我國的水泥生產(chǎn)企業(yè)是由小到大逐步發(fā)展起來的，尤其在“十一五”期間和“十二五”初期，我國水泥工業(yè)取得了長足發(fā)展，新型干法水泥技術(shù)在節(jié)能、大型化方面取得突破性進展，目前新型干法水泥窯規(guī)模以5000t/d熟料規(guī)模為主，規(guī)模 大的已達到12000t/d熟料。
    水泥生產(chǎn)排塵量約占全國排放總量的70%以上，成為工業(yè)粉塵的主要排放源,嚴重污染了環(huán)境，為適應(yīng)國家“十二五”和今后一段時間環(huán)境管理的需求，有效加強對顆粒物、SO2、NOx等的排放控制，國家環(huán)境保護部已于2012年組織對《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2004）進行修訂，新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2013）已于2013年12月27日發(fā)布，將于2014年3月1日正式實施，新標準除嚴格水泥工業(yè)NOx排放控制外，進一步降低顆粒物的排放水平，按照新標準要求，新建企業(yè)自2014年3月1日起，現(xiàn)有企業(yè)自2015年7月1日起，顆粒物排放控制執(zhí)行新標準的排放限值要求：水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)、烘干機、烘干磨、煤磨及冷卻機等熱力設(shè)備排放限值為30mg/Nm3，破碎機、磨機、包裝機等通風(fēng)設(shè)備排放限值20mg/Nm3。另外，重點地區(qū)企業(yè)執(zhí)行大氣污染物特別排放限值:熱力設(shè)備排放限值為20mg/Nm3，通風(fēng)設(shè)備排放限值10mg/Nm3。
    作為新型干法水泥生產(chǎn)線熱力設(shè)備，窯頭和窯尾的粉塵排放是水泥廠 大的粉塵污染源，應(yīng)GB4915-2013新標準的排放限值要求，水泥廠窯頭和窯尾只有采用高效袋除塵器、高效電除塵器和高效電-袋復(fù)合除塵器才能使廢氣排放達標。因袋除塵器具有能處理微細粉塵、除塵效率高、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強、系統(tǒng)運行穩(wěn)定等優(yōu)點，故袋除塵器更有優(yōu)勢，下面主要對水泥廠窯尾袋除塵器的選型及應(yīng)用方面進行探討。
1 回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣的特性
     回轉(zhuǎn)窯的廢氣是由燃料燃燒后的煙氣、水泥原料在分解反應(yīng)中生成的CO2、生料干燥過程中放出的水蒸氣以及過?？諝獾冉M成。廢氣中的粉塵主要是已經(jīng)干燥的和部分分解的入窯生料，少量的熟料微粒、未完全燃燒顆粒和燃料的灰分。此外還有少量鉀、鈉、硫的氧化物結(jié)晶。新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣具有如下特點：
   （1）含塵濃度高，窯外分解窯窯尾廢氣含塵濃度為40～80g/m3；
   （2）溫度高，新型干法窯外分解窯窯尾廢氣溫度為320～350℃左右；
   （3）含塵顆粒細，<10μm的細顆粒占90%～97%，小于2-3μ的細顆粒占50%；
   （4）粉塵中有一定的堿含量，剝離性較差；
   （5）風(fēng)量較大，且隨著窯系統(tǒng)工況變化時風(fēng)量不穩(wěn)定；
   （6）粉塵比電阻高，正常高達1012～1013Ω.cm。
     為響應(yīng)節(jié)能、降耗、減排等政策要求，新型干法水泥生產(chǎn)線積極利用窯尾廢氣的余熱，主要用于物料烘干和余熱發(fā)電等，經(jīng)過余熱利用后的廢氣的特性發(fā)生較大的變化，如廢氣溫度得到降低、粉塵濃度提高等。
2 國內(nèi)窯尾袋除塵技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
