除塵技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用

李 哲，孫海鵬，孫 凱（.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京 00044；.中汽認(rèn)證中心，北京 00044；.中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，北京 0007）

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除塵技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用

李 哲1，孫海鵬2，孫 凱3
（1.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京 100044；2.中汽認(rèn)證中心，北京 100044；3.中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，北京 100037）

摘 要：通過(guò)對(duì)電除塵、袋式除塵技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例，比較了兩種除塵技術(shù)的運(yùn)行情況、經(jīng)濟(jì)成本及環(huán)境效益，分析了達(dá)到“超低排放”的可行性，為其他行業(yè)選擇除塵技術(shù)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：水泥行業(yè)；電除塵；袋式除塵；經(jīng)濟(jì)成本；環(huán)境效益

1　引言

近年來(lái)，我國(guó)霧霾頻發(fā)，影響大氣質(zhì)量的主要因素是顆粒物、粉塵等污染物。其中粉塵排放量大的水泥行業(yè)，急需開(kāi)展深度治理，提升除塵效率。

我國(guó)是水泥生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，2014年水泥產(chǎn)量為24.76億噸［1］，占世界水泥總產(chǎn)量的50%以上?，F(xiàn)有規(guī)模以上水泥生產(chǎn)企業(yè)約4000家，其中水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)2400多家、新型干法水泥生產(chǎn)線1600多條［2］。

水泥行業(yè)的主要環(huán)境問(wèn)題在于產(chǎn)生大量的煙（粉）塵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年，水泥行業(yè)消耗1.49億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，產(chǎn)生368萬(wàn)噸［3］煙（粉）塵。水泥行業(yè)顆粒物（PM）排放量占工業(yè)煙塵排放總量的30%，二氧化硫（SO2）排放量占全國(guó)排放總量的3%～4%，氮氧化物（NOx）排放量占全國(guó)排放總量的8%～10%［4］。

作為新型干法水泥生產(chǎn)線的熱力設(shè)備，水泥窯頭、窯尾是水泥廠最大的煙（粉）塵污染來(lái)源，對(duì)人體及環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較大的危害。

2　除塵技術(shù)

2.1發(fā)展歷程

我國(guó)水泥行業(yè)的除塵技術(shù)發(fā)展主要分為兩個(gè)階段。

一是電除塵處理處置階段。1984年，我國(guó)天津水泥院從德國(guó)魯奇公司引進(jìn)電除塵技術(shù)。直到20世紀(jì)，由于當(dāng)時(shí)布袋濾料受煙氣溫度等條件的限制，我國(guó)建設(shè)的所有大型水泥廠都無(wú)一例外地在高溫工藝過(guò)程中采用了靜電除塵器。該技術(shù)在煙氣工況相對(duì)穩(wěn)定、煙（粉）塵的比電阻達(dá)到電場(chǎng)要求時(shí)，能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。但即使達(dá)標(biāo)排放，水泥行業(yè)的顆粒物排放量仍然巨大，2005年達(dá)到520萬(wàn)噸［5］。

二是袋式除塵技術(shù)的推廣應(yīng)用階段。2004年，袋式除塵技術(shù)開(kāi)始在市場(chǎng)上應(yīng)用；2007年，環(huán)?？偩置鞔_：“窯尾除塵未采用袋式除塵器的水泥生產(chǎn)線的產(chǎn)品”列為“高污染”產(chǎn)品，建議國(guó)家有關(guān)部門(mén)對(duì)此生產(chǎn)、消費(fèi)采取限制性政策措施，引導(dǎo)市場(chǎng)和公眾減少對(duì)該類(lèi)產(chǎn)品的使用；2008年，隨著大氣污染形勢(shì)的變化，市場(chǎng)預(yù)期政府部門(mén)將會(huì)出臺(tái)更為嚴(yán)格的水泥行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。為提升除塵效率、應(yīng)對(duì)新要求，新建水泥企業(yè)大部分都采用了袋式除塵器，原有水泥企業(yè)也開(kāi)始推進(jìn)除塵設(shè)備電改袋工程。

