点 如用于同时烘干生料磨和烘干机的排风，其露点都较高，尤其像矿渣烘干机，排风露点可能超过60。湿度高就易出现结露现象，引起滤袋堵塞，阻力升高，并使设备锈蚀。 强刺激性和腐蚀性 如二氧化硫、氮氧化物和氟化氢等，其中以二氧化硫和氮氧化物的排放量最大。这是因为水泥生产过程中需要加热和燃烧的设备较多，这些设备大多有煤做燃料，在燃烧过程中都会产生大量的一氧化碳、二氧化碳和氮氧化物等气体。二氧化硫气体直接损害人体健康、服饰金属、建筑物和器物的表面，而且还易氧化成硫酸盐降落地面，污染土壤、森林、河流和湖泊。 2.2.2水泥污染物的排放情况水泥工业是污染大户，其环境污染因子主要是粉尘、废气和噪声。其中粉尘污染是造成水泥工业高污染的主要因素，有害气体SO2和NOx、温室气体CO2的排放量也很大。根据目前技术经济状况测算，生产1t水泥熟料，需排放粉尘20kg，排放CO21000kg，排放SO22.4kg，排放NOx1.5kg。水泥工业中粉尘、CO2、SO2的排放量分别为全国工业生产总排放量的27.1%、21.8%、4.85%。SO2、NOx和CO2是造成地球温室效应和酸雨的有害气体，近几年水泥行业污染物的排放情况及预测见表2-1。表2-1 近几年水泥行业污染物的排放情况及预测年份粉尘/X104 tCO2/X104 t SO2/X104 tNOX/X104 t20031726863002071292004194097000232145200521201060002541592006248012400029718620072640132000316198200827761388003332082009330016500039624720103736186800448280201540802040004893062.3水泥行业粉尘排放标准2.3.1部分发达国家水泥行业粉尘排放标准20世纪80年代以后，世界许多发达国家都先后修订了各自的环境质量标准，规定污染物的排放量更加严格，水泥粉尘排放浓度已普遍低于50mg/Nm3 ，并且在水泥烟囱上要安装有自动监测浊度仪。为了保证达到排放浓度 50mg/Nm3 ，许多企业就将粉尘的排放浓度控制在 30mg/Nm3左右。德国水泥厂从2010年10约1日开始执行新的排放标准，即排放浓度20mg/Nm3，烧辅助燃料，排放浓度应控制在10mg/Nm3的新标准。部分发达国家水泥厂回转窑污染物的排放标准见表2-2。表2-2部分发达国家水泥行业粉尘排放标准（mg/Nm3）国别德国、奥地利、意大利、法国、爱尔兰、葡萄牙、瑞典英国卢森堡荷兰欧盟IPPC指令美国中国水泥窑20303015203040502.3.2我国水泥行业粉尘排放标准 新型干法水泥生产线水泥回转窑的窑头、窑尾是水泥厂最大的粉尘污染源，窑头、窑尾废气总量约占全厂废气总量的60%左右。国家环境保护局1996年3月7日颁布了水泥厂大气污染物排放标准（GB4915-1996），该标准对不同的功能区，不同时间建成（建设的水泥厂环保影响报告书（表）批准日期）的水泥厂规定了不同的污染物排放标准，其中1985年8月1日之前建设的水泥厂回转窑在一类区执行一级标准污染物排放限值150mg/Nm3，二类区执行二级标准准污染物排放限值400mg/Nm3，三类区执行三级标准准污染物排放限值600 mg/Nm3；1985年8月1日至1996年12月31日之间建设的水泥厂回转窑在一类区（GB3095）禁止排放污染物，二类区执行二级标准污染物排放限值150mg/Nm3，三类区执行三级标准污染物排放限值400mg/Nm3；1997年1月1日起建设的水泥厂回转窑在一类区（GB3095）禁止排放污染物，二类区执行二级标准污染物排放限值100mgN/m3，三类区执行三级标准准污染物排放限值150mg/Nm3。 国家环境保护局2004年12月29日颁布了水泥工业大气污染物排放标准（GB4915-2004），统一了回转窑和立窑的排放标准，不再按功能区规定排放标准，对现有生产线实行统一的标准并设置达标过渡期，对新建生产线加严了水泥工业大气污染物排放标准。