　　自上世紀80年代中期以來，我國研究和設(shè)計單位先后引進了美國富樂公司的氣箱脈沖、反吹風(fēng)等系列袋除塵技術(shù)和歐洲的脈沖袋除塵器技術(shù)。我國用于水泥廠窯尾的袋除塵器主要有反吹風(fēng)袋除塵器、在線高壓脈沖噴吹袋除塵器和低壓長袋脈沖袋除塵器，我院先后研制的窯尾用袋除塵器主要有CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器、GMC型高溫高壓脈噴袋除塵器和CDMC型低壓長袋脈噴高溫袋除塵器三種。
　　CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器是我院研制的一種窯尾用袋除塵器，該除塵器采用三狀態(tài)清灰工藝，同時在鋼結(jié)構(gòu)本體設(shè)計方面，采用了標準箱體式和用戶型板塊結(jié)構(gòu)，在260?C以下高含塵濃度煙氣條件下，能長期高效運行，收塵效率可穩(wěn)定在99.99％以上，如采用引進技術(shù)生產(chǎn)的玻纖膨體紗濾袋，可提高濾袋性能和降低阻力。該類除塵器在初期顯示其很多優(yōu)越性，但其具有如下突出特點和不足：①采用內(nèi)濾式，如清灰不徹底會造成袋內(nèi)積灰；②過濾風(fēng)速選取值偏低，設(shè)計過濾風(fēng)速正常取0.45m/min以下，因此設(shè)備鋼耗較高、體積較大； ③采用反吹風(fēng)清灰，清灰動能較低，很難清灰徹底，清灰時引入大量新鮮冷空氣，不利于防結(jié)露。④排放濃度正常能達50mg/Nm3以下。隨著節(jié)材、節(jié)能和環(huán)保意識的逐步提高，尤其擬定新標準的排放濃度限值的降低，CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器將會逐步被脈沖類袋除塵器取代。
    GMC型高溫高壓脈噴袋除塵器是在新型XMC型高壓脈沖袋除塵器研制基礎(chǔ)上于1998年研制成功的，其具有以下顯著的性能特點：①采用外濾式，設(shè)計過濾風(fēng)速可取1.0～1.2m/min，設(shè)備鋼耗較低；②能處理窯尾高濃度含塵氣體，只要一級收塵；③采用高壓脈沖清灰，清灰氣源壓力控制在0.5～0.7Mpa，清灰動能大，清灰徹底； ④除塵效率高，出口排放濃度可控制在30mg/Nm3以下，采用覆膜濾料出口排放濃度控制在10mg/Nm3以下。
    我院在低壓長袋脈沖袋除塵器技術(shù)方面做了長期深入的研究，1999年成功研制了LMC型低壓長袋脈沖回轉(zhuǎn)窯袋除塵器，后來在此基礎(chǔ)上又成功研制了CDMC型低壓長袋脈噴高溫袋除塵器，CDMC型低壓長袋脈噴高溫袋除塵器于2009年通過省級技術(shù)鑒定，并廣泛應(yīng)用于新型干法水泥廠窯頭系統(tǒng)和窯尾（或窯磨一體機）廢氣除塵。CDMC系列低壓長袋脈噴高溫袋除塵器綜合了分室反吹和脈沖清灰兩類除塵器的優(yōu)點，克服了分室反吹清灰強度不足和一般脈沖清灰粉塵再吸附缺點，使清灰效率提高，噴吹頻率大為降低。與以上兩類除塵器相比，該除塵器具有以下明顯優(yōu)點：①清灰氣源壓力為0.2～0.4Mpa，清灰周期比一般脈沖除塵器長，清灰能耗低，②因清灰頻率低，故提高了濾袋和脈沖閥的壽命；③因采用了6米以上長度的濾袋，鋼耗低，占地面積小，節(jié)約設(shè)備和土建等投資；④與反吹風(fēng)袋除塵器相比，采用上部抽袋方式，改善了換袋的操作環(huán)境。
    隨著脈沖閥和濾料技術(shù)的發(fā)展，再加上低壓長袋脈沖袋除塵器具有的顯著優(yōu)點，在新建水泥生產(chǎn)線或老廠窯尾除塵器改造中，低壓長袋脈噴高溫袋除塵器技術(shù)將得到越來越廣泛的應(yīng)用。
3 窯尾袋除塵器的選型
    根據(jù)工藝設(shè)計方案和原始參數(shù)對袋除塵器進行選型，主要步驟包括：袋除塵器類型的確定、處理風(fēng)量的確定、濾料的選擇、過濾風(fēng)速的選取、過濾面積的計算、除塵器規(guī)格的選取等。下面以我院的三種類型及型號的窯尾袋除塵器為例進行介紹。
3.1 袋除塵器類型的確定
    該三種袋除塵器的結(jié)構(gòu)及工作原理介紹如下：
