电收尘器和袋收尘器工艺性能研究.doc

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1、现代水泥工艺电、袋收尘技术经济性研究以新型干法水泥熟料生产线为例彭宣瑞摘要：对于新型干法水泥熟料生产线，窑尾是生产线最大的污染源。业界人士对于窑尾采用电收尘器还是袋收尘器的争议比较大，即使是采用袋收尘器，对于采用何种系列的袋收尘器的争议也比较大。本文分析了电、袋收尘器收尘机理和使用情况并研究了5000t/d新型干法水泥熟料生产线窑尾电、袋收尘器设备的一次投资、电耗、维护费用和运行费用。研究表明:当排放浓度要求为不大于50mg/Nm3时，在窑尾使用电收尘器设备一次投资和运行费用都为最低。当排放浓度要求为不大于3Omg/Nm3时，在窑尾选用袋收尘器为宜。关键词：水泥窑尾 ；环保 ；电收尘器 ；袋收

2、尘器Technology and Economy Research on Kiln recipitator and Bag Filter for cement industryAbstract：The kiln inlet is the biggest source of pollution in the new dry process cement clinker production line. There is dispute about using the electrostatic precipitator or the bag filter in the kiln inlet, e

3、ven bag filter is adopted, there is still dispute about using what kindof bag filter. The mechanism and service condition of the electrostatic precipitator and the bag filter have been analyzed and the research on the investment, power consumption, maintenance and operation cost for 5000t/d new dry

4、process cement clinker production line kiln inlet have been done in the paper. The research shows: When the emission particle density limit is not more than 50mg/Nm3, the investment and operation costs of the electrostatic precipitator used in the kiln inlet are the lowest. Keyword: cement kiln inle

5、t；environmental protection；electrostatic precipitator；bag filter1引言1.1研究背景水泥厂主排尘点的除尘器一般是指生料及烧成系统的窑尾及生料磨收尘器、窑头篦冷机废气收尘器、水泥磨收尘器和煤磨收尘器。从生产工艺角度看,这些收尘器是不可或缺的主设备,从环保角度看,他们是主排尘点,废气量占全厂总废气量的90%。因此,其重要性不言而喻,而且这些废气的净化处理难度也是最大的。对于粉尘污染物，国内外粉尘污染物治理大都采用电收尘器或袋收尘器。在水泥熟料窑尾废气处理方面，国内也有一些厂检测结果接近 40mg/Nm31，即我国电收尘器排放浓度已能够

6、满足水泥工业大气污染物排放标准(GB4915一2004) 2中要求的不大于50mg/Nm3，对于袋收尘器，国内用于水泥熟料窑尾废气处理的袋收尘器排放浓度已能够做到3Omg/Nm3以下，一些厂检测结果在10mg/Nm3以下3，我国袋收尘器技术和加工制造都已达到发达国家水平。1.2研究意义我国在发展经济的同时很多地方环境受到了不同程度的破坏或污染，当破坏或污染程度超过了环境的自净能力，这种破坏或污染就不可逆转地破坏了生态平衡，危害人类和生物的生存。水泥工业的环境污染主要是粉尘污染(见表1-2)。近年来水泥工业粉尘污染总量有所下降，但仍占工业粉尘排放量的30%以上4。为了深入的探讨，本文主要探讨环境

7、问题中的大气污染问题，具体来说，探讨新型干法水泥熟料生产线水泥回转窑窑尾污染治理及经济性。新型干法水泥熟料生产线，水泥回转窑含尘气体量占整个生产线含尘气体量的60%左右，其中回转窑尾含尘气体量又占水泥回转窑含尘气体量的60%左右，并且回转窑尾含尘气体浓度一般在40一80g/N，是水泥厂主要污染源5。回转窑尾收尘设备可以电收尘器或袋收尘器，但其技术经济性有待全面比较和探讨，所以研究和探讨其技术经济性具有重要实践意义。表1：2000年-2005年水泥工业粉（烟）尘排放统计10年份水泥企业数目（个）水泥总产量（万吨）粉尘排放量（万吨）占全国工业粉尘排放量吨水泥粉尘排放量200043905730097

