创盈

我国的水泥生产企业是由小到大逐步发展起来的，尤其在“十一五”期间和“十二五”初期，我国水泥工业取得了长足发展，新型干法水泥技术在节能、大型化方面取得突破性进展，目前新型干法水泥窑规模以5000t/d熟料规模为主，规模最大的已达到12000t/d熟料。

创盈 新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013）已于2013年12月27日发布，于2014年3月1日正式实施，新标准除严格水泥工业NOx排放控制外，进一步降低颗粒物的排放水平，按照新标准要求，新建企业自2014年3月1日起，现有企业自2015年7月1日起，水泥窑及窑头余热利用系统、冷却机等热力设备颗粒物排放限值为30mg/Nm3。重点地区企业执行大气污染物特别排放限值，热力设备颗粒物排放限值为20mg/Nm3。

作为新型干法水泥生产线热力设备，窑头的粉尘排放是水泥厂最大的粉尘污染源，应GB4915-2013新标准的排放限值要求，只有采用高效、高效电除尘器和高效电-袋复合除尘器等设备才能使废气排放达标。因袋除尘器具有能处理微细粉尘、除尘效率高、结构简单、适应性强、系统运行稳定等优点，故袋除尘器更有优势。

1、窑头篦冷机烟气的特性

创盈 水泥厂窑头篦冷机烟气具有以下工况特性：

创盈 （1）风量变化大。篦冷机的余风量随进入篦冷机内熟料量的增加而增大，尤其是当窑内出现结圈、窑中生料大量堆积的恶劣工况时，一旦窑圈崩塌使窑内黄料在极短时间内进入篦冷机，导致余风量增大到正常余风量的1.5倍。

（2）温度变化大。正常情况下，出篦冷机余风温度约为200～250℃左右，随着篦冷机内熟料量的增加，余风温度相应增高，一旦窑内出现上述恶劣工况，余风温度就可能会高达450℃以上。

（3）含尘浓度变化大。正常情况下，出篦冷机余风含尘浓度为2～30g/Nm3左右，含尘浓度随篦冷机内细粉料的多少作相应的波动，一旦窑内出现上述恶劣工况，余风含尘浓度可能会增加到50g/Nm3以上。

创盈 （4）粉尘粒度较粗且磨琢性强。其中≥50μm的粉尘约占50%，又因余风中夹杂的粉尘是熟料粉尘，故其磨琢性较强。

创盈 （5）粉尘比电阻高。因余风干燥，含湿量约为1%～2%左右，故粉尘比电阻高达1011Ω.cm以上。

（6）粉尘比重大，比重约为3.2g/cm2左右。

2、窑头冷却机袋除尘工艺

根据以上对冷却机余风特性的分析，窑头篦冷机烟气具有风量变化大、温度变化大、含尘浓度变化大、粉尘粒度粗、磨琢性强等特性，在除尘工艺设计和设备选型时须充分考虑。尤其是温度特性，因为在不正常工况时，温度可达450℃,在此烟气温度下,就目前环保除尘技术,无论是电除尘器还是袋除尘器,均无法对此类烟气直接进行高效收尘,只有通过改变含尘气体的温度和湿度，或粉尘的电性质，才能使除尘设备对此类粉尘有高效收尘能力，净化后的气体才能达到新标准的限值要求。

水泥厂窑头烟气治理常采用两种工艺方案：烟气调质降温（或余热利用）＋袋除尘器；增湿塔+静电除尘器。近几年，对于新建生产线和环保改造，绝大部分选用“烟气调质降温（或余热利用）＋袋除尘器”的袋除尘工艺。

3、水泥厂窑头烟气调质降温技术

新型干法水泥厂窑头篦冷机废气温度不正常时可达450℃,在此工况下,就目前环保除尘技术,无论是电除尘器还是袋除尘器,均无法对此类烟气直接进行高效除尘, 只有通过降低含尘气体的温度，才能进行高效除尘，净化后的气体才能满足国家标准规定的排放限值要求。

创盈 水泥厂窑头烟气调质降温的主要目的是使烟气温度冷却到250℃以下,以达到高温袋除尘器的进气温度要求，高温烟气降温可以采取直接冷却或间接冷却两种方式，窑头烟气调质降温设备主要有多管冷却器、余热锅炉和增湿塔等，且以多管冷却器、余热锅炉居多。各种冷却方式的特性见表1。

