合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 吳善淦
1、水泥工業(yè)粉塵排放及治理狀況
水泥工業(yè)是高消耗、高污染工業(yè)，水泥產(chǎn)量的持續(xù)大幅增長(zhǎng)給資源和環(huán)境帶來(lái)巨大的壓力；水泥工業(yè)對(duì)大氣所產(chǎn)生影響的主要污染源是粉塵和廢氣，粉塵污染排放大大高于國(guó)外同行業(yè)，粉塵主要是由于水泥生產(chǎn)過程中原、燃料制備和水泥成品儲(chǔ)運(yùn)，物料的破碎、烘干、粉磨、煅燒等工序產(chǎn)生的廢氣排放或外逸而引起的。根據(jù)我國(guó)每年的水泥總產(chǎn)量推算，我國(guó)目前每年因水泥生產(chǎn)向大氣排放的各類粉塵量達(dá)到約1200萬(wàn)噸以上。
水泥工業(yè)重點(diǎn)進(jìn)行節(jié)能降耗工作，主要是通過技術(shù)進(jìn)步，大力推廣新型干法窯外分解技術(shù)，促進(jìn)工藝結(jié)構(gòu)的調(diào)整，大幅降低能耗，改善環(huán)境并使生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。大型水泥企業(yè)煙塵排放達(dá)標(biāo)排放率95.0％以上，工業(yè)粉塵排放達(dá)標(biāo)率98.0％以上，固體廢物綜合利用率100％。
2、水泥工業(yè)污染防治政策與排放要求
2.1水泥工業(yè)大氣污染治理的技術(shù)依據(jù)
1、《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》；
2、《水泥廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4915-2004；取消了地區(qū)類別、熱力設(shè)備：<50Mg/Nm3、通風(fēng)設(shè)備：<30Mg/Nm3、噸產(chǎn)品排放量：<0.5Kg/噸產(chǎn)品（現(xiàn)狀：立窯3Kg/噸產(chǎn)品、旋窯1Kg/噸產(chǎn)品；發(fā)達(dá)國(guó)家0.04-0.07Kg/噸產(chǎn)品）、執(zhí)行排污許可證制度（總量550萬(wàn)噸/年）。
3、《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》（修正）；
4、《保護(hù)農(nóng)作物的大氣污染物最高允許濃度》GB9137-88；
5、《國(guó)務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護(hù)若干問題的規(guī)定》；
6、相關(guān)的環(huán)保技術(shù)政策和水泥工業(yè)先進(jìn)成熟的技術(shù)及裝備。
7、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16297-1996； SO2 、顆粒物；
8、《工業(yè)爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB9078-1996；煙塵；
2.2水泥工業(yè)污染排放標(biāo)準(zhǔn)和防治政策
水泥行業(yè)排放執(zhí)行新修訂的《水泥工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》；新修訂標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙塵、粉塵、二氧化硫、氟化物排放限值大幅度降低，同時(shí)規(guī)定單位產(chǎn)品的最高排放量，增加了對(duì)氮氧化物等排放控制指標(biāo)。新修訂標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將有力促進(jìn)水泥企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，采用先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)，提高環(huán)境保護(hù)水平。
根據(jù)新修訂的標(biāo)準(zhǔn)，從2005年1月1日起，新、改擴(kuò)建水泥生產(chǎn)線的粉塵排放濃度就應(yīng)達(dá)到：破碎機(jī)、磨機(jī)、包裝機(jī)等通風(fēng)設(shè)備粉塵排放濃度30mg/Nm3以下，窯、烘干機(jī)、篦冷機(jī)等熱力設(shè)備排放濃度在50mg/Nm3以下；從2010年1月1日起現(xiàn)有生產(chǎn)線所有生產(chǎn)設(shè)備的粉塵排放濃度均執(zhí)行上述排放要求。