8、24617.020014653597008903913.62002478266100551468.32003482272500524307.22004568786300498305.82005504297000533335.5国别德国日本美国丹麦占全国工业粉尘排放量（%）1.71.62.31.6表2：2000年-2005年水泥工业粉（烟）尘排放占全国工业粉（烟）尘排放量统计：1.3内容及技术路线本文主要从新型干法水泥熟料5000t/d生产线水泥回转窑窑尾电、袋收尘器设备投资、土建投资等一次投资，电耗、运行费用等运行管理费用方面进行全面的比较，弄清楚5OO0t/d窑尾袋电收尘器投资及运行费用等众

9、多关系，为水泥新型干法生产线窑尾收尘选择方案提供经济合理的依据，为窑尾收尘节能降耗提供思路。2文献综述2.1水泥窑含尘气体排放及含尘气体排放标准国家环境保护局1996年3月7日颁布了水泥厂大气污染物排放标准(GB4915一1996)6，该标准对不同的功能区，不同时间建成(建设的水泥厂环保影响报告书(表)批准日期)的水泥厂规定了不同的污染物排放标准，其中1985年8月1日之前建设的水泥厂回转窑在一类区执行一级标准污染物排放限值150mg/Nm3，二类区执行二级标准准污染物排放限值400mg/Nm3，三类区执行三级标准准污染物排放限值600mg/Nm3;1985年8月1日至1996年12月31日之

10、间建设的水泥厂回转窑在一类区(GB3O95)禁止排放污染物，二类区执行二级标准污染物排放限值 150mg/Nm3，三类区执行三级标准污染物排放限值400mg/Nm3;1997年1月1日起建设的水泥厂回转窑在一类区(GB3O95)禁止排放污染物，二类区执行二级标准污染物排放限值 100mg/Nm3，三类区执行三级标准准污染物排放限值150mg/Nm3。国家环境保护局2004年12月29日颁布了水泥工业大气污染物排放标准(GB4915一2004)7，统一了回转窑和立窑的排放标准，不再按功能区规定排放标准，对现有生产线实行统一的标准并设置达标过渡期，对新建生产线加严了水泥工业大气污染物排放标准。20

11、06年7月1日起至2009年12月31日止，现有生产线水泥窑及窑磨一体机排气筒中的颗粒物排放浓度不得超过100mg/Nm3，自2010年1月1日起，现有水泥窑及窑磨一体机排气筒中的颗粒物排放浓度不得超过 50mg/Nm3，单位产品排放量不得超过0.15kg/t，也就是说，随着经济的发展，国家对环境保护的要求不断提高。水泥生产过程中排出的各种气体的含尘浓度,不应超过水泥工业大气污染物排放标准(GB4915-2004)规定。结合水泥厂的具体情况,各车间工作岗位空气中粉尘允许浓度,应符合表2-1的要求:表2-1 水泥厂车间岗位空气中粉尘的最高允许浓度：序号车间名称容许最高含尘量（mg/m3）1砂岩破

12、碎、粘土破碎、含10%以上游离水的sio2粉尘。22水泥粉磨、水泥库、水泥包装、熟料破碎和输送。63石灰石破碎及输送、含10%以下游离水的sio2粉尘.64粘土破碎及输送、生料及输送。105破碎库及输送、生料及输送。106煤、石膏破碎及输送107其他无毒粉尘和煤灰103水泥窑收尘方式及工作原理3.1水泥窑收尘的几种方式按照工作方式来分，水泥工艺收尘设备可分为：（1）重力收尘设备：主要为降尘室。（2）惯性收尘设备：以旋风式收尘设备为代表。（3）过滤作用收尘设备：如袋式收尘器。（4）电收尘设备，如电收尘器等。近年来，随着水泥工艺收尘技术的发展，综合经济性和实用性，目前大部分收尘工艺以电收尘器和袋收