4、国内窑头袋除尘技术的现状及趋势

自上世纪80年代中期以来，我国研究和设计单位先后引进了美国富乐公司的气箱脉冲、反吹风等系列袋除尘技术和欧洲的脉冲袋除尘器技术。目前，国内1000t/d以上规模的新型干法水泥生产线窑头几乎全部用篦冷机，自洛阳水泥厂窑头烟气治理首次采用袋除尘器后，由于其具有投资省、效率高且稳定等优点，袋除尘器很快在郑州金龙水泥厂1000t/d生产线、南京青龙山1000t/d和1500t/dｄ生产线、岐星水泥厂1000t/d生产线、四川都江堰3000t/d生产线、峨眉山1500t/d生产线等几百家水泥厂窑头陆续成功应用。针对窑头工艺系统和含尘烟气的特性，国内先后研制和应用的典型技术和产品有四种： CXS型反吹风高温玻纤袋除尘器、 GMC型高温高压脉喷袋除尘器、FGM气箱脉冲高温袋除尘器和CDMC新型低压长袋脉冲高温袋除尘器。

CXS型反吹风高温玻纤袋除尘器采用三状态清灰工艺，同时在钢结构本体设计方面，采用了标准箱体式和用户型板块结构，在200℃以下窑头高温烟气条件下，能长期高效运行，收尘效率可稳定在99.99％以上，如采用诺梅克斯渗膜滤袋，可进一步提高滤袋性能和降低阻力，该类除尘器具有很多优越性。但其也具有以下特点和不足：①采用内滤式，如清灰不彻底会造成袋内积灰；②过滤风速选取值偏低，设计过滤风速正常取0.45m/min以下，因此设备钢耗较高、体积较大； ③采用反吹风清灰，清灰动能较低，很难清灰彻底，清灰时引入大量新鲜冷空气，不利于防结露。随着节材、节能和环保意识的逐步提高，尤其新标准排放浓度限值的降低，CXS型反吹风高温玻纤袋除尘器将会逐步被脉冲类袋除尘器取代。

GMC型高温高压脉喷袋除尘器是在新型XMC型高压脉冲袋除尘器研制基础上研制成功的，其具有以下显著的性能特点：①采用外滤式，设计过滤风速可取1.0～1.2m/min，设备钢耗较低；②能处理窑头高浓度含尘气体，只要一级收尘；③采用高压脉冲清灰，清灰气源压力控制在0.5～0.7MPa，清灰动能大，清灰彻底； ④除尘效率高，出口排放浓度可控制在30mg/Nm3以下。

创盈 FGM气箱脉冲高温袋除尘器具有与GMC型高温高压脉喷袋除尘器以上所列四条相同的性能特点，但也存在以下三个主要区别：①清灰方式不同。FGM气箱脉冲高温袋除尘为离线清灰方式，GMC型高温高压脉喷袋除尘器为在线清灰方式；②脉冲阀规格和数量不同。FGM气箱脉冲高温袋除尘器采用的脉冲阀规格相对大但数量少，每室只配1或2个，GMC型高温高压脉喷袋除尘器采用较小口径的脉冲阀，脉冲阀配置数量多。③袋长和袋室高度的允许取值不同。FGM气箱脉冲高温袋除尘器袋长最大取3500mm，由于GMC型高温高压脉喷袋除尘器采用行喷且利用文丘里管，其滤袋袋长可取6000mm以上，故GMC型高温高压脉喷袋除尘器的袋室可做得比FGM气箱脉冲高温袋除尘器高一些，因此GMC型高温高压脉喷袋除尘器具有占地面积小的优点。

创盈 CDMC系列低压长袋脉喷高温袋除尘器综合了分室反吹和脉冲清灰两类除尘器的优点，克服了分室反吹清灰强度不足和一般脉冲清灰粉尘再吸附缺点，使清灰效率提高，喷吹频率大为降低。该产品使用淹没式脉冲阀，降低了喷吹气源压力和设备运行能耗，延长了滤袋、脉冲阀的使用寿命，综合技术性能大大提高。与以上GMC和FGM两类窑头袋除尘器相比，该类除尘器具有以下明显优点：①清灰气源压力为0.2～0.4MPa，清灰周期比一般脉冲除尘器长，清灰能耗低，②因清灰频率低，故提高了滤袋和脉冲阀的寿命；③因采用了6米以上长度的滤袋，钢耗低，占地面积小，节约设备和土建等投资；④与反吹风袋除尘器相比，采用上部抽袋方式，改善了换袋的操作环境。