袋式除塵技術(shù)的推廣，促進(jìn)了水泥行業(yè)顆粒物減排，2009年全國(guó)水泥行業(yè)的顆粒物排放總量為411萬(wàn)噸［6］，比2005年減少了100余萬(wàn)噸。

2010年，工信部《關(guān)于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導(dǎo)意見(jiàn)》明確推廣高效袋式除塵技術(shù)［7］。

2013年，《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GBT4915-2013）施行，新標(biāo)準(zhǔn)將顆粒物排放限值由原來(lái)的50mg/m3（水泥窯等熱力設(shè)備）、30mg/m3（水泥磨等通風(fēng)設(shè)備）加嚴(yán)到30mg/m3、20mg/m3［8］。標(biāo)準(zhǔn)的加嚴(yán)又進(jìn)一步促進(jìn)了袋式除塵器的推廣應(yīng)用。

在標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)等各種因素的綜合作用下，我國(guó)水泥行業(yè)的顆粒物減排效果明顯，總量由2012年的368萬(wàn)噸減少到2013年的250萬(wàn)噸。

目前，國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)的窯頭、窯尾除塵技術(shù)以袋式除塵技術(shù)為主，占比約60%。隨著我國(guó)水泥行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的日益加嚴(yán)，煙（粉）塵的治理技術(shù)不斷完善，環(huán)境效益也在逐漸提高。

2.2電除塵技術(shù)

電除塵技術(shù)的除塵清灰過(guò)程主要為：氣體電離、粉塵荷電、粉塵沉積以及清灰等四個(gè)步驟。

電除塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：初期除塵效率能達(dá)到99%，處理煙氣量大；可用于高溫（可高達(dá)500℃）煙氣，多用于水泥窯頭；可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；阻力低，壓力損失僅為100～200Pa；風(fēng)機(jī)電耗較小，維護(hù)費(fèi)用較低，僅為對(duì)極板、極線的維護(hù)，一般極板、極線在十幾年內(nèi)僅需對(duì)部分構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)單的維修更換，如極板整形、極絲更換等。缺點(diǎn)是：占地面積大，除塵效率受比電阻影響較大；運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)電極變形而引起電場(chǎng)變化，除塵效率降低，不具備離線檢修功能。

電除塵技術(shù)可應(yīng)用于水泥行業(yè)的窯頭、窯尾、煤磨、烘干機(jī)、水泥磨除塵，尤其是窯頭、窯尾除塵。由于水泥窯頭溫度較高，煙塵比電阻適合電除塵技術(shù)，目前45%左右的窯頭都采用電除塵技術(shù)，窯尾僅有20%左右采用電除塵技術(shù)，而且一般都加裝了加濕器，以改變煙塵比電阻，提高除塵效率。

2.3袋式除塵技術(shù)

袋式除塵器也被稱(chēng)為過(guò)濾式除塵器，是一種干式高效除塵器，其基本工作原理是：利用袋式過(guò)濾元件捕集含塵氣體中的粉塵，使氣體凈化；同時(shí)，通過(guò)清除被阻留在濾袋表面上的附塵，使濾袋再生而恢復(fù)其過(guò)濾功能。

袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)是：除塵效率高，能將顆粒物排放濃度降低至20mg/m3以下；不受入口粉塵濃度、比電阻的影響，性能穩(wěn)定可靠，對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性好，可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)檢修；占地面積較小，能按場(chǎng)地要求作專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是：運(yùn)行阻力大，風(fēng)機(jī)電耗量高，濾袋的使用壽命短（僅為3～4年），運(yùn)行成本較高。

近年來(lái)，排放標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)，袋式除塵技術(shù)由于除塵效率較高而得到了廣泛推廣。目前，袋式除塵器廣泛應(yīng)用于水泥工業(yè)的窯頭、窯尾、煤磨、烘干機(jī)、水泥磨除塵，水泥行業(yè)窯頭、窯尾應(yīng)用袋式除塵技術(shù)的比例分別達(dá)到約50%、75%。

3　經(jīng)濟(jì)成本

3.1調(diào)研情況

為分析水泥行業(yè)運(yùn)用除塵技術(shù)所需經(jīng)濟(jì)成本，本研究以走訪、座談，查閱資料，案例比照分析等方式，調(diào)研了三類(lèi)企業(yè)和單位：