13、尘器为主。3.2电收尘器原理及处理效果电收尘器是利用静电力实现粒子与气流分离的一种除尘装置。利用高压静电在放电极(阴极)发生电晕放电，产生大量自由电子和正离子，正离子被阴极吸引过去而失去电荷，自由电子和吸附了自由电子的负离子受电场力作用向集尘极(正极)移动，并充满两极间的绝大部分空间。含尘气体通过电场时，自由电子和负离子与粉尘碰撞并附着在粉尘上，使粉尘荷电。集尘极(正极)表面附着一定厚度的粉尘后，用机械振打等方法清除掉该粉尘使其落入收尘器下部灰斗。放电极(阴极)也会附着少量粉尘，隔一定时间也需进行清灰。原理图见图2-1：3.3袋收尘器原理及处理效果袋收尘器是以过滤机理分离粉尘，使含尘气体得到净

14、化的装置。袋收尘器余尘效率高，入口含尘浓度对排放浓度影响不大，一般可达99.9%，排放浓度控制在 10mg/Nm3以内。每小时处理风量，小的可以做到几万立方米，大的可做到几百万立方米，可以实现分室在线检修，设备正常运行过程中不会出现昌故排放。当然，粉尘浓度过高，将促进粉尘的凝聚而使粉尘的表观粒径增大，用于捕捉，但清灰次数会增加，对滤袋不利。袋收尘器的使用受到含尘气体温轰、含湿量、粘附性的限制。处理温度高的含尘气体需要使用耐高温滤料;处里含湿量大、温度低的含尘气体需要使用抗结露滤料;含尘气体中的粉尘粘附勺过大清灰困难，没有一定粘附力滤袋将失去捕集粉尘性能。目前用于窑尾袋收尘的袋收尘器主要有脉喷袋

15、收尘器、反吹风袋收尘器两中形式，其中脉喷袋收尘器又分在线清灰和离线清灰两种形式。4电、袋收尘器的相关指标的比较4.1水泥窑尾电、袋收尘器的稳定性窑尾烟气的温度通常在350左右，当窑磨一体运行，由于生料需要一定的温度来烘干它，烟气通过增湿塔调质降温至220，此时对于使用电收尘器或袋收尘器增湿塔喷水量基本一样。当生料磨停机，收尘器直接操作(烟器由增湿塔经管道直接进入电收尘器)时，如果使用袋收尘器，理论上说，烟气温度只需降到260以下即可，但是考虑到温度高烟气量大，为了减小废气体积，正常使用过程中，烟气温度也会降到160左右;如果使用电收尘器，因为需要烟气的比电阻在10451010。通常要求经过增湿

16、塔调质后烟气温度降到130一150，这样进入电收尘器的烟气的比电阻正好在10451010之间，此时电收尘器除尘效率最高。这样使用电收尘器所需喷水量较用袋收尘器有所增加，用电量也有所增加。在生料磨停磨开磨转换期间及以后会有一个烟气调整适应除尘的过程，此过程中，电收尘器排放浓度可能会超标。如果是用袋收尘器，此时不会出现超标情况，因为直接操作时增湿塔出口烟气温度在220左右，正好是袋收尘器除尘理想的温度。也就是说，袋收尘器达标运行稳定性比电收尘器达标运行稳定性好。当然如果环保要求高，例如某些地区要求窑尾收尘器出口浓度不超过30mg/Nm3，那么袋收尘器很容易做到，但电收尘器还需要从电场长度、异极间距

