水泥行業(yè)超凈排放的幾點(diǎn)設(shè)想之一
—— 粉塵控制技術(shù)

穆璐瑩

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051）

0 概 述

2013年，我國(guó)水泥工業(yè)的粉塵排放量占全國(guó)排放總量的30%以上，是重污染行業(yè)之一。隨著GB 4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的頒布和實(shí)施，污染物排放總量不斷減少，水泥行業(yè)的減排工作取得了一定成績(jī)。對(duì)于水泥企業(yè)來(lái)說(shuō)，達(dá)到《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的“水泥窯及窯磨一體機(jī)煙氣粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)為30mg/Nm3，水泥磨、煤磨等煙氣粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)為20mg/Nm3”的要求難度不大。部分地區(qū)出臺(tái)的地方標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)水泥企業(yè)也均能達(dá)標(biāo)，因此水泥行業(yè)具有一定減排潛能。那水泥行業(yè)能否進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)10mg/Nm3的超凈排放目標(biāo)？本文將從幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)角度討論一下如何實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)粉塵的超凈排放目標(biāo)。

目前水泥行業(yè)粉塵治理的主要設(shè)備有：袋式除塵器、電除塵器和電袋復(fù)合除塵器，以及新興的濕電除塵器。

（1）袋式除塵器。它是依靠濾料作為過(guò)濾材料來(lái)實(shí)現(xiàn)“氣固”分離的除塵裝置，其工作機(jī)理是含塵氣體通過(guò)濾布時(shí)產(chǎn)生的篩分、慣性、粘附、擴(kuò)散和靜電作用而被捕集。

（2）電除塵器。利用高電壓產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)使含塵氣體局部電離，即產(chǎn)生電暈放電，當(dāng)含塵氣體通過(guò)電場(chǎng)時(shí)，負(fù)離子與塵粒子碰撞并附著其上，實(shí)現(xiàn)粉塵荷電，并在電場(chǎng)力的作用下，使氣體中的粉塵粒子分離出來(lái)。

（3）電袋除塵器。電袋復(fù)合式除塵器是將電除塵器和袋式除塵器集合，前面電場(chǎng)對(duì)粉塵進(jìn)行荷電捕集，剩余荷電難收集的粉塵隨煙氣均勻進(jìn)入濾袋區(qū)，通過(guò)濾袋過(guò)濾后完成煙氣凈化。

（4）濕式電除塵器。與干式電除塵器的收塵原理相同，都是靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場(chǎng)力的作用下到達(dá)集塵板/管。濕式電除塵器集塵極與干式電除塵器不同是其使用耐腐蝕導(dǎo)電材料做集塵極或通過(guò)噴水或溢流水形成導(dǎo)電水膜不導(dǎo)電的非金屬材料做集塵極。因此捕集效率較干式電除塵器高。

從技術(shù)的角度來(lái)看，除電除塵器難以實(shí)現(xiàn)10mg/Nm3的超凈排放目標(biāo)外，其余三種除塵器均有可能達(dá)到超凈排放的目標(biāo)。但從設(shè)備維護(hù)和穩(wěn)定性的角度考慮，袋式除塵器是最可行的方案。因此本文著重介紹袋式除塵器實(shí)現(xiàn)10mg/Nm3超凈排放的幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)。

1 袋式除塵器超凈排放的思路

研制具有超凈排放功能的袋式除塵器，首先必須討論超凈排放濾料的問(wèn)題。濾料本身是否能達(dá)到超凈排放的目標(biāo)是除塵器能否實(shí)現(xiàn)超凈排放的最關(guān)鍵因素。當(dāng)然，袋式除塵器的除塵機(jī)理不僅僅完全依靠濾袋的過(guò)濾性能，濾袋捕集大部分的粉塵后，在濾料內(nèi)部和表層滯留了一部分粉塵，即粉塵層。還通過(guò)粉塵層的篩分作用捕集粉塵，提高了過(guò)濾效率，也是袋式除塵器超凈排放的重要思路。粉塵層越厚，粉塵排放濃度越低。因此，如何智能化的清灰，科學(xué)保留濾袋表面粉塵層的厚度，是實(shí)現(xiàn)超凈排放的一大關(guān)鍵因素。另外，除塵器內(nèi)的氣流均布對(duì)過(guò)濾性能也有一定的影響。如果氣流分布不合理，造成局部氣流速度過(guò)快，該區(qū)域逃逸的粉塵增加，從而影響除塵器的排放濃度。除上述關(guān)鍵因素外，防止濾袋破損造成的事故排放，實(shí)現(xiàn)袋式除塵器的事故排放預(yù)警及自處理技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)超凈排放的關(guān)鍵技術(shù)。

2 袋式除塵器超凈排放的關(guān)鍵因素

2.1 超凈排放濾袋

袋式除塵器的發(fā)展和推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一就是濾料的發(fā)展。濾料作為袋式除塵器的“核心”，其性能和質(zhì)量，直接關(guān)系到袋式除塵器粉塵的排放濃度。濾袋的性能和質(zhì)量與濾料的結(jié)構(gòu)、纖維形狀、加工和后處理等因素有關(guān)。