随着脉冲阀和滤料技术的发展，再加上低压长袋脉冲袋除尘器具有的显著优点，在新建水泥生产线或老厂窑头除尘改造中，低压长袋脉喷高温袋除尘器技术将得到越来越广泛的应用。

创盈 根据工艺设计方案和原始参数对袋除尘器进行选型，主要步骤包括：袋除尘器类型的确定、处理风量的确定、滤料的选择、过滤风速的选取、过滤面积的计算、除尘器规格的选取等。下面以我院的三种类型及型号的窑头喷吹类高温袋除尘器为例进行介绍。

5.1 袋除尘器类型的确定

该三种袋除尘器的结构及工作原理介绍如下：

创盈 （1）GMC型高温高压脉冲喷吹袋除尘器该袋除尘器主要由灰斗、袋室、净气室、喷吹管路系统、排灰装置、卸灰阀和电控柜等组成。

其工作原理：含尘气体经过风道进入除尘器已扩大的灰斗进行预收尘，通过导流板均布于各条滤袋之间，粉尘阻留于滤袋表面，为使设备阻力不超过1500Pa, 高压气体经电磁脉冲阀产生脉冲，使气包内压缩空气由喷吹管孔眼喷吹，（称一次风）通过文丘里管诱导数倍于一次风的周围空气（称二次风）进入滤袋使滤袋瞬时急剧膨胀，并伴随着气流的反作用抖落粉尘，达到清灰的目的，使用PLC自动控制装置实现定时清灰，可根据随意调节清灰周期和脉喷时间，使除尘器在较低的阻力范围内运行。

（2）FGM气箱脉冲高温袋除尘器

创盈 该除尘器主要由箱体、袋室、灰斗、进出风口、滤袋、袋笼、支柱、爬梯、栏杆、气路系统、提升阀系统、卸灰装置、清灰控制器等部分组成。其进出风口连接成一体形成风道，进出风口分别布置在袋室相对的两侧面，中间用斜隔板隔成互不透气的两部分，使气流分布均匀且预收尘效果好。

其工作原理：含尘烟气先由进风口进入，在风道斜隔板的导向下，风道截面扩大风速降低，部分较粗尘粒在这里由于惯性碰撞、自然沉降等原因落入灰斗，大部分尘粒随气流上升进入袋室，经滤袋过滤后，尘粒被阻留在滤袋外侧，净化的烟气由滤袋内部进入净气箱，再由阀板孔、出风口排入大气，达到收尘的目的，随着过滤过程的不断进行，滤袋外侧的积尘也逐渐增多，从而使收尘器的运行阻力也逐步增高。当阻力增到预先设定值(1245～1470Pa），或者设定时间到时，清灰控制器发出信号，首先控制提升阀将阀板孔关闭，以切断该单元过滤烟气流，停止过滤过程，然后电磁脉冲阀打开，以极短的时间（0.1～0.15秒）向净气箱内喷入压力为0.5～0.7MPa的压缩空气，压缩空气在净气箱内迅速膨胀，涌入滤袋内部，使滤袋产生变形、振动、加上逆气流的作用，袋室外部的粉尘便被清除下来掉入灰斗，清灰完毕后提升阀再次打开，收尘器又进入过滤状态。清灰动作均由PLC进行自动控制，清灰控制有定时式和定压式两种。

（3）CDMC型低压长袋脉喷高温袋除尘器

该袋除尘器主要由进气管路、进气室、灰斗、袋室、净气室、出口管道、喷吹管路系统、排灰装置、卸灰阀和电气控制系统组成。

其工作原理：含尘烟气经烟道进入尘气通道，然后折入灰斗。当气流撞击导流板，部分粗粒由惯性而落入灰斗，其余含尘烟气的粉尘被阻留在滤袋表面，净气相继经净气室、出风蝶阀和排风道最终排入大气。除尘器运行一段时间后，滤袋外表面捕集的粉尘层增厚，除尘器的运行阻力上升，当增加一定值后，就需要对滤袋进行清灰，整个清灰过程主要是通过脉冲阀来进行的，首先关闭排风阀打开脉冲阀，压缩空气通过喷管向本排每条滤袋喷射气流，使滤袋产生变形、震动以达到清灰的目的。清灰结束后，排风阀再次打开，收尘器又进入过滤状态，互不干扰，实现了长期连续运行，提高了清灰效果。