2006年7月1日起至2009年12月31日止，现有生产线水泥窑及窑磨一体机排气筒中的颗粒物排放浓度不得超过100mg/Nm3，自2010年1月1日起，现有水泥窑及窑磨一体机排气筒中的颗粒物排放浓度不得超过50mg/Nm3, 单位产品排放量不得超过0.15kg/t，也就是说，随着经济的发展，国家对环境保护的要求不断提高。经济参考报中，新的水泥产业发展政策已经修订完毕，并通过十大部委会签，相关部门将择机公布。修订后的政策思路将从“鼓励新型干法水泥发展为主调整为以深层次产业结构优化升级为主，在2015年底前，彻底淘汰各类落后水泥产能，依法关闭环保、能耗或水泥产品质量不达标的各类水泥生产企业”。自2010年1月1日起我国水泥窑及窑磨一体机颗粒物排放标准（GB4915-2004)见表2-3。 表2-3 水泥窑及窑磨一体机颗粒物排放标准生产过程生产设备颗粒物 排放浓度50 mg/Nm单位产品排放量kg/t水泥制造水泥窑及窑磨一体机500.152.4 除尘器在水泥行业的必要性及意义2.4.1除尘器在水泥生产过程中的必要性粉尘是水泥工业的主要污染物。在水泥生产过程中，需要经过矿山开采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅烧、熟料冷却、水泥粉磨及成品包装等多道工序，每道工序都存在不同程度的粉尘外溢，其中烘干及煅烧发生的粉尘排放最为严重，约占水泥厂粉尘总排放量的70%以上。有资料表明，目前我国大气粉尘污染主要源自于水泥、火电和冶金三大行业，其中水泥行业的排放量跃居首位。据专家保守估计，我国水泥工业每年排放的粉尘总量超过1200万吨，约占水泥年产量的2.5%，而德国、美国日本等先进国家，其水泥工业粉尘排放量仅占产量的0.01%左右，两者相差200多倍。我国相关标准规定的水泥厂允许排放浓度本来就高出先进国家1-2倍，然而先进国家却能做到达标排放，反而我们能够做到达标排放的水泥厂仅仅是凤毛麟角而已，绝大多数在标排放，且排放浓度动辄超过标准数十倍，甚至上百倍，这不能不令人深思、忧虑。每年所排放的一千余万吨粉尘，不仅造成环境的严重污染，同时造成了资源的巨大浪费。根据国务院排污费征收使用管理条例（国务院令字第369号），特制定排污费征收标准管理办法中规定“废气排污费。对向大气排放污染物的，按照排放污染物的种类、数量计征废气排污费；废气排污费按排污者排放污染物的种类、数量以污染当量计算征收，每一污染当量征收标准为0.6元。其中，二氧化硫排污费，第一年每一污染当量征收标准为0.2元，第二年(2004年7月1日起)每一污染当量征收标准为0.4元，第三年(2005年7月1日起)达到与其它大气污染物相同的征收标准，即每一污染当量征收标准为0.6元。氮氧化物在2004年7月1日前不收费，2004年7月1日起按每一污染当量0.6元收费”。无论从环境、自身健康、舆论道德及企业经济成本上考虑，还是从国家政策法规执行上看，水泥厂对粉尘的治理都是势在必行的，同时国家环境政策标准越来越高、水泥行业的日趋饱和，一些高能耗、低产能、高污染、低治理的水泥企业将被纳入强制淘汰或重组的名单中，如果要在国家政策与激烈竞争的水泥行业生存、发展下去，就应该在合乎国家标准的前提下，加大粉尘的治理力度，从而赢得政策与支持。2.4.2除尘意义水泥厂中有诸多的场合容易产生粉尘，如矿山的采掘、原料的破碎、烘干、研磨及运输，都不可避免地有粉尘的产生。如果不加以防制，会对工作人员的身体造成很多的隐患，特别是在矿山与生料磨系统中的活性二氧化硅。一般粉尘浓度在20mg/Nm3以上就看得到，30m以上的粉尘肉眼便可看到。一般5-10m的粉尘在鼻腔或上呼吸道中可以除去，3-5m的粉尘在呼吸道中可除去，1-3m的粉尘则要在肺泡中除去，0.1-1m的粉尘则会在肺泡中沉积，小于0.1m的粉尘可与呼吸空气一起进出。一般来说小于5m的粉尘便可能会被吸入，沉积在呼吸道以上的粉尘都可通过人体内部的分泌液排除到体外，停留在肺部的粉尘则可能会造成硅肺病、肺部硬化等。