XL系列磚混結構袋除塵器的設計與應用
1.引言
立窯煙氣治理難，不在其煙氣量大，也不在其粉塵濃度高，關鍵在其含濕量高（12%左右），腐蝕性強（H2SO 4、HF等）和人工操作窯面，工況波動范圍大；加上近年來，立窯水泥廠為提高產質量、降低熱耗都采用大風大料、暗火操作的煅燒工藝，使得立窯煙氣下限溫度變得更低（60℃左右），立窯煙氣的露點在（45～55℃），酸露點溫度更高。傳統布袋除塵器的使用溫度都在70℃以上，且是除塵器的出口溫度，這使得許多企業用了除塵器以后，必須改變原有的操作方法（保證立窯煙氣在80℃以上），這樣不僅產量會降低很多，而且熱耗也驚人地增加，因此出現了許多立窯企業雖上得起除塵器但用不起除塵器、有的白天開晚上停、有的干脆就停在那里不用的現象。
隨著環保新標準GB4915—2004《水泥工業大氣污染物排放標準》的實施，確保立窯“無煙無塵”達標排放已成為立窯水泥廠的生命工程。為使得立窯水泥企業在眼前的水泥行情下具有較強的競爭力，南京立窯所推出了“兩磨一窯加環保，增產節能又降耗”的立窯企業整體升級改造技術。其新推出的“XL系列磚混結構袋除塵器”是其中“環保”的一個主打產品。是綜合國內外袋式除塵器的優點，結合多年的實踐而推出的一種新型專利袋除塵器。該除塵器既適合于機立窯煙氣“濕、蝕、變”的特性，又適合于大風大料、暗火操作的生產工藝。
2.基本結構原理（見圖1）
XL 系列磚混結構袋除塵器以磚墻及鋼筋混凝土為本體，采用上部進風，含塵氣體由頂部一個較大的均風調質倉均勻進入各室，較大顆粒由于慣性作用，直接落入灰斗，其余經濾袋過濾后進入濾袋外表面，后經排風閥，排風連接管，排風主管，由主風機、煙囪排入大氣。隨著過濾時間的加長，濾袋上的積灰增加，濾袋的透氣性下降，系統的阻力增加，當系統阻力增加到一定程度后，除塵器自動啟動清灰系統，通過設定好的程序啟動反吹風機，然后關閉排風閥，停止該室過濾，同時打開該室反吹風閥，反吹風經反吹風主管，反吹風閥，反吹連接管，進入該室進行反吹。數秒后該室重新進入過濾狀態。由于布袋上粉塵又細又粘，一次清灰效果并不太理想，經暫短時間后，程序重新啟動反吹風機，對該室進行第二次反吹清灰。
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圖1 結構原理圖
3 設計與應用
3.1 本體結構的設計
3.1.1 磚混結構是立窯除塵器的最佳選擇
由于全鋼結構的立窯袋除塵器具有散熱快，耐腐蝕性差，投資成本高等缺陷，我們用磚混結構代替鋼板結構，除塵器上的進出氣主管、反吹主管、煙囪、灰斗及殼體采用磚混制作。因磚混結構具有吸熱放熱特性，對煙氣有調質作用，使得除塵器能低溫運行；磚混結構的防腐能力強，只要嚴格把握施工要求，除塵器的磚混制作部分是永久性的。由于磚塊、鋼筋等原材料水泥廠比較容易得到，水泥就更不用說了，這樣就省去了大量的鋼材、運費、安裝費等，所以投資省。
3.1.2 磚混結構比鋼結構制作用嚴格
許多水泥廠都喜歡磚混結構，很多水泥廠的上部煙囪，沉降室都用過磚混結構，但因開裂太嚴重，很多已改用鋼板結構。所以水泥企業對磚混結構除塵器最擔心的就是開裂問題。我們經過多年的實踐，在XL系列磚混結構袋除塵器上采用了“統一表面張力”和“整體應力平衡”兩大工藝手段，使除塵器成為一個堅實的整體。
3.2 清灰系統的設計
3.2.1 采用大口徑、中長度、抗磨抗結露處理的化纖袋
內濾室布袋的直徑一般都在Φ160～300mm范圍內，長度一般在6～10m之間, 長徑比一般在20～35之間。對于立窯煙氣粉塵來說，口徑越大，布袋的剝落性越就越好！同樣口徑越大，單位占地面積內的過濾面積越小，且袋口的張力也越大；布袋長徑比除考慮平面布置，還應考慮到袋口風速，因為對于一定直徑的濾袋，濾袋愈長，每根濾袋的風量愈大，袋口的入口風速愈大，對袋口的磨損也愈厲害。XL系列磚混結構袋除塵器采用Φ260mm×8.1m的抗結露處理的化纖袋，克服了傳統用玻纖袋抗折抗磨性能差、半年一換的局面。
3.2.2 獨特的花板布置
XL系列磚混結構袋除塵器采用獨特的花板布置，使布袋在正常工作時處于共振狀態，部分附在布袋內表面的粉塵因共振作用，落入灰斗，減少布袋上的積灰，降低除塵器的運行阻力。
3.2.3采用預熱大氣對除塵器進行反吹清灰（專利技術）
立窯除塵器的反吹一直是立窯除塵的一個難點。由于立窯煙氣的露點在45～55℃之間，用大氣反吹，要求窯煙氣溫度更高，特別是冬天和北方大部分地區；用排風機排出的潔氣反吹，潔氣溫度雖比大氣溫度高得多，但由于除塵器出氣反吹管的降溫，大部分潔氣在進反吹風機前就已經或開始結露，所以反吹風機葉片，反吹閥、管和花板的腐蝕很快！