隨著水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，水泥生產(chǎn)工藝線日趨大型化，這些大型水泥生產(chǎn)線，每條線都有大量的除塵器，窯尾除塵是水泥工業(yè)環(huán)保關(guān)鍵所在。大型水泥廠的窯尾除塵，過去大多采用電除塵器，由于電除塵器對(duì)比電阻的敏感性及其除塵機(jī)理決定，其煙塵排放濃度較高，一般都在100mg/Nm3以上。隨著環(huán)保新修訂標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，窯尾煙塵排放濃度都要求小于等于50mg/Nm3，沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)、四川、河南、廣東、江蘇等省要求窯尾煙塵排放濃度小于10mg/Nm3，因此，采用袋式除塵器是窯頭、窯尾除塵發(fā)展的趨勢(shì)。也有不少水泥廠根據(jù)企業(yè)自身設(shè)備、資金情況，將不能達(dá)標(biāo)排放的電除塵器改造成袋式除塵器，取得了很好的效果。由于袋式除塵器的適應(yīng)能力比電除塵器要強(qiáng)，因此，水泥工業(yè)在窯頭、窯尾采用袋式除塵器越來(lái)越多，發(fā)展勢(shì)頭迅猛。
3、水泥工業(yè)除塵技術(shù)的發(fā)展
3.1電除塵器和袋式除塵器
自1906年靜電除塵器(ESP)第一次被應(yīng)用于工業(yè)以來(lái), 已發(fā)展成為一種公認(rèn)的高效除塵裝置，效率可達(dá)到99%甚至更高。在水泥行業(yè)，我國(guó)已能生產(chǎn)配套10000t/d水泥熟料生產(chǎn)線超大型除塵器，處理風(fēng)量200萬(wàn)m3/h。由于電除塵器的收塵效率受粉塵比電阻制約，若要獲得高收塵效率，能耗及初投資都將遠(yuǎn)高于袋除塵；電除塵器對(duì)人體健康危害最大的0.1-2μm的塵粒的除塵效率較差；目前高效除塵技術(shù)越來(lái)越傾向于使用袋式除塵。袋除塵器的主要特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，除塵效率很少受到處理風(fēng)量變化，可以過濾亞微米級(jí)的粉塵顆粒；不受氣體和粉塵性質(zhì)不同的影響。所以水泥廠的塵源點(diǎn)，絕大部分采用袋除塵器，當(dāng)然這還有一些其他原因：不受CO濃度影響――由于電除塵器內(nèi)的放電，會(huì)造成一氧化碳爆炸。在除塵器內(nèi)要安裝防爆裝置，當(dāng)CO含量超過一定值時(shí)，防爆裝置就會(huì)自動(dòng)切斷電源，使高濃度含塵氣體直接排入大氣。而袋除塵器則沒有放電問題，即使在較高CO條件下亦能連續(xù)運(yùn)行。
便于維修－－由于袋除塵器設(shè)有很多室，可關(guān)閉一個(gè)室并在隔離的情況下進(jìn)行維修，對(duì)工藝過程影響很小，電除塵器一般不設(shè)計(jì)成獨(dú)立的室。袋除塵器不會(huì)因“停磨”而排放超標(biāo)—通常全部窯廢氣在進(jìn)入除塵器之前先通過生料磨，當(dāng)停磨時(shí)，窯廢氣直接進(jìn)入除塵器，此時(shí)廢氣溫度、粉塵特性和廢氣水分都會(huì)發(fā)生變化，這種變化常會(huì)造成電除塵器較高的粉塵排放，直至工藝穩(wěn)定為止。
不需設(shè)置噴水系統(tǒng)和消耗水－－通常氣體中的水分對(duì)袋除塵器并非關(guān)鍵，而對(duì)電除塵器卻極為重要，為此袋除塵器不需要噴水系統(tǒng)的投資和操作成本。
袋除塵器在后期需要降低排放時(shí)有更多的選擇，袋除塵器具有采用新開發(fā)濾袋的優(yōu)點(diǎn)，不需要改造除塵器的基本構(gòu)造。
隨著袋除塵器技術(shù)的進(jìn)步，特別是新型濾料的出現(xiàn)，袋除塵器的應(yīng)用范圍更為廣泛。目前，生產(chǎn)中應(yīng)用最廣，市場(chǎng)占有率最高的大型袋式除塵器是脈沖噴吹除塵器。大型化的高效袋式除塵器是現(xiàn)代除塵技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志之一。它除塵效率高，特別是捕集微細(xì)粉塵效果更佳。近年來(lái)，袋式除塵器濾料材質(zhì)的提高和清灰控制自動(dòng)化與本體結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化，為袋式除塵器的發(fā)展提供了技術(shù)保證，大型干法水泥窯窯尾煙氣處理采用袋式除塵器已漸成趨勢(shì)。