粉尘如果落到机器上，会加速各种机件的磨损，造成设备使用寿命及运转率缩短，降低控制设备的精度及可靠性，建筑物中积灰过多会造成增加负何，影响外观，农作物如果受到粉尘污染会造成减产。粉尘如果不进行回收，会增加原料、燃料及动力消耗，水泥生产中粉尘的含量大约为6-12%左右。由此可见做好收尘工作，对保护人体健康、提高生产效率、降低生产成本、保护生态环境有着非常重要作用。3 水泥行业除尘器的类型及其工作原理3.1 静电除尘器3.1.1电除尘器的发展历程1907年美国加利福尼亚大学化学教授科特雷尔(FGCotrell)首次成功地使用电除尘器(以下简称ESP)捕集硫酸烟雾，几年后他再次把电除尘技术用于捕集水泥生产过程产生的粉尘。自此，ESP迅速得到推广应用，到20世纪60年代ESP已遍及各工业领域。 电除尘的理论研究于1911年由美国人斯特朗(WWStrong)率先开始。1922年多依奇(Deutch)在安德森(Anderson)关于电除尘指数定律的基础上推导出除尘效率的多依奇理论公式，成为当今电除尘的选型、设计的理论基础。1980年Leonard等人提出了静电传输-紊流扩散模型，几年后我国环保工作者提出了静电传输-紊流掺混模型，该理论的提出使电除尘效率的计算更为精确和接近实际，后来又做了一些简化，但计算和边界条件的处理仍然复杂。总之，电除尘的理论仍滞后于实际，问题还未解决。 我国电除尘技术的发展经历了以下几个阶段： (1)起步阶段 20世纪60年代，电除尘技术的进步突出表现在开始采用300mm极间距、单层Z385极板、芒刺放电极和饱和电抗器，调压的高压整流设备替代了高压机械整流设备，卧式ESP的结构设计逐步趋于成熟，为ESP的推广使用打下了基础。 (2)初级发展阶段 20世纪70年代，我国完成了从3m2到60m2共9种规格的系列产品设计，脱离原立式ESP和棒帷式ESP的轨道向前迈了一大步。到70年代末，按装备台数计，有色冶金工业占32，钢铁工业占30，建材工业占18，电力工业占10，其它工业占10，可控硅调压设备迅速取代了老一代供电设备。 (3)提升阶段 20世纪80年代，国务院环办在冶金部安全环保研究院投资建设了第一个电除尘试验台，各产业部门也相继投入力量开展电除尘的研究和建立专业制造厂，同时从瑞典、德国和美国引进了先进的电除尘技术。中国环保产业协会电除尘专业委员会于1985年在武汉成立。七五期间，国家科技攻关项目中列入了“高效除尘技术的研究课题，课题的研究成果分别被国家科委和国家环保总局列为国家科技成果重点推广项目和最佳实用技术。这一时期我国电除尘技术在深度和广度上都上了一个新台阶。 (4)高速发展阶段 20世纪90年代有不少新产品相继问世，如新型立式ESP、旋转电极ESP、移动式ESP、透镜式ESP、屋顶ESP等。与本体设备配套的专业厂也相继开发出多齿芒刺线，减少“盲区的t3S型放电线，防结露绝缘子和“95高铝系列绝缘产品。1990年在北京召开了第四届国际电除尘会议。总体而言，这一时期我国电除尘技术不仅发展迅速，而且电除尘学术界也极为活跃，取得了令世人瞩目的成绩。 (5)再创新阶段 发展总是相对的，进人21世纪后，随着环保标准的日益严格，传统电除尘技术已无法完全满足要求，尤其在我们这样一个特殊的燃煤大国，ESP吃的是“百家饭，至今仍有一些特殊燃煤烟气(如高铝高硅飞灰)的电除尘技术没有过关，许多经脱硫后的烟尘性质发生变化也给电除尘带来了新课题，特别是使用低硫煤带来的飞灰比电阻普遍增高，ESP效率下降的问题日益突出，面对这种形势国内外电除尘界正在进行新一轮的技术创新。3.1.2电除尘器的工作原理电除尘器是利用高压静电来进行气尘分离的，它除尘基本过程分三个阶段：（1）进入电除尘器内的粉尘粒子先荷电；（2）荷电尘粒移动后沉降（即收尘）；（3）振打使沉积粉尘脱落（即清灰）。当含尘气体通过电极间通道时，电晕电流中的电子和负离子就会吸附到粉尘上，称为荷电。荷电的粉尘在电场的作用下向收尘极运动，最后沉积在收尘极板上并将电荷释放出来，当粉尘沉积到一定厚度时，通过振打装置将粉尘打落入灰斗排出。工业电除尘器在实际运行中，除尘是一个极为复杂的过程，受诸多因素的影响，如图3-1。