17、，电场布置等方面进行改进，投资会加大，但是达标运行稳定性不如袋收尘器，从低浓度排放和设备达标运行稳定性方面出发选用袋收尘器更合理。4.2电袋式收尘器能耗比较两者能耗大小的比较主要是电收尘器电晕放电，能耗与袋式收尘器克服阻力耗能的比较因为两者都分别占到该种收尘器总能耗的85%左右。4.21电收尘器电收尘器粉尘的收集是依靠高压电源所提供的其能耗与收尘效率密切相电场电晕放电来实现的，其能耗与收尘效率密切相关，可用平均工作电压、平均工作电流与需用高压电源台数三者的乘积来计算，得出实际的功耗。但在方案比较时仅已知需求的效率与处理的烟气流量情况下，也可用HJwhite的电收尘效率与电晕功率关系曲线来估算。

18、根据曲线，可查出表中的对应数据：9收尘效率（%）单位电晕功率（w/m3/s）90.0020099.0040099.3060099.5080099.75100099.801600效率超过99.5%以后 电晕功率急剧增加，作为能耗比较，上述数据可做参考依据。如处理烟气量600 000m/h。效率为99%时 N=66.7kw 99.5%时 N=133.34kw99.8%时 N=266.68kw4.22袋式收尘器袋式收尘器克服阻力所需功率按下式计算:N=QP/3 6001 000u1u2，KW通过比较计算，当电收尘器效率为 99.8%时，袋收尘阻力为1500Pa时，两者的功率是相当的。可以认为如果电收

19、尘器效率在99.8%以下，其能耗低于袋尘器,反之,效率超过99.8%时,其能耗高于袋收尘器。如果效率偏离越（高于或低于）两者能耗的差异会越大。4.3收尘器的节能比较上述能耗的比较，实际上不是一成不变的。根据技术的发展与优化设计，无论是电收尘器还是袋式收尘器，都可以实现提高效率，降低能耗的目标。 4.3.1电收尘器节能比较根据镇江船艇学院的关于复合式电收尘器的一项实验8，工作电压对电收尘器的收尘效率的影响有下图图4-1：收尘效率随工作电压变化图图中反映了收尘效率随着工作电压变化的规律：工作电压对收尘效率待作用显著。在其他条件稳定的情况下，收尘效率随着工作电压的提高而提高。4.3.2袋收尘器的节能

20、比较过滤风速（气布比）是选择袋收尘器的基本参数,不仅影响收尘器的造价与使用效果,与能耗有直接关系。可以认为,一台收尘器的阻力由两部分组成,一是滤袋的阻力,二是气体通过收尘器时各项局部阻力滤袋阻力。滤袋阻力:PB=POPdoPd式中PB滤袋阻力，Pa；PO洁净滤袋阻力Pa；Pdo初始粉尘层的阻力，Pa；Pd动态粉尘层的阻力，Pa；对于使用中具体的确定的滤袋，PO与Pdo是确定的，基本不变。而Pd是动态的。从上式可以看出，滤袋的阻力与过滤风速成正比，降低过滤风速，降低阻力对节能是十分直观的。根据镇江船艇学院的关于复合式电收尘器的实验，系统风速对收尘指标的影响如下：将系统风速作为变量，考察其对收尘效

21、率的作用规律：图中反映：（1） 粉尘初始浓度5g/m3时，收尘效率相对较低；（2） 从5g/m3 到45g/m3时，收尘效率呈相对稳定且逐步上升之势；（3） 45g/m3时，收尘效率有所下降。4.4窑尾收尘器技术经济综合分析电除尘器与袋除尘器两者每年的经济成本（根据每年的利率计算示于图）：现将所选电、袋收尘器一次投资，电耗及电费，运行费、每年净效益、投资回收期列表如下表4-1：电、袋收尘器技术经济综合性比较设备名称比较项目CDPK-E/322/3/2电收尘器CMC160-216型国产覆膜滤袋脉脉冲阀总价(万元64滤滤袋总价(万元256电费(万元)202.77206.69一次投资（万元）7437

