GMC系列袋除塵器在水泥廠的使用措施與對策
一、前言
GMC系列脈噴型袋除塵器是在水泥廠窯尾成功使用的基礎上，經系列化開發(fā)，可用于水泥廠不同高溫揚塵點和其它工業(yè)窯爐煙氣處理的高溫高效袋除塵器。下面就該系列袋除塵器的工作原理及特點、適用煙氣性能和對應使用措施作一介紹。
1 GMC脈噴型袋除塵器的工作原理及特點
1.1 工作原理
GMC脈噴型袋除塵器屬于高壓低流量清灰袋除塵器，由上箱體、噴吹系統(tǒng)、灰斗及卸灰鎖風裝置這三部分組成。其中上箱體由袋室、預收塵室、多孔扳、濾袋、濾袋骨架組成；噴吹系統(tǒng)由氣包、分室切換閥(離線清灰型)、脈沖閥、噴吹管(帶噴嘴或不帶噴嘴)、文丘里管、控制器組成。
其工作原理為：含塵高溫氣體通過預收塵均風風道進行預收塵和均風后，經除塵器灰斗進入袋室(在線清灰型直接進入灰斗，分室離線清灰型由隔，過濾后的干凈氣體由袋口至凈氣室、除塵器出口排入大氣。為使設備的阻力低于某一特定值，除塵器每隔一定時間或當除塵器的阻力達到一定值時，高壓氣體經脈沖閥產生脈沖氣源脈沖，誘導數倍于氣源的、經過濾后的高溫氣體形成清灰氣流進入濾袋，清灰氣流及其形成的沖擊波使濾袋在瞬間急劇膨脹，由過濾時的“星狀”變成圓形，濾袋在變形運動過程中，伴隨著氣流及沖擊波的反作用抖落粉塵，使吸附濾袋外表面的粉塵落入灰斗，經鎖風卸灰閥排出。
GMC脈噴型袋除塵器采用定時或定阻清灰方式，若除塵器采用定阻式清灰方式(通過在花板上下安裝一差壓表測出阻力)，既能實現除塵器的低能耗運行(節(jié)省不必要的清灰動作)，又可為DCS系統(tǒng)提供除塵器的運行狀態(tài)或故障報警信號。
1.2 GMC袋除塵器的特點
GMC袋除塵器具有以下特點：
(1)除塵效率高，無論選用進口優(yōu)質濾料，還是國產廉價濾料，都能實現(折合成標況)小于50mg／m3的低濃度排放；
(2)與傳統(tǒng)的反吹風袋除塵器相比，設備體積小,重量輕，鋼耗少，安裝工作量小；
(3)清灰耗氣量小，動能大，清灰徹底，系統(tǒng)阻力低，運行電耗小；
(4)濾袋使用壽命長，維修、維護工作量小，設備運行管理費用低；
(5)清灰高壓氣源主要起誘導作用，清灰氣流中的大部分氣體來自除塵器內已過濾的高溫干凈氣體,避免因大量外部冷空氣的引入造成系統(tǒng)結露。
2 水泥廠高溫煙氣的特點
2.1烘干機煙氣
水泥廠常用的烘干設備有：回轉式烘干機、立式烘干機、懸浮烘干機、流態(tài)烘干機等，其中使用較為普遍的是回轉式烘干機。通常需烘干的物料為粘土、頁巖、礦渣、鋼渣、煤等，烘干不同物料產生的煙氣特性是不同的，但一般都具有如下特點：
(1)煙氣水分較高且波動比較大，最高可達15％以上,露點溫度高,最高達 60℃左右；
(2)含塵濃度較高，一般超過 50 g／m3，其中烘粘土時往往要超過lOOg／m3。
(3)有些煙氣有一定的腐蝕性；
(4)溫度波動范圍大，正常情況下低于 100℃，不正常時，溫度遠高于 100℃。
2．2立窯煙氣
立窯采用的是半干法生產技術，其煙氣成分較復雜。
(1)煙氣水分較高且波動比較大。正常生產時其濕度為10％左右；當窯內濕料層增厚、底火拉深時，煙氣濕度將高于15％。煙氣露點較高，一般為55％左右。
(2)煙氣溫度波動范圍大。隨著窯內工況變化，窯面溫度為40～ 300℃；當窯內出現特別異常時，窯面溫度可能更高。
(3)粉塵濃度適中，一般為1～ 20g／m3，其葉<30μm的細粉占50％左右。
(4)含有大量的成分復雜的有害氣體，通常有CO，S02，NOx，F及瀝青煙，這些有害物質對除塵設備的本體及濾料確很強的腐蝕性。