    （1）CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器
    CXS(II)型袋除塵器的主體結(jié)構(gòu)由箱體、袋室、灰斗、進出風(fēng)管四大部分組成,并配有基礎(chǔ)支柱、爬梯、欄桿、檢修門、濾袋及吊掛裝置、壓縮空氣氣路系統(tǒng)、清灰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、卸灰輸送系統(tǒng)等。
    該袋除塵器主要由進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、袋室、灰斗、排灰系統(tǒng)和電控等組成。
    其工作原理：CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器它的工作原理是：正常工作時，含塵氣體在通風(fēng)機作用下壓入進氣部管，通過各進氣支管，進入各個灰斗，均勻地通過花板，然后涌入濾袋，大量粉塵就被滯留在濾袋上，部分直接掉入灰斗，而氣流則透過濾袋達到凈化，凈化后的氣流通過排氣管排入大氣。隨著濾袋織物表面附著粉塵層的增厚，收塵器的阻力不斷上升，通過反吹風(fēng)機通過反吹風(fēng)機的抽吸作用，改變了濾袋內(nèi)外的壓差進行清灰。大量粉塵掉入灰斗，由排灰閥卸出。清灰工作完成后，進行正常過濾工作。收塵器整個運行、清灰過程是由PLC自動控制來完成的。
    （2）GMC型高溫高壓脈沖噴吹袋除塵器
    該袋除塵器主要由灰斗、袋室、凈氣室、噴吹管路系統(tǒng)、排灰裝置、卸灰閥和電控柜等組成。
    其工作原理：含塵氣體經(jīng)過風(fēng)道進入除塵器已擴大的灰斗進行預(yù)收塵，通過導(dǎo)流板均布于各條濾袋之間，粉塵阻留于濾袋表面，為使設(shè)備阻力不超過1500pa, 高壓氣體經(jīng)電磁脈沖閥產(chǎn)生脈沖，使氣包內(nèi)壓縮空氣由噴吹管孔眼噴吹，（稱一次風(fēng)）通過文丘里管誘導(dǎo)數(shù)倍于一次風(fēng)的周圍空氣（稱二次風(fēng)）進入濾袋使濾袋瞬時急劇膨脹，并伴隨著氣流的反作用抖落粉塵，達到清灰的目的，使用PLC自動控制裝置實現(xiàn)定時清灰，可根據(jù)粉塵濃度隨意調(diào)節(jié)清灰周期和脈噴時間，使除塵器在較低的阻力范圍內(nèi)運行。
    （3）CDMC型低壓長袋脈噴高溫袋除塵器
    該袋除塵器主要由進氣管路、進氣室、灰斗、袋室、凈氣室、出口管道、噴吹管路系統(tǒng)、排灰裝置、卸灰閥和電氣控制系統(tǒng)組成。
    其工作原理：含塵煙氣經(jīng)煙道進入塵氣通道，然后折入灰斗。當(dāng)氣流撞擊導(dǎo)流板，部分粗粒由慣性而落入灰斗，其余含塵煙氣的粉塵被阻留在濾袋表面，凈氣相繼經(jīng)凈氣室、出風(fēng)蝶閥和排風(fēng)道 終排入大氣。除塵器運行一段時間后，濾袋外表面捕集的粉塵層增厚，除塵器的運行阻力上升，當(dāng)增加一定值后，就需要對濾袋進行清灰，整個清灰過程主要是通過脈沖閥來進行的，首先關(guān)閉排風(fēng)閥打開脈沖閥，壓縮空氣通過噴管向本排每條濾袋噴射氣流，使濾袋產(chǎn)生變形、震動以達到清灰的目的。清灰結(jié)束后，排風(fēng)閥再次打開，收塵器又進入過濾狀態(tài)，互不干擾，實現(xiàn)了長期連續(xù)運行，提高了清灰效果。
3.2  處理風(fēng)量的確定
    水泥窯尾袋除塵器的處理風(fēng)量應(yīng)根據(jù)工藝計算再結(jié)合經(jīng)驗數(shù)據(jù)，按生產(chǎn)時產(chǎn)生的 大廢氣量選取。新型干法水泥生產(chǎn)線都將窯尾煙氣用于原料烘干，窯尾工藝系統(tǒng)實際上包括了原料粉磨烘干系統(tǒng)。當(dāng)原料磨運行時，除塵系統(tǒng)要同時處理窯尾廢氣和原料磨廢氣，稱為聯(lián)合操作。當(dāng)原料磨停運時，除塵系統(tǒng)只處理窯尾廢氣，稱為直接操作。對水泥窯尾袋除塵器來說，直接操作時由于廢氣量和粉塵濃度較聯(lián)合操作低, 所以應(yīng)考慮聯(lián)合操作時的廢氣量。