从理论计算的除尘效率与实际运行数据相差较大，这些因素包括物理、电力、流体力学等，而最强干扰作用，是烟气和粉尘的性质，如粉尘的比电阻；气体的温度和湿度；化学成分；尘粒分布；压力，气体流速等等。图3-1 电除尘荷电和除尘过程图3.1.3电除尘器的优缺点优点：除尘效率高，可达98%以上；烟气通过设备的压力损失低；可以适用的温度范围较广；对于亚微米粒子和粗粒子的除尘效率高；如果运行得当，需要的维护量少。缺点：窑磨工况和负荷的变化等影响其除尘效率；除尘效率受粉尘的比电阻影响大；维修时，需要停止设备运行；二次扬尘情况严重。3.2布袋除尘器3.2.1袋除尘器的发展历程2006年我国袋式除尘技术有了较大的发展。主机、滤料、自动控制的质量和技术水平都有较大的提高。袋式除尘器对于烟气的高温、高湿、高浓度以及微细粉尘、吸湿性粉尘、磨啄性粉尘、易燃易爆粉尘有了更强的适应性；并且在加强清灰、提高效率、降低消耗、减少故障、方便维修方面达到了更高的水平，特别是在设备大型化，处理200万m3以上超大型烟气方面；同时在耐高温、耐腐蚀滤料研发、生产等方面均有较大的突破。3.2.2袋除尘器的工作原理 袋式除尘器以滤袋作为过滤材料，靠风机抽风，使整个袋收尘在负压下工作，含尘气体从下部进入到袋收尘中，然后通过滤袋，将粉尘置于滤袋的上，定期将粉尘清除，过滤后的气体经风机排放道大气中去。其过滤原理是尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。细微的尘粒（粒径为1m以下）则受气体分子冲击不断改变着运动方向，尘粒与纤维碰撞接触而被分离出来。袋式除尘器过滤原理示意见图3-2。图3-2 袋式除尘器过滤原理示意图袋式除尘器的过滤过程分两个阶段：（1）含尘气体通过清洁的滤料，此时起过滤作用的主要是滤料纤维的阻留；（2）当被阻留的粉尘不断增加，一部分粉尘嵌入到滤料的内部，另一部分覆盖在滤料表面形成粉尘层，此时主要靠粉尘层过滤含尘气体。随着除尘器过滤工作的延续，除尘器滤袋表面的粉尘将越积越厚，直接导致除尘器阻力的上升，因此，需要对滤袋表面的粉尘进行定期的清除，即清灰。袋式除尘器的清灰系统及清灰制度的设置合理与否将直接影响到除尘器运行的稳定性、安全性及滤袋的使用寿命。从袋式除尘器的除尘机理来看，除了滤料本身的过滤作用外，袋式除尘器外粘附的粉尘层也有过滤作用，即所谓的“粉尘过滤粉尘”。因此，对袋式除尘器的清灰来说，清灰不能太彻底，因为这样会失去粉尘层的过滤作用，更多的超细粉尘会直接进入滤料内部而引起过滤阻力上升，清灰力过大还会影响滤袋寿命等；清灰太不彻底也不行，因为这样会使滤袋的过滤阻力过高，而影响整个机组的正常运行。另外，袋式除尘器的清灰还必须尽可能地保证整个滤袋及各个区域清灰程度的均匀性，否则会引起整个系统阻力分布不均匀，继而影响到系统内部的气流分布。目前，国内外滤料表面覆膜过滤技术的应用，使袋除尘器的过滤机理都有所改变。这种技术对微细粉尘有更高的捕集率，将粉尘阻留在滤料表面，更容易剥离。不用说1微米的尘粒，就是0.1微米的烟雾，也能获得接近100%的除尘效率，国内生产的袋除尘器可达到99.99%的除尘效率，已趋近“零排放”。其收集作用机理为：(1)惯性捕集：颗粒物与风速都较大时，气流接近过滤材料因受阻而发生绕流，颗粒物则由于惯性作用而脱离流线，直接与纤维碰撞而被捕集。(2)筛分捕集：当颗粒物的粒径大于过滤材料的孔径时，颗粒物无法通过而被捕集。(3)扩散捕集：由于气体分子热运动对微粒的碰撞而产生的布朗运动线，从而撞击到纤维上被吸附，对于越小的微粒越显著，大于0.3m的微粒其布朗运动减弱，一般不足以靠布朗运动使其离开流线碰撞到纤维上。(4)重力沉降捕集：在过滤速度较小时，气体比较重的颗粒由于重力的作用而脱离流线，沉积在纤维上。