2．3回轉窯煙氣
(1)水泥回轉窯窯尾煙氣特點。一是含塵濃度高，窯外分解窯窯尾為60～ 80 g／m3；二是溫度高，窯外分解窯窯尾煙氣溫度為 350℃左右；三是含塵顆粒細，小于10μ占60％；四是粉塵中含有一定的堿性成分，粘性大，剝離性差；五是煙氣的成分復雜，含有多種污染物，除粉塵、煙塵外，還有如S02，NOx和氟化物等有害氣體；六是含有一定的水蒸汽，如采用增濕塔噴霧將煙氣溫度從 350℃降到 200℃，其水蒸汽體積分數達10％左右。
(2)回轉窯窯頭(篦冷機)煙氣特點。一是溫度波動范圍火，正常運行時溫度波動范圍為100～ 250℃，異常情況時溫度可超過 400℃；二是煙氣含塵濃度波動大，正常工況下含塵濃度2～ 30g／m3，其窯況不正常出黃料時，其含塵濃度高達 80g／m3；三是粉塵干燥，顆粒粗，硬度大，對除塵設備的本體及濾料有較強的磨損；四是粉塵中粗顆粒外表面溫度低，但顆粒內部溫度較高，當粗顆粒在袋除塵器濾袋上駐留時間較長時，有可能“死灰復燃”，使除塵濾袋因超溫造成老化甚至燒壞。
3 GMC除塵器的使用措施與對策
要使GMC除塵器真正發(fā)揮出高效性能，并在生產線上長期穩(wěn)定可靠的運行，設計時就要針對各水泥廠不同揚塵點的具體情況，合理確定GMC除塵器的內部結構、脈沖閥的型式、噴吹系統(tǒng)型式、袋籠結構、濾袋的結構、濾材的性能和材質、灰斗及鎖風卸灰閥的型式等。
3.1“在線清灰”與“離線清灰”的選擇
3.1.1在線清灰
在線清灰是指除塵器在進行清灰時，濾袋所在袋室仍然在進行煙氣過濾。清灰瞬間，噴吹系統(tǒng)產生的清灰氣流在相反方向阻擋住過濾的煙氣氣流，同時使濾袋膨脹振蕩剝落粉塵。采用“在線清灰”方式的除塵器具有如下特點：
第一,除塵器內部等同于一個火氣室，氣流分布均勻,所有濾袋所承受的過濾負荷基本相同，除塵器阻力穩(wěn)定；
第二，全部濾袋同時參與過濾，有效過濾面積最大,鋼耗低，設備成本較小；
第三,結構簡單，省去隔離閥門，可動部件少,控制簡單,設備整機故障率低；
第四,清灰后有“二次吸附”現象，要克服與清灰氣流逆向運行的氣流阻力，清灰能耗較大；
第五,必須在停機狀態(tài)下檢查或更換濾袋。
3..1.2離線清灰
離線清灰是指將除塵器內部分成若干個獨立的氣室,每個氣室的凈氣室、袋室、灰斗都用隔板隔開,氣室的進出口裝有閥門。系統(tǒng)在對某個袋室進行脈噴清灰時,先要通過控制閥門將相應的氣室與其他氣室隔離開，使之暫不過濾，然后對廢室濾袋逐行進行清灰，清灰結束后再將廢室投入運行。采用“離線清灰”方式的除塵器具有如下特點：
第一,除塵器內微分成若干氣室，大型除塵器袋室數量多，任一時刻總有一室處于清灰狀態(tài)，而中小型除塵器用于清灰的時間較短，清灰時才有一氣室與系統(tǒng)脫離，濾袋承受的過濾負荷常有變化；
第二,動部件較多，設備結構及控制較為復雜,設備整機故障率相對較高；
第三,清灰袋室不參與過濾，有效過濾面積小于總過濾面積,設備成本較高；
第四,離線清灰,無“二次吸附”現象，節(jié)約清灰動能；
第五,可通過入口和出口隔離閥門將任一袋室與除塵器隔離開來，能在除塵器正常工作時(即在線)檢查或更換濾袋。
3.l.3 清灰方式的選用
當除塵器處理風量較小，尤其在選用國產濾料，過濾風速小于 1m／min時，可采用“在線清灰”方案。如小型回轉窯的窯尾、篦冷機、烘干機、立窯等高溫揚塵點均可優(yōu)先選用“在線清灰”方案。處理風量較大的大型除塵器，應優(yōu)先考慮選用高過濾風速濾料，減小設備體積，并保證除塵器與主機很高的同步運轉率，推薦采用“離線清灰”方案。