5.2 处理风量的确定

水泥厂熟料冷却设备是为防止高温熟料矿物晶形转变，使其具有良好的晶形结构，提高熟料强度而设立的，同时也回收部分热量。目前水泥工业常用的冷却设备有多筒冷却机、单筒冷却机和篦式冷却机，前二种冷却机，冷却空气全部进窑燃烧，只有篦式冷却机产生废气。

创盈 篦式冷却机以自然空气作为冷却气体，进入篦冷机冷却熟料后的气体一部分作为二次风入窑，用于窑头部分用煤的燃烧空气；一部分作为三次风入分解炉，用于窑头分解炉部分用煤的燃烧空气；一部分用于烘干原料或烘干烧成用煤炭的热气体；部分水泥厂还用于烘干混合材；对大气造成污染的是没有被利用的部分，往往也称为冷却机余风。用热平衡的方法可求得冷却机余风的多少。

创盈 通过计算分析可知，冷却机冷却1kg熟料排出的废气量与多种因素有关，至少包括燃料的发热量（热值）、熟料热耗、二次和三次空气用量、对排出冷却机热气体的利用多少和冷却机的性能，冷却机与排放废气有关的性能有二次和三次风温度、废气温度和使用的冷却风量等。生产统计数据表明，冷却机冷却1kg熟料排出的废气量一般在1.0～2.5Nm3/kg熟料范围内，即每冷却一吨熟料产生废气1000～2500Nm3。

水泥窑头除尘器的处理风量应根据工艺计算再结合经验数据，按生产时产生的最大废气量选取。

创盈 5.3 滤料的选择

滤料是袋除尘器的核心部件，滤料的性能和寿命直接决定了袋除尘系统的使用性能和经济效果，正确地选择滤料是设计使用好袋式除尘器的关键。过滤材料的选择，需要考虑含尘气体性质、含尘浓度、粉尘颗粒大小、化学性质、物理性能、气体温度等。总的说来，选择性能适当的过滤材料，既要均匀致密、透气性好，又要耐热、耐腐蚀，还要有一定的机械强度，才能延长滤袋的使用寿命，保持良好的除尘效率。

目前可选用的耐高温滤料材质主要有PPS、诺梅克斯、玻璃纤维、P84和PTFE等，各耐高温过滤材料性能比较见表2。

注：上表中强力特征与化学特征只是一种相对表达，其次序为优－好－良－差，这只是原始变化，如通过处理，特性则会发生变化。如玻纤经过处理后，耐磨、耐折性能有很大提高。

创盈 根据水泥窑头工况烟气特性和各耐高温过滤材料的性能，且考虑窑头通常选用低压长袋脉冲高温袋除尘器，建议选用诺梅克斯（Nomex）滤料。另外，PTFE性能好，摩擦系数小、耐高温，制成薄膜的微孔多而小，形成表面过滤，目前利用它的优越性，还可制成诺梅克斯覆膜滤料或渗膜滤料，大大改善滤料特性，提高袋除尘器除尘效率，考虑到窑头熟料粉尘的强磨蚀性，最好选用诺梅克斯渗膜滤料。

5.4 过滤风速ω的选取

为使袋除尘器高效稳定运行，应根据水泥窑头废气的性质、工艺状况、滤料的种类、清灰方式等选取合适的过滤风速。对于GMC、FGM和CDMC型脉冲喷吹类窑头袋除尘器，滤料选用诺梅克斯（Nomex）或诺梅克斯渗膜滤料时，建议净过滤风速取≤1.0m/min。

这里所提的过滤风速是净过滤风速，其过滤风速数值为一般建议, 在具体选择时要充分考虑工艺参数、滤料的技术性能、经济性、目标使用寿命、滤料供应商等因素，尤其要注意的是, 即使是相同种类的滤料，不同的滤料生产供应商所提供的滤料质量有较大的差异, 在选取过滤风速时, 这种差异要给予充分的考虑。