3.2.3 袋除尘器的优缺点优点：除尘效率极高，可以达到99.99%以上；除尘效率不受粉尘比电阻、浓度、粒度的影响，窑磨负荷的变化、烟气量的波动对袋式除尘器的出口的排放浓度影响不大；一般袋式除尘器采用分室结构，并在设计中留有裕量，使除尘器可以轮换检修而而不影响窑磨的运行；由于袋式除尘器捕集微细粉尘更有效，它除去飞灰中所含重金属微粒比静电除尘器除去的多；附属设备较少，技术要求没有静电除尘器那么高；缺点：袋式除尘器对操作和维护的要求比较高；窑磨运行中的负荷不稳定，尤其是在点窑、启动、停窑等情况下，烟气的性质也不同，这也会影响袋式除尘器的使用寿命；压力损失较大，一般在1000Pa-1500Pa，甚至更高。若清灰系统失灵，将形成恶性循环，导致阻力急剧升高，甚至影响窑运行。4电改袋的可行性与技术经济性对比4.1 电改袋的可行性 烟尘是造成大气污染的主要因素之一，减少大气污染的根本措施就是减少有害物质向大气的排放。目前国家环保标准趋于严格，对污染物排放征收的费用和要求也越来越高。过去只要达标就可以免交排污费，而且排放标准要求也比较低，现在排放标准提高了，采用静电除尘器达标就相对比较困难，而且即使达标了，也会对污染物征收排放费。因此，在选择除尘技术时，应充分考虑经济性、可靠性、适用性和社会性等方面的影响。除尘技术的确定受到当地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的影响。目前，国内外用于水泥回转窑除尘都是电、袋两大类除尘器。国内生产的袋除尘器、电除尘器每小时能处理几百到一百多万立方米风量的含尘废气，进口浓度允许超过100g/Nm，排放浓度热力设备可控制在50mg/Nm以下。我国水泥回转窑据统计10%使用袋除尘器，90%使用电除尘器，但随着水泥工业大气污染物排放标准的出台，因袋除尘器除尘效率的稳定性及高除尘效率，国内外均出现“电改袋”的现象。目前国内对环境要求及不达标排放成本提高，有卓识的水泥企业对“电改袋”的呼声也越来越高。4.2 电、袋除尘器技术及经济性对比4.2.1电、袋除尘器技术性对比 电除尘器与袋式除尘器在工作机理上有着质的区别 ，那么不同的机理在技术上体现出来不同表现见表4-1表4-1 电、袋除尘器技术性对比表 对比除尘器袋式除尘器静电除尘器出口浓度稳定50mg/Nm3 ,可在30mg/Nm3以下运行三电场100mg/Nm3 ,四电场或低风速50mg/Nm3以下运行除尘效率99.99%98%粉尘性质不受比电阻影响比电阻须104-1011cm设备结构技术结构简单技术结构复杂稳定性运行稳定可靠极线易脱落、极板易变形、震打故障率高负荷适应性负荷变化适应性好负荷变化适应性差、适应性运行管理复杂湿度、温度控制温度不烧袋、湿度不糊袋即可温度与湿度影响粉尘比电阻、放电电压维护检修在线检修，简单、安全，不用停机离线检修，维护复杂、高压危险，须停机4.2.2电、袋除尘器经济性对比 新政策规定，2009年以后不再审批和审批未建的2500t/d以下水泥生产线将不再审批和也不准再建，但在2009年以前所建的水泥生产线大多以2500t/d为主，2010年10月1日后窑磨一体机的粉尘排放标准为50mg/Nm3，此处以2500t/d水泥生产线排放标准50mg/Nm3下的新建袋式除尘器、静电除尘器各部分成本费用对比见表4-2。表4-2 2500t/d水泥生产线新建除尘器经济性对比表2500t/d水泥生产线袋除尘器电除尘器收尘器类型窑头窑尾窑头窑尾设备选型CE192-2*6CE192-2*825/10/4*8/0.4533/12.5/4*8/0.4出口浓度50mg/Nm3 50mg/Nm3 50mg/Nm3 50mg/Nm3 风量320000Nm/h480000Nm/h320000Nm/h480000Nm/h设备型号CE192-2*6CE192-2*825/10/4*8/0.4533/12.5/4*8/0.4设备重量240t320t315t520t设备费用252万元336万元180万元327.6万元滤袋费用174万元368万元00内部件费用00151万元218万元安装费用36万元48万元37.8万元69.6万元正常维护5万元5万元7.5万元7.5万元装机功率355KW630KW374KW657KW电耗费用运转率300天，平均电价0.75元。此表数值仅作为参考，不作为权威数据。