從結(jié)構(gòu)方面說(shuō)，目前市場(chǎng)上普遍采用覆膜濾料作為降低排放濃度的主要措施。覆膜濾料則是將聚四氟乙烯（PTFE）薄膜覆在濾料表面而成的一種濾料，這層薄膜能進(jìn)行高效的過(guò)濾，過(guò)濾性能較好。除覆膜濾料外，多梯度濾袋也成為一種有效控制粉塵的新技術(shù)濾料。梯度濾料一般由四層組成，第一梯度由微細(xì)纖維構(gòu)成，孔隙小過(guò)濾性能好。粉塵大部分在第一梯度被截留，很難停留在濾料內(nèi)部，從而保證了濾料內(nèi)部的氣流順暢，避免了隨著濾料的使用運(yùn)行阻力不斷增加的問(wèn)題，也保證了粉塵的去除效率。

從濾料形狀來(lái)說(shuō)，在相同克重下，細(xì)旦纖維和異型纖維較普通纖維具有更高的比表面積，能得到更好的過(guò)濾效率。此兩種纖維普遍應(yīng)用在要求排放濃度很低的水泥企業(yè)中。另外據(jù)資料顯示，近期研制成功的海島纖維其比表面積更高，過(guò)濾性能更好，因此海島纖維也可以成為超凈排放濾料的另一種選擇。

2.2 智能化清灰系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)外常用的清灰控制方式有定時(shí)和定阻力清灰。定時(shí)清灰是指按照預(yù)先設(shè)定的清灰周期和脈沖間隔控制清灰機(jī)構(gòu)動(dòng)作。若時(shí)間設(shè)置不合理，會(huì)使濾料的初始粉塵層無(wú)法形成，從而粉塵排放濃度增加。定阻力清灰是根據(jù)除塵器實(shí)際阻力大小來(lái)控制清灰。通常設(shè)定好阻力的上限和下限，當(dāng)阻力大于上限時(shí)開(kāi)始清灰，清灰系統(tǒng)開(kāi)始按照內(nèi)置的程序周而復(fù)始地循環(huán)清灰，直到阻力小于下限時(shí)停止清灰。兩種模式無(wú)法對(duì)清灰順序進(jìn)行調(diào)整。

智能化清灰系統(tǒng)將清灰程序和除塵器各個(gè)袋室的阻力聯(lián)系起來(lái)。根據(jù)各袋室的壓差，從高往低依次噴吹，避免多余的清灰動(dòng)作，保護(hù)濾袋表面的粉塵層，減少超細(xì)粉塵的逃逸。因此，采用智能化清灰可成為超凈排放除塵器的首選清灰系統(tǒng)。

2.3 氣流均布系統(tǒng)

除塵器內(nèi)的每個(gè)袋式、每個(gè)袋子間的氣流均勻性對(duì)過(guò)濾性能有著一定的影響。目前市場(chǎng)上常使用CFD軟件計(jì)算模擬除塵器內(nèi)部氣流分布情況。通過(guò)不斷地模擬并調(diào)整袋室隔板高度、氣流均布板角度、尺寸等參數(shù)，組織含塵氣流向除塵器每個(gè)過(guò)濾單元均勻分配和輸送，促使每個(gè)過(guò)濾單元濾袋的過(guò)濾負(fù)荷一致，保證各過(guò)濾單元流量偏差要求控制在10%之內(nèi)，使得整個(gè)除塵器的氣流穩(wěn)定均布，從而降低因局部氣流過(guò)大，增加了除塵器的粉塵排放濃度。因此完善除塵器氣流均布系統(tǒng)是除塵器實(shí)現(xiàn)超凈排放的基本要求。

2.4 事故排放預(yù)警及自處理技術(shù)

水泥企業(yè)時(shí)有濾袋破損的情況發(fā)生，這不僅造成事故排放影響環(huán)境，也會(huì)引起大批量灌袋的問(wèn)題，造成不小的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)此問(wèn)題，合肥水泥研究設(shè)計(jì)院環(huán)保團(tuán)體事故排放預(yù)警及自處理技術(shù)，通過(guò)大量的試驗(yàn)比較，發(fā)現(xiàn)破損濾袋清灰之后有明顯濃度峰值的特征，快速發(fā)現(xiàn)濾袋破損發(fā)生的袋室編號(hào)和具體的位置。對(duì)破袋位置精準(zhǔn)定位后，控制系統(tǒng)自動(dòng)釋放應(yīng)急堵頭，封堵濾袋袋口避免濾袋破損后粉塵的逃逸，杜絕因局部濾袋破損影響周邊濾袋的使用。

3 結(jié) 論

合肥水泥研究設(shè)計(jì)院承擔(dān)了國(guó)家科技支撐項(xiàng)目《基于實(shí)測(cè)的水泥工業(yè)大氣污染物排放規(guī)律研究與排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施評(píng)估》，該項(xiàng)目的目標(biāo)之一是掌握水泥行業(yè)減排的潛能，為下一版《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的制定提供技術(shù)支撐。因此，水泥行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)可能趨嚴(yán)。對(duì)此水泥行業(yè)需提前關(guān)注超凈排放的各項(xiàng)技術(shù)。一旦水泥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)，水泥行業(yè)袋式除塵器只需從超凈排放濾袋、智能化清灰系統(tǒng)、氣流均布系統(tǒng)和事故排放預(yù)警及自處理技術(shù)四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)著手，完全可以實(shí)現(xiàn)10mg/Nm3的超凈排放目標(biāo)。