袋式除塵器對(duì)窯工況變化的適應(yīng)能力強(qiáng)，無(wú)論是電除塵器還是袋式除塵器均有很高的捕塵效果，只要設(shè)計(jì)選型正確、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良、維護(hù)操作合理，均能保證國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。相比較而言，由于設(shè)備結(jié)構(gòu)及除塵清灰機(jī)理的不同，當(dāng)窯工況失穩(wěn)、熱工參數(shù)偏離原設(shè)計(jì)指標(biāo)波動(dòng)變化時(shí)，袋式除塵器的適應(yīng)能力則要強(qiáng)一些。實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)進(jìn)入電除塵器的廢氣量或含塵濃度超過原設(shè)計(jì)值時(shí)，其除塵效率就會(huì)下降。而窯尾廢氣不可能一直保持在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)。當(dāng)喂料（煤）量、系統(tǒng)漏風(fēng)超過設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，均有可能使窯尾廢氣量超標(biāo)，從而使除塵器的除塵效率下降，排放濃度就會(huì)超標(biāo)。
袋式除塵器可以在非正常工況下達(dá)到最小的排放；現(xiàn)有的水泥窯大多采用電除塵器，運(yùn)行中，受電除塵器自身安全的要求，有2種超標(biāo)情況：①點(diǎn)窯時(shí)煤燃燒不完全，CO超標(biāo)，此時(shí)不向電除塵器供電，引起粉塵濃度超標(biāo)；這種情況時(shí)間不長(zhǎng)，超標(biāo)排放量也不大；點(diǎn)火時(shí)，窯溫上升到一定溫度，燃燒基本正常時(shí)就投料，電除塵器也投入運(yùn)行。時(shí)間很短，而投料之前只有煙塵，即使有一段時(shí)間超標(biāo)，超標(biāo)值很低（200－300mg/m3），排放總量可以忽略。②生產(chǎn)過程中，由于操作不當(dāng)造成CO超標(biāo)，停止向除塵器供電引起的粉塵濃度超標(biāo)排放，此時(shí)由于要對(duì)窯系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，不能停止運(yùn)行，因此只能停止向電除塵器供電，引起粉塵濃度超標(biāo)排放，此時(shí)粉塵濃度超標(biāo)排放量就大了。
運(yùn)行費(fèi)用方面，袋式除塵器的阻力較大，而電除塵器阻力低，因而很多人就認(rèn)為袋式除塵器主風(fēng)機(jī)消耗的電功率也要大很多。其實(shí)電除塵器除了主風(fēng)機(jī)消耗的電能外，還有高壓供電機(jī)組、電除塵器絕緣加熱器及極板的振打等都會(huì)耗電，算起來(lái)兩者的功率消耗相差也不是很大。初投資2類除塵器接近，運(yùn)行費(fèi)和維護(hù)費(fèi)袋式除塵器比電除塵器高一些。不過關(guān)鍵還在于袋式除塵器選用何種濾料。有的濾料價(jià)格每平方米只有幾十元，而有的卻是200－300元，這就直接影響了初投資。濾袋的使用壽命有的1－2年，有的可達(dá)4－5年，這就給維護(hù)費(fèi)拉開了很大的差距。此外，雖然電除塵器和袋式除塵器都有很高的除塵效率，但袋式除塵器在處理微細(xì)粉塵時(shí)要強(qiáng)一些，因而在目前對(duì)環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的情況下，采用袋式除塵器更為有利。
3.2水泥工業(yè)袋式除塵濾料的技術(shù)進(jìn)步
袋式除塵器的除塵效率高是和濾料分不開的,濾料性能和質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到袋式除塵器的好壞和使用壽命的長(zhǎng)短。濾料的性能和質(zhì)量也促進(jìn)袋式除塵技術(shù)進(jìn)步。從國(guó)內(nèi)這幾年的水泥工業(yè)應(yīng)用情況來(lái)看，現(xiàn)有濾料的性能和壽命都能滿足新型干法窯用戶的要求。從國(guó)外進(jìn)口的玻纖薄膜濾料和P84濾料，價(jià)位都很高，且使用的數(shù)量也很大，一臺(tái)除塵就是l一2萬(wàn)㎡，價(jià)值數(shù)百萬(wàn)元。這對(duì)袋式除塵器在水泥工業(yè)新型干法窯的廣泛應(yīng)用，帶來(lái)不利的影響，必須國(guó)產(chǎn)化，降低濾料成本。近年來(lái)國(guó)產(chǎn)的復(fù)合濾料、P84針刺氈、氟美斯針刺氈都已開發(fā)出來(lái)，并在多臺(tái)窯尾袋式除塵器上試用，平均使用壽命可以達(dá)二年以上。值得一提的是國(guó)產(chǎn)高端纖維均也已批量生產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)PTFE、PPS和芳綸纖維每年產(chǎn)量都達(dá)到3000噸以上；國(guó)產(chǎn)P84纖維到年底產(chǎn)量也能達(dá)到300噸左右；質(zhì)量與國(guó)外產(chǎn)品差異不大，高端纖維的國(guó)產(chǎn)化將有利于水泥工業(yè)袋式除塵器的更加普及，投資和運(yùn)行費(fèi)用將進(jìn)一步降低。