191.7万元340万元202万元354万元说明：a、滤袋更换费（按国产计算）窑头、窑尾滤袋在正常使用条件下，滤袋寿命为24个月以上，一套窑头滤袋价格（Nomex）：174万元；窑尾滤袋价格（P84+PTFE+GLASS)：368万元。b、电除尘器内部件更换费电收尘器正常情况下，每5年维护一次，一次性维护费用（极板整形、更换极线、振打锤、绝缘瓷等），窑头电收尘器需151万元，窑尾电收尘器需278万元。从以上数据可以定性地看出：随着高品质滤袋的使用，袋收尘器一次性投资一般比电收尘一次投资高20%左右，如果采用进口滤料，则为50-60%；由于袋收尘器采用覆膜滤料，系统阻力有所降低，电收尘器运行费用高于袋收尘器；袋收尘器的排放浓度能够稳定50mg/Nm3 ,可在30mg/Nm3以下运行，经过工艺改进可以使出口浓度10mg/Nm3，几乎为零排放。而电收尘器需在严格保证制造和安装质量的前提下，采用四个电场或者小风速的情况下，才能保证设备长期运行在50mg/Nm3。实际运行中袋式除尘器的排放浓度仅仅静电除尘器的约10%，因此，少缴的排污费约为静电除尘器的10%。按照目前国家征收排污费的情况来看，采用袋式除尘器后每年的排污费少缴部分是相当可观的，至少上百万到几百万元。从目前实际运行情况来看，一次滤袋的更换费用只需要1.52年排污费比电除尘器的少缴部分就可以抵偿，另外，据国外资料介绍，袋式除尘器有约15%左右的脱硫效率，这可以减少SO2的排放量，同样减少排污费。4.3 电改袋和电袋复合技术方案与经济性分析4.3.1电改袋的几种技术方案电除尘器的改造并不是一成不变的，它需要根据电除尘器本身的实际使用情况（壳体锈蚀、漏风等现象），根据电除尘器周围的空间情况（脉冲阀安装及检修平台布置或者顶部吊门装置等现象），遵循节约改造成本的原则灵活确定技术改造方案。但目前国内采用的方案不外乎下面两种情况：拆除原电除尘器重新上新袋式除尘器“电换袋 新型脉喷袋式除尘器的结构紧凑，即使窑系统技改后产量大幅度提高，原电除尘器的空间一般是可以安装一台袋式除尘器的。作为烟气调质的增湿塔与电除尘器配套时，需要将烟气温度从320降至150左右，而与袋式除尘器配套使用时只要降至260或200以下(由所选滤袋而定)，所以技改前的烟气调质系统完全可以使用。 此方案的优点：不受其他条件制约，袋式除尘器选用经优化的标准配置，除尘器的技术指标和经济指标最佳。可根据需要采用离线清灰方式或在线清灰方式，可以通过袋式除尘器内的预除尘及均风装置将烟气预除尘和负荷均匀分配，保证袋式除尘器不同位置的滤袋负荷基本相同，还可通过隔离阀门实现在线不停机维修和换袋。当然，如有必要完全可以根据原有电除尘器的基础调整袋式除尘器的基础。其缺点是施工周期长，原有电除尘器的灰斗和壳体未能充分利用。 保留电除尘器部分壳体和灰斗改为袋式除尘器 “电改袋 保留电除尘器壳体、灰斗、管道，承重基础、物料输送系统。去除电除尘器内部的各种部件，包括极线、极板、振打系统、变压器、上下框架、多孔板等等。 在壳体内安装花板、挡板、气体导流系统，在结构体上部安装根据现场实际情况设计的净气室。根据净气室及通道的位置来安装人孔门、走道及扶梯。 要正确选择和安装滤袋。采用覆膜玻纤或P84纤维滤袋，正常运行温度应控制在滤料耐受温度之下。袋式除尘器的滤材选择至关重要，主要取决于风量、气流温度、湿度、除尘器尺寸、安装使用要求及价格成本。选择合适的滤材对整个工程的成败起着举足轻重的作用没有合适的过滤介质改造后的袋式除尘器未必会优于原有的电除尘器。更有甚者错误的选择滤袋会导致其快速损坏，增加更多的维护工作量。只有合理的设计、选型和安装滤袋才会保证高效率除尘及最少的维护量。 正确选择和安装清灰系统。清灰系统主要包括压缩空气管线，脉冲阀、气包、喷吹管等。 此方案的优点：缩短施工周期，可减少一定的设备投资。其缺点是：受原有电除尘器结构(尤其电除尘器的梁、柱位置)的制约，改造后的袋式除尘器很难构成最佳配置，具体体现在：滤袋在除尘器内很难按最佳方式布置 滤袋的间距、每只阀门清灰滤袋的数量(清灰面积)滤袋的长度、清灰气路系统的各项参数等很难作到最佳匹配，影响脉喷清灰效果。 