5.5 过滤面积的计算

袋式除尘器在实际选用时，先根据工况条件确定过滤风速，再根据处理风量按下公式（1）和（2）分别求净过滤面积和总过滤面积。

要说明的是, 在具体选型时，根据计算的总过滤面积选择相应袋除尘器规格。对于离线清灰的袋除尘器, 先按以上公式（1）计算出来净过滤面积后, 再按以上公式（2）计算出来总过滤面积格。对于在线清灰的袋除尘器,计算出来的净过滤面积就是总过滤面积。

5.6 除尘器规格的选取

创盈 根据过滤面积，对照相应袋除尘器的规格和性能表选择一种规格。该三种袋除尘器的规格和性能表分别见表3、表4、表5。根据窑头冷却机的规格和生产线熟料产量，也可以为业主设计非标型产品。

6、窑头袋除尘器的应用

GMC型高温高压脉喷高温袋除尘器自研制以来已应用于新疆屯河五宫水泥厂、乌鲁木齐燕儿窝水泥厂、新疆天山和静水泥有限公司等生产线项目。该类型除尘器技术于2003年通过省级技术鉴定，并荣获“2005年度建材行业科技进步三等奖”荣誉。

创盈 FGM气箱脉冲高温袋除尘器先后应用于四川峨眉山佛光水泥厂1200t/d熟料生产线、都江堰拉法基水泥厂3500t/d熟料生产线和赞皇金隅5000t/d熟料生产线等水泥生产线项目的窑头烟气治理。

CDMC型低压长袋脉喷高温袋除尘器在许多生产线成功应用的基础上，于2009年通过省级技术鉴定，该系列技术和产品已在国内外水泥厂广泛推广应用，可为10000t/d及其以下不同规模的水泥生产线窑头除尘提供配套设备，至今在水泥厂窑头已推广应用了百余台，成功应用于青州中联水泥公司、唐山冀东水泥股份有限公司、宝鸡众喜水泥有限公司、春江集团有限公司、沙特NCC、越南缘何公司、埃塞俄比亚等新建的水泥生产线项目。由于突出的应用业绩，该类型除尘器技术先后荣获“中新集团技术创新成果一等奖”、“2009年度建材行业科技进步三等奖”等荣誉。

创盈 为适应新标准GB4915-2013实施的要求，低压长袋脉喷高温袋除尘器由于其具有除尘效率高、清灰彻底、出口排放浓度低、滤袋使用寿命长、维护方便、占地面积小、系统运行稳定等优点，必将逐步占据主导地位。近年来，除广泛应用于新建水泥生产线，该类型袋除尘器技术在现有生产线窑头除尘系统环保改造中发挥了积极的作用。

7、总结与体会

（1）应新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013）的排放限值要求，水泥厂窑头只有采用高效袋除尘器、高效电除尘器和高效电-袋复合除尘器等设备才能使废气排放达标。因袋除尘器具有能处理微细粉尘、除尘效率高、结构简单、适应性强、系统运行稳定等优点，故袋除尘器更有优势。

创盈 （2）对于新建生产线和环保改造，建议选用“烟气调质降温（或余热利用）＋袋除尘器”的袋除尘工艺。

（3）国内外水泥厂窑头烟气调质降温设备主要有多管冷却器、余热锅炉和增湿塔等，且以多管冷却器和余热锅炉居多。

（4）窑头袋除尘器的选型主要包括袋除尘器类型的确定、处理风量的确定、滤料的选择、过滤风速的选取、过滤面积的计算、除尘器规格的选取等内容。

创盈 （5）针对窑头工艺系统和含尘废气的特性，未达到排放新标准要求，可选用的典型技术和产品有GMC型高温高压脉喷高温袋除尘器、FGM气箱脉冲高温袋除尘器和CDMC型低压长袋脉喷高温袋除尘器三种，其中建议选用CDMC型低压长袋脉喷高温袋除尘器。

（6）为适应新标准GB4915-2013实施的要求，低压长袋脉喷高温袋除尘器必将占据主导地位，该类型袋除尘器技术在现有生产线窑头除尘系统环保改造中将发挥更加积极的作用。