3.2噴吹系統(tǒng)的設計
GMC除塵器噴吹系統(tǒng)由脈沖閥、氣包、噴吹管(含噴嘴)、文丘里管等組成，噴吹系統(tǒng)設計的優(yōu)劣直接影響清灰效果及濾袋的壽命，是決定一臺除塵器性能好壞的關鍵。最佳的噴吹系統(tǒng)設計是應該緊密結合工藝的實際情況才能確定的。
3.2.1脈沖閥的選擇
脈沖閥實際是一種橡膠隔膜電磁閥，最常見的有直角閥和淹沒閥兩種形式。其中，直角閥因氣流在閥體內必須轉90°，所以阻力大；淹沒閥實際是直接利用氣包代替直角閥的下部分閥體，在氣包上焊接安裝法蘭，直接將噴吹管穿過氣包插入脈沖閥，阻力小。目前市面上常見的脈沖閥生產商有美國ASCO公司、澳大利亞GOYEN公司以及國內的幾家廠商。
由于烘干機、立窯及小型回轉窯窯尾等揚塵點的除塵器處理風量小，濾袋長度較短(小于 3750mm)，建議選用1 1/2〃國產直角脈沖閥；處理風量較大的中型袋除塵器，設備體積比較大，濾袋比較長，一只脈沖閥要吹15條或更多的濾袋，推薦選用國外名牌廠商生產的1 1/2〃以上口徑的第二代直角脈沖閥（即入口采用法蘭連接，出口采用插接方式的閥門)；大型除塵器所用脈沖閥既要考慮口徑，還應考慮壓力損失，推薦選用國外名牌廠商生產的淹沒閥；特大型袋除塵器可考慮采用雙閥門對吹的噴吹形式。
3.2.2 清灰系統(tǒng)的設計
(1)氣包設計。GMC除塵器采用高壓噴吹技術,氣包壓力0.3～0.7MPa。設計時要參照壓力容器的設計標準，用標準無縫鋼管加工成圓筒型最為經濟：氣包的長短要考慮容積、安裝、運輸等因素，小型除塵器可用一個氣包，大中型除塵器要設計成多氣包或每個袋室一個氣包。
(2)噴吹管設計。噴吹管通常用無縫鋼管加工而成,設計原則如下：依據系統(tǒng)阻力及鋼耗確定管徑大小,但與淹沒閥配套的噴吹管必須與淹沒閥口徑相匹配。為保證每條濾袋所受噴吹動能基本相等,不同位置噴吹孔孔徑是不相等的；為防止噴吹孔加工偏差造成噴吹氣流偏離中心現象，長濾袋的清灰,可在噴吹管上安裝超音速引流噴嘴，以保證噴吹氣流朝下的垂直角度并能以高能量誘導更多氣流進入濾袋。
(3)文丘里管的使用。使用文丘里管，一是保住噴吹壓力，把自然擴散氣流集中起來，在文丘里管底部周圍形成最大壓力氣流，有效地把清灰動能傳送到濾袋底部；二可增加脈沖閥的清灰過濾面積，尤其對粉塵粘性強、濾料阻力比較大或濾袋比較長的除塵器(如窯尾袋除塵器)，安裝文丘里管可提高清灰效率。但由于文丘里管出口直徑縮小，經過濾的凈氣通過文丘里管時會增加流速，造成除塵器阻力增加；另外文丘管也占用了除塵器的高度空間或使濾袋的局部過濾功能失效，所以文丘管的使用與否要綜合權衡。
3.3袋籠結構設計
袋籠直徑和長度是由濾袋決定的。袋籠材料一般選用Q 235A 冷拔剮鋼絲，袋籠外徑比濾袋內徑小2～ 3 mm，除塵器在不同使用場所袋籠表面處理及冷拔絲規(guī)格見表1。袋籠垂直鋼絲根數與濾料材質有關，氈類濾料要保證二鋼絲之間弦長距離不超過 25 mm；覆膜玻纖膨體紗等非氈類濾料要保證二鋼絲之間弦長距離不超過 20mm，這樣保證了濾袋的曲撓量足夠小(小于0． 7mm)，可較大限度地避開玻璃纖維濾料不耐碰撞和磨擦的缺陷，提高濾袋的使用壽命。
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表1 除塵器在不同使用場所袋籠表面處理及冷拔絲規(guī)格