4.3.2电改袋技术经济性分析电改袋的方案分析还以2500t/d为例： 如果使粉尘排放浓度达到国标标准，拆除原有设备而新建的成本由4.2.2可知见4-2。表4-3 2500t/d生产线新建除尘器费用表窑头除尘器窑尾除尘器袋除尘器电除尘器袋除尘器电除尘器462368.8752615.2如果通过增加电场长度或者电场宽度来改造电除尘使粉尘排放浓度达到国家标准，这也是一种可行方案，但是这种方案的弊端也是显而易见的。最主要是原有生产线的基础与生产工艺都已定位，如果采用的上述方案改造，那么整个生产工艺需要重新设计或调整，基础也需要重新开挖，这样的基础不是一个整体，对于设备的承载能力无法保证；同时，改造后的电除尘器初期的除尘效率会达到预期效果，但运行一段时间后，由于工况及设备的影响，收尘效率就会大幅下降。所以水泥行业的除尘器改造，大都不选择此种方案。采用电改袋方案使粉尘排放浓度达标方案的经济性分析：a、 窑头电改袋经济性分析如果采用的是德国Lugri技术，2008年以前建电除尘大都选型为23/10/3*8/0.4。由此可知，除尘器的长宽尺寸为：L*W=16080*9400选型 有上述尺寸可知，选装袋除尘的型号为：CE180-2*5配置 滤袋：160*7000Nomex=1800条 脉冲阀：GOYEN/FESTO/ASCO3淹没式=120套原有设备总重约为：220t原有设备拆重量（内部件、震打、进出气口等）约为：120t需改造安装袋除尘重量约为：75t 改造部分价格表如下：数量总价（万元）备注拆除费用120t4.5保护性拆除安装费75t9.0制作费75t67.5制作成模块滤袋、袋笼1800套150Nomex 550g脉冲阀120套21ASCO吊车3025t/180t吊车拆除变卖120t-30收入部分总价252b、窑尾电改袋经济性分析如果采用的是德国Lugri技术，2008年以前建电除尘大都选型为32/12.5/3*9/0.4。由此可知，除尘器的长宽尺寸为：L*W=17520*13000选型 有上述尺寸可知，选装袋除尘的型号为：CE240-2*6配置 滤袋：160*7000P84=2880条 脉冲阀：GOYEN/FESTO/ASCO3淹没式=144套原有设备总重约为：362t原有设备拆重量（内部件、震打、进出气口等）约为：217t需改造安装袋除尘重量约为：133t改造部分价格表如下：数量总价（万元）备注拆除费用217t5.2保护性拆除安装费133t15.96制作费133t119.7制作成模块滤袋、袋笼2880套340P84+PTFE+GLASS脉冲阀144套25ASCO吊车3825t/180t吊车拆除变卖217t-55收入部分总价488.864.3.3电袋复合技术 电袋复合的机理电袋复合的机理是：粉尘在电场中充分荷电除去粗尘,也就是说除去粒径较大的，剩下荷电不充分但可在电场中被极化进入滤袋除尘，而覆膜滤袋对微细粉尘有很高的除尘效率。因此可以结合各种除尘机理使不同粒径粉尘达到最佳收集效果，以期让烟尘达到“零排放”。由此可见，电袋复合除尘器的关键技术在于： 如何确定电除尘和布袋除尘的除尘负荷的合理分担，实现在同一除尘器内同时满足电除尘和布袋除尘的运行条件，以保障电袋复合除尘器的高效稳定经济运行。 如何保证前级电场的高效稳定可靠运行，前级电场的收尘效率对后级布袋的粉尘负荷有很大影响，前级电场收集下越多的粉尘，流到后级布袋的粉尘越少，同时，粉尘荷电越充分，越有利于整台除尘器的性能改善，并且前级电场高效稳定可靠的运行特性至关重要 如何优化电场与布袋之间的气路联接和气流分布，实现布袋除尘区各个滤袋流量和粉尘负荷均布的同时，提高布袋过滤风速。 如何有效地降低电袋复合除尘器的系统阻力，研究电袋除尘的高效稳定经济运行的关键技术，包括清灰和温控等问题。 电袋复合的优缺点a、电袋复合的优点电袋复合除尘器作为静电除尘器和布袋除尘器的有机结合,充分发挥了两种除尘器各自的优势。同常规静电除尘器、布袋除尘器相比，电袋复合除尘器具有以下优点： 机理科学 根据多维奇公式，电除尘第一电场具有除尘效率最高特点，其效率达75%以上。