XL系列磚混結構袋除塵器突破傳統思維，通過磚混結構特有的煙氣調質作用，將反吹主管安置在除塵室內（見圖1），用除塵室墻體吸收的余熱對大氣進行預熱，然后再通過反吹閥、管進行反吹，既解決了大氣反吹溫度低的問題，也克服了潔氣反吹的腐蝕性強的缺點。
3.3 自動控制系統的設計
3.3.1 采用日本三菱公司生產的PLC控制器，性能穩定、可靠。
3.3.2 采用先進的在線檢測系統，可隨時檢查除塵器的運行及排放情況，既方便檢查，也符合新標準的要求。這一技術已在廣東數十家水泥廠使用。
3.3.3 先進的傳感采集技術。傳感器是立窯除塵器的心臟，它的準確性、及時性直接影響除塵器的好壞，為此我們采用進口芯片，通過特殊制作而成。高靈感的傳感器加上先進的控制系統和獨特的擋料板設計，使得XL系列磚混結構袋除塵器在使用中從未出現過燒袋現象。
3.4 主運行無彎頭、三通設計
雖然南京立窯研究所一直在研究立窯收塵器如何提高立窯產質量，降低熱耗，但至今立窯收塵還僅停留在社會效益上。所以立窯除塵器在確保立窯“無煙無塵”達標排放的前題下，運行成本及維護費用一直是立窯企業評價除塵器好壞的依據。
布袋除塵器的阻力主要來源于兩大塊，一塊是布袋阻力，約占系統阻力的2/3，另一塊就是管網阻力，約占系統阻力的1/3，而管網阻力的75%來自彎頭，三通。XL系列磚混結構袋除塵器從進氣到將潔氣排入大氣沒有一個彎頭、三通（見圖1），避開了彎頭、三通制作麻煩、磨損快、運行阻力大的缺點。
3.5 自動控制最少化
現在的立窯除塵器都采用全自動控制系統，控制點多，加上水泥廠的工況條件相對較差，所以控制系統有時會出現一些故障，影響除塵器工作。我們一方面采用進口的控制系統，另一方面，我們將同一室的排風閥和反吹閥用一個氣缸、電磁閥控制（見圖2），不僅減少了控制點，鑄造模具減少了故障，而且也節省了材料。
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圖2 排風、反吹連接管安裝施意圖
3.6 此除塵器存在的不足之處
由于本體采用磚混結構，客觀上需要保養時間，因此施工時間需要有所保證，現場施工難度較大，施工工藝相當嚴格，才能滿足設備的特定使用要求。
4 應用舉例
湖南某水泥廠Φ3.2×11m立窯2臺，均采用XL系列磚混結構除塵器，其單臺投資如下：
（1）除塵器配件23萬元；
（2）大小風機2.5萬元；
（3）窯至除塵器的管道加保溫2.5萬元。
（4）電線電纜0.5萬元；
（5）角鐵預埋件1萬元；
（6）土建14萬元。
合計43.5萬元。
自投入運行至今，一直隨主機運行，經環保檢測其粉塵排放濃度為31.73mg/Nm3。經多次檢查一直無故障運行。現對其進行經濟分析：
（1）系統總裝機容量：(75+4+5.5)=84.5kW，因此除塵器運行阻力小。為充分降低其動力消耗，該廠為除塵器主風機配了變頻。其總電流平均僅為 110A，故實際耗電為41.8kW，一年按照300天（7200小時）計算，電費按0.45元/kWh計算則全年電耗為13.54萬元。
（2）濾袋壽命正常情況下可使用2年左右，按1.5年換一次計算，則年濾袋費用為2.5萬元。
（3）設備至今零維修費用，花板，管道按4年一換，則每年需2.5萬元。
（4）人員費用按1萬元/年計。
（5）XL系列磚混結構袋除塵器投資費用為43.5萬元，按10年計算，每年折舊費為4.35萬元。
（6）該廠用除塵器之前是深暗火操作，煙氣下限溫度僅50℃左右，煙氣在窯罩內就已經結露，窯罩、煙囪都是水，煙囪每年都需更換。而用了除塵器之后，由于采用強制抽風，底火上移，煙氣溫度略有增加，在60℃左右，剛好達到XL磚混結構袋除塵器配件的下限溫度，基本可以使用。但經常溫度低于60℃，除塵器時常不工作。為使除塵器達到最佳運行效果，我所工藝配料人員對其生料配方進行了調整，使其煙氣下限溫度在65℃左右，熱耗增加20大卡/ kg熟料，年增加費用為3萬元。
（7）回收粉塵，立窯粉塵排放濃度一般在3~30g/m3之間，由于現在該廠采用暗火操作，粉塵濃度較低，按6g/m3計算，出口按35mg/m3計算，則
（6-35×10-3）70000×24×300×10-6=3006 t
粉塵按60元/ t 計算，可增加效益18萬元。
經計算,增加一臺XL磚混結構袋除塵器,年運行費用僅增加9.35萬元。按年產9.5萬噸熟料計，噸水泥增加還不到1元錢。
5.結束語
從運行情況來看，XL系列磚混結構袋除塵器設計合理，一次性投資費用低，運行維護費用省，且更貼近立窯煅燒工藝。該除塵器自2003年投放市場以來，已在100多家企業使用，效果較好，是立窯煙氣治理的首選產品。
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