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立窯煙氣具有很強的腐蝕性，立窯除塵器的袋籠實際是易損件，其表面防腐層耍有足夠的防腐功能，以保證袋籠有較長的使用壽命。
3.4濾袋材質選擇
濾袋在一定程度上決定了除塵器的性能。由于濾料耐溫的制約，袋除塵器的煙氣入口溫度應被嚴格控制在濾料所能承受的溫度以下，超溫煙氣在入除塵器前要采取降溫措施。GMC袋除塵器的幾種常用濾料的性能比較見表2，濾料的選擇應根據煙氣的特性考慮確定。例如，篦冷機袋除塵器選擇濾料時要考慮耐高溫和耐磨性能，窯尾袋除塵器選擇濾料時要考慮耐高溫和抗水解性能。對于處理小流量的高溫煙氣場合，在性能上能滿足要求的前提下，選擇濾料時首先要考慮價格；
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表2 GMC袋除塵器常用濾料的性能比較
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進口覆膜玻纖布是以美國唐納森公司的TETRATEX(r)#7005濾料為例。
選擇濾料時首先要考慮價格；選擇大型水泥窯尾袋除塵器濾料時，應首先考慮過濾風速及使用壽命。
3．5鎖風卸灰裝置的選擇
GMC袋除塵器在處理入口濃度< 200g/m3 較低濃度高溫煙氣時，鎖風卸灰裝置的選擇基本可不考慮卸料能力，常用的幾種鎖風卸灰裝置比較見表3。從表3中可看出，可優(yōu)先選用電動雙層卸灰閥和氣動雙層卸灰閥。因為，氣動雙層卸灰閥在運行過程中還有輔助振打功能，有利于窯尾等粘性粉塵的下料；但在高寒地區(qū)最好選用電動雙層卸灰閥。
3．6控制系統(tǒng)
GMC袋除塵器的控制系統(tǒng)除要完成各清灰脈沖閥及氣室隔離提升的動作控制外，還要進行除塵器入口溫度的檢測與控制。大中型水泥廠還要為DCS系統(tǒng)提供除塵器運行狀態(tài)的信號，但其在除塵器總造價中所占比重很小，故硬件可推薦選用性能穩(wěn)定可靠、特別適宜水泥廠惡劣環(huán)境的PLC。
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表3 常用的幾種鎖風卸灰裝置比較
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4．結論
(1)烘干機袋除塵器一般因處理風量小，可采用國產廉價小口徑脈沖閥、中溫易清灰濾料、存線噴吹技術，能實現高效、低阻、高可靠性、低運行費用，尤其較高的性能價格比增強了市場競爭力。
(2) GMC立窯袋除塵器與GMC烘干機袋除塵器一樣，具有高效、低阻、高可靠性、低運行費用、高的性能價格比；而且較輕的設備重量使得很容易在立窯環(huán)保改造時直接將其安裝于立窯房頂某一平面，大大節(jié)約非標和設備基礎費用，并降低了運行電耗。
(3)GMC篦冷機袋除塵器最突出的特點是低阻、高可靠性、低運行費用，尤其該除塵器具有預收塵室及外過濾特點，能有效減小粉塵對濾袋的磨損。
(4)GMC窯尾袋除塵器一般處理的是大風量煙氣，選用窯尾除塵器時首先要是能高效除塵并能實現低濃度排放。隨著水泥工業(yè)產業(yè)結構的調整，新建的現代化水泥廠以5 000t／d以上規(guī)模為主流，選用窯尾袋除塵器時還要考慮體積小、占地少和運行成本低等因素。GMC窯尾袋除塵器在配置優(yōu)質高過濾風速濾料時完全能滿足要求，是目前及將來相當長的時間內理想的首選環(huán)保設備。
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