其它的几个电场用来除去剩下的2040的粉尘。复合除尘器充分利用了静电除尘器特性，又发挥了布袋除尘器性能稳定、除尘效率高的特点。 同布袋除尘器相比，压降小 电袋复合除尘器的布袋单元负荷低，压力损失小，因而可以选择较长的清灰周期和较低的喷吹压力 除尘效率不受粉尘特性影响，效率稳定，适应性强 复合除尘器能发挥布袋单元对粉尘适应范围广泛、受窑磨负荷变化及烟气量波动影响小等特性，使整体除尘效率稳定可靠。 结构紧凑，占地面积小与布袋除尘器相比，静电单元除去了大部分的粉尘，大幅降低了滤袋负荷，因而可以选择较高的过滤风速，所需滤袋数量少，结构紧凑，占地面积减少。同时，可以选择较大的滤袋间距，解决了脉冲布袋除尘器因滤袋较密而在清灰时引起二次扬尘和再收集问题。 除尘效率高，对微细粉尘分级除尘效率高电袋复合除尘的除尘效率能达99.9%以上，能实现出口粉尘排放浓度低于30 mg/m3，从运行的电袋复合除尘器来看，粉尘排放浓度可以低于10 mg/m3；粉尘荷电后，静电力作用增强，对细微粒子的捕集效率也有所增强。 除尘费用低。在初投资上，静电除尘单元只设一级电场，可以避免静电除尘器高昂的设备费和土建费：布袋除尘单元中，所需滤袋少，滤袋以及相应设施的费用也大大减少。在运行费用上，阻力小，能耗低，总的运行费用比同容量的静电除尘器和布袋除尘器都低。由分析可知，静电布袋复合除尘器经济性突出。b、电袋复合的缺点 静电除尘单元和布袋除尘单元之间结合处烟气分配均匀性问题至今无法得到很好的解决。在布袋除尘单元，烟气要求从下向上流动，而气流的均匀性既影响静电除尘单元的除尘效率，又影响布袋除尘单元中布袋的寿命。因此，需要研究烟气流场分点，采取适当的布风措施，既满足烟气在静电除尘单元和布袋除尘单元都能均匀分布，又尽量减少压力损失。 供电条件和电极配置结构、结构参数的优化问题选择合适的供电条件和电极配置结构、结构参数有利于降低设备费用；合理分配静电除尘单元和布袋除尘单元的负荷，便于系统的整体优化。但目前在配置结构方面还没有形成行业标准及权威的定性结论。 选择合理的布袋除尘单元的参数。根据进入布袋除尘单元烟气的粉尘浓度、粒度选择气布比，确定喷吹压力、清灰周期、脉冲宽度。合理的参数选择有利于确保除尘效率，降低运行费用。荷电粉尘对布袋除尘的影响也是一个值得研究的问题。 电袋复合的几种技术方案 静电布袋串联式(“前电后袋”式)： 电袋复合除尘器将前级电除尘和后级袋除尘有机地串联成一体，烟气先经过前级电除尘，充分发挥其捕集中高浓度粉尘效率高(80以上)和低阻力的优势，进入后级袋除尘时，不仅粉尘浓度大为降低，且前级的荷电效应又提高了粉尘在滤袋上的过滤特性，使滤袋的透气性能和清灰性能得到明显改善。 静电布袋并列式：这种方式是将一排滤袋和一组电极相间排列，实现了电除尘与袋式除尘机理的有机融合。它既适用于新建的设备，也适用于老电除尘器的改造。静电布袋并列式进口气流直接进入电除尘器区，像常用电除尘器一样穿过放电区，这可将至少90%的粉尘捕集和对剩余粉尘预荷电。气流通过打孔集尘板的孔洞扩散到滤袋中，随着区域长度增长，进入滤袋中的气流持续地减少。在电除尘器区未捕集的颗粒被滤袋表面收集，滤袋满足这种高效颗粒捕集系统的要求。所有气流都必须通过滤袋，然后经清洁空气增压室排出系统。当滤袋需要清灰时，这两种技术的协同作用被使用。当滤袋脉冲冲洗时，电除尘器在高效捕集布袋表面的粉尘块方面起到了重要作用，因此极大减少粉尘从滤袋跑掉的可能性。但这种方式要求安装技术高，且制作与安装成本高。 静电增强型 (预荷电+布袋)：该形式在结构上类似“前电后袋”式，只是“前电”主要用来对粉尘荷电，收尘主要是由在后的滤袋来完成。同样，由于电荷效应大大提高了粉尘在滤袋上的过滤特性，使滤袋的透气性能和清灰性能得到明显改善，滤袋清灰次数减少。相对于“前电后袋”式，存在滤袋粉尘负荷未减少，运行阻力大、费用高等不足。 电袋一体化式：此种形式又称嵌入式电袋复合除尘器。嵌入式电袋复合除尘器是对每个除尘单元，在电除尘中嵌入滤袋结构，电除尘电极与滤袋交错排列。嵌入式电袋复合