3.3 濾料的選擇
    濾料是袋除塵器的核心部件，濾料的性能和壽命直接決定了袋除塵系統(tǒng)的使用性能和經(jīng)濟效果。在進行窯尾袋除塵器用濾料選擇時, 首先要分析廢氣特性對濾料性能的影響, 主要考慮廢氣的溫度、濕度、腐蝕性以及氧化劑等因素，除了廢氣特性外，粉塵濃度、除塵效率、阻力、粉塵剝離率、清灰方式也影響著濾料的選擇；同時, 濾料經(jīng)向緯向斷裂強力和斷裂伸長率也是需要考慮的重要因素。目前，水泥廠窯尾袋除塵器常用濾料主要有玻璃纖維膨體紗、玻纖覆膜、P84和高溫復(fù)合濾料四大類，窯尾袋除塵器常用四種濾料的具體性能特點見表1。
3.4  過濾風(fēng)速ω的選取
    為使袋除塵器高效穩(wěn)定運行，應(yīng)根據(jù)水泥窯尾廢氣的性質(zhì)、工藝狀況、濾料的種類、清灰方式等選取合適的過濾風(fēng)速。對于CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器，濾袋選用玻璃纖維膨體紗濾料和玻纖覆膜濾料，濾料可以在260℃連續(xù)使用，允許瞬間耐溫為280℃，具有耐溫高，抗拉、抗酸堿性好，憎水和憎油性能優(yōu)良有等特點。對于GMC型高溫高壓脈沖噴吹袋除塵器和CDMC型低壓長袋脈噴高溫袋除塵器，濾袋可以選用玻纖覆膜、P84和高溫復(fù)合濾料，該三種濾料各具特點。綜合考慮各因素，對于CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器，當(dāng)選用玻璃纖維膨體紗濾料時，過濾風(fēng)速選≤0.45m/min，當(dāng)選用玻纖覆膜濾料時，過濾風(fēng)速選≤0.6m/min，對于脈沖噴吹袋除塵器，當(dāng)選用玻纖覆膜濾料時，過濾風(fēng)速選≤1.0m/min，當(dāng)選用P84濾料時，過濾風(fēng)速選≤1.2m/min，當(dāng)選用高溫復(fù)合濾料時，過濾風(fēng)速選≤0.90m/min。 具體詳見表１。這里所提的過濾風(fēng)速是凈過濾風(fēng)速，其過濾風(fēng)速數(shù)值為一般建議, 在具體選擇時要充分考慮工藝參數(shù)、濾料的技術(shù)性能、經(jīng)濟性、目標使用壽命、濾料供應(yīng)商等因素，尤其要注意的是, 即使是相同種類的濾料，不同的濾料生產(chǎn)供應(yīng)商所提供的濾料質(zhì)量有較大的差異, 在選取過濾風(fēng)速時, 這種差異要給予充分的考慮。
3.5 過濾面積S的計算
    過濾面積S=處理風(fēng)量Q/(60×過濾風(fēng)速ω)
    式中: S——過濾面積, m2；
          Q——廢氣量, m3/h；
          ω——過濾風(fēng)速, m/min。
    要說明的是, 對于離線清灰的袋除塵器, 采用以上公式計算出來的過濾面積為凈過濾面積, 凈過濾面積是指扣除離線清灰室以后的過濾面積，在具體選型時，根據(jù)推算的總過濾面積選擇相應(yīng)規(guī)格。對于在線清灰的袋除塵器,計算出來的凈過濾面積就是總過濾面積。
3.6  除塵器規(guī)格的選取
     根據(jù)過濾面積，對照相應(yīng)袋除塵器的規(guī)格和性能表選擇一種規(guī)格。該三種袋除塵器的規(guī)格和性能表分別見表2、表3、表4。根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格和熟料產(chǎn)量，也可以為業(yè)主設(shè)計非標型產(chǎn)品。
4  窯尾袋除塵器的應(yīng)用
     CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器是我院研制的一種高效收塵設(shè)備，作為部級項目的科研成果，分別在常州、徐州、萍鄉(xiāng)等水泥廠通過部級鑒定，1982年獲建材部科技成果三等獎，并于一九八五年獲國家科學(xué)技術(shù)進步三等獎。該類型除塵器在GB4915-2004頒布實施前曾經(jīng)發(fā)揮了積極作用，隨著節(jié)材、節(jié)能和環(huán)保意識的逐步提高，尤其是GB4915-2013新標準的排放濃度限值的進一步降低，CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器將會逐步被高溫脈沖噴吹類袋除塵器取代。