第一類(lèi)為環(huán)保企業(yè)，包括福建龍凈環(huán)?？萍脊煞萦邢薰尽⑽靼参鞯V環(huán)?？萍加邢薰?、科林環(huán)保裝備股份有限公司、河南中材環(huán)保科技有限公司、北京京誠(chéng)嘉宇環(huán)境科技有限公司；

第二類(lèi)為水泥企業(yè)，包括海螺水泥、冀東水泥、山水水泥集團(tuán)、華潤(rùn)水泥；

第三類(lèi)為科研院所，包括合肥水泥設(shè)計(jì)研究院、天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院。

3.2投入對(duì)比

以日產(chǎn)量5000t，處理90萬(wàn)m3/h風(fēng)量的水泥企業(yè)為例，對(duì)其窯尾除塵采用電除塵、袋式除塵技術(shù)的投資、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行比較分析。

（1）設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、土建施工費(fèi)、管道費(fèi)用等一次性投入費(fèi)用：電除塵技術(shù)需885萬(wàn)元，以20年壽命計(jì)，每年折舊費(fèi)為44.25萬(wàn)元；袋式除塵器需750萬(wàn)元，以20年壽命計(jì)，每年折舊費(fèi)為37.5萬(wàn)元。

（2）運(yùn)行費(fèi)用：電除塵技術(shù)的主要運(yùn)行費(fèi)用為高壓硅整流器、放電極振打、沉淀極振打、拉鏈機(jī)、給料機(jī)、電加熱器、風(fēng)機(jī)等耗電費(fèi)用，其中電場(chǎng)（高壓硅整流器）運(yùn)行費(fèi)用占整個(gè)運(yùn)行費(fèi)用的71.2%。袋式除塵技術(shù)的主要運(yùn)行費(fèi)用為風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)的耗電量，其中風(fēng)機(jī)耗電費(fèi)用大約占整個(gè)運(yùn)行費(fèi)用的77.4%（見(jiàn)表1）。

（3）維護(hù)費(fèi)用：?jiǎn)闻_(tái)電除塵器一般僅對(duì)極板、極線進(jìn)行維護(hù)，年總維護(hù)費(fèi)用約為25萬(wàn)元。袋式除塵技術(shù)主要為濾袋的折舊費(fèi)用，濾袋壽命通常為3～4年，其中一般水泥窯頭連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為3年，窯尾為4年。以5000t/d的水泥窯為例，需要4000～5000條濾袋，濾袋單價(jià)為400～600 元/條，以壽命3年計(jì)算，濾袋折舊費(fèi)用約為73.6萬(wàn)元/年。

表1　除塵技術(shù)年運(yùn)行費(fèi)用比較

3.3費(fèi)用對(duì)比

綜合上述各項(xiàng)投入，水泥行業(yè)運(yùn)用電除塵技術(shù)的年費(fèi)用為331.08萬(wàn)元；袋式除塵技術(shù)的年費(fèi)用為373.77萬(wàn)元。兩種技術(shù)的年費(fèi)用相差不大。其中，袋式除塵技術(shù)的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高，尤其是濾袋更換費(fèi)用較高，但設(shè)備的初始投資低于電除塵器（見(jiàn)表2）。

表2　除塵技術(shù)年費(fèi)用對(duì)比

4　環(huán)境效益

4.1電除塵技術(shù)的環(huán)境效益

電除塵器投運(yùn)初期可保持正常運(yùn)行，并達(dá)到預(yù)期的除塵效率。但運(yùn)行一段時(shí)間后，電除塵器受入口煙氣狀況（如溫度、風(fēng)速）、比電阻、電場(chǎng)間距，以及陽(yáng)極板與芒刺線之間的間距、密閉性、振打方式等多因素的影響，會(huì)引起電場(chǎng)變化，導(dǎo)致除塵效率下降，容易出現(xiàn)不穩(wěn)定或不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。

以2009年新建某水泥企業(yè)的兩條5000t/d熟料生產(chǎn)線為例，該項(xiàng)目2010年年底投產(chǎn)，兩條生產(chǎn)線窯頭選用2臺(tái)1室5電場(chǎng)電除塵器，窯尾選用2臺(tái)2室5電場(chǎng)電除塵器。