22、73.6运行费用(万元)270.81353.17每年净效益(万元)1192.191109.83投资回收期(年)0.6230.697从上表可以看出：（1） 电费相差不大，运行费用的差距主要是滤袋和脉冲阀的成本的大小。（2） 电收尘器一次投资最少，每年净效益最高，投资回收期最短。（3） 袋收尘器中，使用国产覆膜滤袋的在线脉冲袋收尘器一次投资最少，年运行费用最低，投资回收期最短。5结论本文通过对电、袋收尘器一次投资、电耗、维护费用和运行费用的综合分析与研究，得出如下结论：电收尘器，袋式收尘器都是高效收尘设备，在国内外广泛应用于高温烟气收尘，达到国家排放标准的要求。在市场经济中，两者互相竞争，互相促进

23、，技术不断进步，长期共存，共同发展。袋式收尘器的特点是效率高，在排放要求特别严格的场合，容易实现国家与地方制定的标准的要求，而电收尘器系统阻力低，且比较稳定，易受到生产工艺的青睐。 (1)当排放浓度要求为不大于5Omg/Nm3时，在窑尾使用电收尘器设备一次投资和运行费用都为最低，一次投资袋收尘器比电收尘器高4%30%，运行费用袋收尘器比电收尘器高30%52%。建议窑尾选用电收尘器。(2)当排放浓度要求为不大于30mg/Nm3时，从低浓度排放和设备达标运行稳定性方面出发而在窑尾选用袋收尘器为宜。6结束语尽管我国收尘技术已有长足的发展,但是形势的发展需要我们继续努力,展望水泥厂环保收尘技术的未来,

24、有如下看法:(1)随着环保要求的日益严格,袋收尘器将越来越多地应用于窑尾、窑头的废气处理,电除尘器将更多地被改造为袋除尘器,甚至袋收尘器逐渐取代电收尘器。(2)随着水泥原料辊式磨机的大量应用,简化粉磨工艺,将大量采用窑尾高浓度袋收尘器作为成品收集器。(3)窑头、窑尾及生料磨的成品收集一体的混合袋除尘工艺将越来越多。(4)随着信息化时代的到来,对水泥厂排尘的自动连续监控将逐渐实施。基于无线通讯技术进行设备运行故障智能监测及控制的“傻瓜”袋除尘器将很快出现。(5)由于电、袋收尘器各自的优缺点,真正的电、袋合一的收尘器将出现,并投入工业运行,它集电收尘器和袋收尘器的优点于一身,靠静电作用于滤袋积灰的

25、清除,高效、高气布比、低阻力、低出口排放。环境保护。7参 考 文 献1高进，毛志伟，李健，等.大型高效电除尘器的研制技术鉴定资料.合肥水泥研究设计院.20062 GB4915一2004，水泥工业大气污染物排放标准S.北京:中国标准出版社，20043 吴善淦，沈玉祥，王建，等.珠江水泥有限公司5300t/d窑尾袋式除尘器C.中国硅酸盐学会环境保护分会2007年学术年会论文集.2007:70一734高长明.关于我国水泥工业高污染的反思C.中国硅酸盐学会环境保护分会2007年学术年会论文集.2007:6一85 徐平安，陈章水，田立忠，等.高温高效脉喷型袋除尘器的研制技术鉴定资料R.合肥水泥研究设计院.20046 GB4915一1996.水泥厂大气污染物排放标准S.北京:中国标准出版社 19967 GB4915一2004，水泥工业大气污染物排放标准S.北京:中国标准出版社，20048 李伟,李芳 , 镇江,镇江船艇学院, 高风速复合式电收尘器的试验研究，20079 李 铨,合肥，合肥水泥研究设计院, 高温烟气采用电、袋收尘器比较中的若干问题，200510 曾昌伍, 彭书传合肥工业大学, 电、袋收尘器关键问题探讨，2007第 17 页 共 17 页