3.3水泥工業(yè)袋式除塵主機(jī)的技術(shù)進(jìn)步
水泥生產(chǎn)企業(yè)的塵源點(diǎn)非常多，破碎機(jī)、磨機(jī)、高效選粉機(jī)，輸送帶、料倉(cāng)、庫(kù)頂、庫(kù)底及包裝系統(tǒng)，烘干機(jī)、烘干磨、煤磨及冷卻機(jī)、回轉(zhuǎn)窯（窯頭、窯尾）及窯磨一體等，都產(chǎn)生大量的粉塵和煙塵。過去，水泥生產(chǎn)企業(yè)把除塵設(shè)備應(yīng)用于水泥生產(chǎn)線，不是以環(huán)境保護(hù)為目的，而是出于收集物料，降低消耗，節(jié)約成本，兼顧勞動(dòng)保護(hù)的目的。我國(guó)上世紀(jì)五十年代末期，水泥生產(chǎn)企業(yè)主要采用機(jī)械振打式和人工振打式袋式除塵器，適應(yīng)的工作溫度低、處理風(fēng)量小、清灰效果差、設(shè)備故障多、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。二十世紀(jì)七十年代開始采用壓縮空氣清灰的脈沖袋式除塵器和反吹風(fēng)袋式除塵器。由于當(dāng)時(shí)脈沖閥質(zhì)量差、品種少、故障多，濾料的種類少、性能差、壽命短，袋式除塵器在水泥工業(yè)的應(yīng)用受到很大限制。
上世紀(jì)八十年代后期，我國(guó)引進(jìn)美國(guó)富樂公司的氣箱脈沖和大型分室反吹風(fēng)袋式除塵器。經(jīng)過消化吸收，我國(guó)水泥企業(yè)逐漸接受和采用。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的工程技術(shù)人員開拓創(chuàng)新、自己研發(fā)了窯、烘干機(jī)等高溫、高濕工況專用袋式除塵器和煤磨袋式收塵器，應(yīng)用于水泥企業(yè)。這些袋式除塵器的除塵效率都很高，基本在99.9%以上，保證水泥生產(chǎn)企業(yè)的塵源點(diǎn)，排放濃度降到30mg/Nm3以下，使我國(guó)水泥工業(yè)除塵設(shè)備水平大幅度提高，我國(guó)水泥工業(yè)粉塵散失量占水泥總產(chǎn)量的比例下降到2.0%左右。九十年代國(guó)內(nèi)自己研制的立窯、烘干機(jī)玻纖袋除塵器和煤磨袋式收塵器日趨成熟、穩(wěn)定，應(yīng)用越來(lái)越多。長(zhǎng)袋低壓脈沖除塵器和其它脈沖噴吹的袋式除塵器在水泥工業(yè)的各種磨機(jī)和回轉(zhuǎn)窯也大量推廣應(yīng)用。
3.4水泥工業(yè)袋式除塵清灰技術(shù)進(jìn)步
袋式除塵器使用的關(guān)鍵在清灰，清灰效果很大程度決定著袋式除塵器及整個(gè)系統(tǒng)的成敗，以強(qiáng)力清灰為特征的脈沖袋式除塵器成為首選的設(shè)備。新一代脈沖袋式除塵技術(shù)完全克服了傳統(tǒng)脈沖除塵的缺點(diǎn)，清灰能力強(qiáng)的特征更為突出，使濾袋更長(zhǎng)（6m或更長(zhǎng)），占地面積少，設(shè)備阻力低，清灰所需氣源壓力低，工作可靠，維修工作量小等優(yōu)點(diǎn)，杜絕了弱清灰類袋式除塵器普遍存在阻力過高的現(xiàn)象。袋式除塵器的除塵效率更加提高，排放濃度低于30mg/Nm3已是普遍現(xiàn)象，低于10mg/Nm3也非罕見。主機(jī)和濾袋接口技術(shù)也有了長(zhǎng)足進(jìn)步。過去采取綁扎或螺栓壓緊的固袋方式，濾袋接口存在泄漏，往往使除塵器的除塵效率，同濾料相差1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。新的固定方式是嚴(yán)格控制花板的袋孔以及袋口的加工尺寸，依靠彈性元件使袋口外側(cè)的凹槽嵌入袋孔內(nèi)，二者公差配合，密封性好，從而消除了接口處的泄漏。脈沖袋式除塵器大型化的趨勢(shì)明顯，性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。袋式除塵器在適應(yīng)高含塵濃度方面實(shí)現(xiàn)突破，能夠直接處理含塵濃度很高的含塵氣體，并達(dá)標(biāo)排放，因此，許多物料回收系統(tǒng)拋棄原有的多級(jí)收塵工藝，而改用一級(jí)袋式收塵取代。
3.5水泥工業(yè)除塵配件的技術(shù)進(jìn)步