    GMC型高溫高壓脈噴高溫袋除塵器自研制以來廣泛應(yīng)用于水泥窯尾廢氣治理，目前已推廣銷售了40余臺，應(yīng)用于新疆屯河五宮水泥廠、烏魯木齊燕兒窩水泥廠、新疆天山和靜水泥有限公司等生產(chǎn)線項目。該類型除塵器技術(shù)于2003年通過省級技術(shù)鑒定，并榮獲“2005年度建材行業(yè)科技進步三等獎”榮譽。
    CDMC型低壓長袋脈噴高溫袋除塵器在許多生產(chǎn)線成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，于2009年通過省級技術(shù)鑒定，該系列技術(shù)和產(chǎn)品已在國內(nèi)外水泥廠廣泛推廣應(yīng)用，可為10000t/d及其以下不同規(guī)模的水泥生產(chǎn)線窯尾除塵提供配套設(shè)備，至今在水泥廠窯尾已推廣應(yīng)用了兩百余臺，成功應(yīng)用于青州中聯(lián)水泥公司、唐山冀東水泥股份有限公司、懷寧上峰水泥有限公司、寶雞眾喜水泥有限公司、春江集團有限公司、沙特NCC、越南緣何公司、埃塞俄比亞等新建的水泥生產(chǎn)線項目。由于突出的應(yīng)用業(yè)績，該類型除塵器技術(shù)申請并獲得3項國家專利授權(quán)，先后榮獲“2003年度國家 佳環(huán)保實用新技術(shù)”、“2004年度環(huán)境保護科學(xué)技術(shù)三等獎”、“中新集團技術(shù)創(chuàng)新成果一等獎”、“2009年度建材行業(yè)科技進步三等獎”等榮譽。
    為適應(yīng)新標準GB4915-2013實施的要求，低壓長袋脈噴高溫袋除塵器由于其具有除塵效率高、清灰徹底、出口排放濃度低、濾袋使用壽命長、維護方便、占地面積小、系統(tǒng)運行穩(wěn)定等優(yōu)點，必將逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來，除廣泛應(yīng)用于新建水泥生產(chǎn)線，該類型袋除塵器技術(shù)在現(xiàn)有生產(chǎn)線窯尾除塵系統(tǒng)環(huán)保改造中發(fā)揮了積極的作用。
5  總結(jié)與體會
?。?）應(yīng)新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2013）的排放限值要求，水泥廠窯尾只有采用高效袋除塵器、高效電除塵器和高效電-袋復(fù)合除塵器才能使廢氣排放達標。因袋除塵器具有能處理微細粉塵、除塵效率高、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強、系統(tǒng)運行穩(wěn)定等優(yōu)點，故袋除塵器更有優(yōu)勢。
?。?）根據(jù)水泥窯尾含塵廢氣特性，為滿足不同時期排放標準的要求，國內(nèi)先后研制的窯尾袋除塵器技術(shù)和產(chǎn)品主要有反吹風(fēng)袋除塵器、在線高壓脈沖噴吹袋除塵器和低壓長袋脈沖袋除塵器，在不同階段發(fā)揮了積極的作用。
?。?）窯尾袋除塵器的選型主要包括袋除塵器類型的確定、處理風(fēng)量的確定、濾料的選擇、過濾風(fēng)速的選取、過濾面積的計算、除塵器規(guī)格的選取等內(nèi)容。
?。?）針對窯尾工藝系統(tǒng)和含塵廢氣的特性，國內(nèi)先后研制和應(yīng)用的典型技術(shù)和產(chǎn)品有三種：CXS型反吹風(fēng)高溫玻纖袋除塵器、GMC型高溫高壓脈噴高溫袋除塵器、CDMC型低壓長袋脈噴高溫袋除塵器，其中CDMC型低壓長袋脈噴高溫袋除塵器應(yīng)用 多。
   （5）為適應(yīng)新標準GB4915-2013實施的要求，低壓長袋脈噴高溫袋除塵器必將占據(jù)主導(dǎo)地位，該類型袋除塵器技術(shù)在現(xiàn)有生產(chǎn)線窯尾除塵系統(tǒng)環(huán)保改造中將發(fā)揮更加積極的作用。