經(jīng)過(guò)4年多的實(shí)際運(yùn)行，2014年2月，該項(xiàng)目窯頭的除塵器煙氣量為49.81萬(wàn)m3/h，顆粒物排放濃度25mg/m3；窯尾的除塵器煙氣量為74.58萬(wàn)m3/h，顆粒物排放濃度為24.1mg/m3（見(jiàn)表3）。

表3　某水泥生產(chǎn)線電除塵技術(shù)的環(huán)境效益

4.2袋式除塵技術(shù)的環(huán)境效益

以某水泥有限公司2500t/d生產(chǎn)線窯頭、窯尾除塵實(shí)際情況為例。窯頭袋式除塵器的規(guī)格為CBMP288-2×3，布袋規(guī)格為φ160×7000mm，材質(zhì)為芳綸，處理煙氣量為31.5萬(wàn)m3/h，進(jìn)口濃度為40g/m3，出口濃度14.73mg/m3，除塵效率＞99.9%。窯尾的布袋式除塵器規(guī)格為CBMP552-2×2，處理煙氣量48萬(wàn)m3/h，濾袋規(guī)格為φ160×8000mm，濾袋材質(zhì)采用玻纖覆膜，進(jìn)口濃度為80g/m3，出口濃度為13.21mg/m3，除塵效率為99.98%。

該除塵改造2014年7月開(kāi)工，8月技改完成并投入運(yùn)行，廢氣檢測(cè)結(jié)果顯示效果良好（如表4）。

表4　某水泥生產(chǎn)線袋式除塵技術(shù)的環(huán)境效益

4.3不同除塵技術(shù)的環(huán)境效益比較

從以上案例可以看出，一般情況下，電除塵器與袋式除塵器在除塵效率上都能達(dá)到99%以上。但與電除塵技術(shù)相比，袋式除塵技術(shù)的出口濃度＜15mg/m3，明顯低于電除塵器，濃度減排效率的優(yōu)化程度接近1倍，具有“超低排放”的可行性。袋式除塵器不僅可以保證長(zhǎng)期穩(wěn)定的高除塵效率，還對(duì)超細(xì)粉塵有很好的減排效果。

5　結(jié)論

（1）隨著污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷收嚴(yán)，水泥行業(yè)的除塵技術(shù)已由電除塵技術(shù)逐漸向袋式除塵技術(shù)轉(zhuǎn)變，袋式除塵技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用已取得顯著效果，促進(jìn)了顆粒物減排。

（2）袋式除塵技術(shù)初期的一次性投入更低，兩種除塵技術(shù)的年費(fèi)用相差不大。值得注意的是，隨著國(guó)產(chǎn)濾料質(zhì)量的提高，袋式除塵技術(shù)的主要維護(hù)費(fèi)用（即濾袋價(jià)格）將大幅度降低，使袋式除塵技術(shù)在總體經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)上占優(yōu)。

（3）袋式除塵技術(shù)效率更高，出口濃度小于15mg/m3，對(duì)滿足水泥行業(yè)“超低排放”具有更好效果。從水泥行業(yè)擴(kuò)展到其他行業(yè)，袋式除塵器由于除塵效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，對(duì)其他行業(yè)的“超低排放”也具應(yīng)用潛力。

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Application Analysis of Dust Removal Technologies in Cement Industry

LI Zhe1， SUN Hai-Peng2， SUN Kai3
（1.China Productivity Promotion Center for Machinery， Beijing 100044；2.China Certifcation Center for Automotive Products and Technology， Beijing 100044；3.China Association of Environmental Protection Industry， Beijing 100037， China）

Abstract:Based on the application cases of electrostatic precipitation and bag hose precipitation technologies in the cement industry， the paper compares the operations， economic costs and environmental benefts of the two precipitation technologies；analyzes the feasibility and problems of “ultra-low emission” to be met， and puts forward countermeasures and suggestions.

Keywords:cement industry； electrostatic precipitation； bag hose precipitation； economic costs； environmental beneft

中圖分類(lèi)號(hào)：X701

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-5377（2016）05-0020-04