袋式除塵器各主要部件的質(zhì)量提高，脈沖閥制作更加精良，膜片和電磁閥使用壽命成倍延長(zhǎng)；袋籠均為專機(jī)制作，質(zhì)量都能達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平；袋式除塵器的自動(dòng)控制已普遍采用PLC機(jī)，工控機(jī)（IPC），大型袋式除塵器還采用DCS控制系統(tǒng)。中、小型設(shè)備多采用單片機(jī)或集成電路為核心的控制技術(shù)；耐高溫濾料多樣化、P84、玻纖薄膜濾料在回轉(zhuǎn)窯窯尾袋式除塵器上應(yīng)用越來(lái)越多。針刺氈的應(yīng)用更為廣泛，后處理技術(shù)多樣化，原來(lái)較少應(yīng)用的防油、防水、阻燃、抗水解等處理日漸普遍，使濾料能適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境。表面過濾材料的出現(xiàn)和應(yīng)用，對(duì)微細(xì)粉塵有更高的捕集效率，并將粉塵阻留在濾料表面，容易剝離，使設(shè)備阻力降低;濾袋的制作也更加規(guī)范，一些企業(yè)引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，濾袋的制作質(zhì)量達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。袋式除塵技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在不少細(xì)節(jié)上下功夫，在技術(shù)性能和產(chǎn)品質(zhì)量方面與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相差無(wú)幾。進(jìn)一步凈化了水泥工業(yè)排放的污染物，使粉塵散失量下降到現(xiàn)在的1.7%左右。
4、袋式除塵器在水泥工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)
節(jié)能減排是水泥工業(yè)永恒的主題，水泥結(jié)構(gòu)調(diào)整，大量新上的新型干法水泥生產(chǎn)線，具有工藝先進(jìn)、設(shè)備優(yōu)良，企業(yè)規(guī)模比較大，有利于對(duì)煙塵、粉塵的控制；新修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4915-2004《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》是任何水泥廠都必須執(zhí)行的。有些城市和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)于國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，排放濃度提高到30mg/Nm3，甚至10mg/Nm3；廣東、四川、江蘇、河南等省，新上的工藝線均要求從原料處理到產(chǎn)品采用袋式除塵器，同時(shí)，全國(guó)各省、市逐步在大、中型水泥生產(chǎn)線安裝在線監(jiān)測(cè)儀器，隨時(shí)監(jiān)控?zé)焿m和粉塵的排放。
水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，新型干法水泥生產(chǎn)線快速增長(zhǎng)和環(huán)保法規(guī)及監(jiān)管愈來(lái)愈嚴(yán)格。在發(fā)達(dá)國(guó)家，歐洲、北美等環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)法都很嚴(yán)格，他們的水泥生產(chǎn)線普遍采用袋式除塵器；窯頭、窯尾大都采用袋式除塵器。韓國(guó)水泥廠90%的廢氣是通過袋式除塵器凈化的，這使其水泥粉塵的排放都非常低；很好的保護(hù)了當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境。近五年來(lái)，我國(guó)在新型干法生產(chǎn)線窯頭、窯尾采用袋式除塵器越來(lái)越多。全國(guó)幾大水泥公司全工藝線均采用袋式除塵器；中聯(lián)水泥、冀東水泥、華新水泥、海德堡、中材國(guó)際、亞東等大型水泥集團(tuán)新上5000t/d到10000t/d整條工藝線都是采用袋式除塵器；為了減少排放，中聯(lián)水泥的100多條新型干法水泥工藝線逐步開始把電除塵器改為袋式除塵器；河南南陽(yáng)中聯(lián)、郟縣中聯(lián)于2009年完成電改袋的。可以預(yù)見，隨著新上水泥生產(chǎn)工藝線越來(lái)越少，水泥工業(yè)環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越高，水泥工業(yè)電除塵器改袋式除塵器會(huì)越來(lái)越多；老式袋式除塵器也存在改造問題，袋式除塵系統(tǒng)一級(jí)除塵直接處理高濃度粉塵，排塵濃度和運(yùn)行阻力會(huì)更低，濾袋使用壽命會(huì)更長(zhǎng)。 | 
