水泥行业超净排放的几点设想之一—— 粉尘控制技术

穆璐莹

（合肥水泥研究设计院，合肥 230051）

0 概 述

2013年，我国水泥工业的粉尘排放量占全国排放总量的30%以上，是重污染行业之一。随着GB 4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》的颁布和实施，污染物排放总量不断减少，水泥行业的减排工作取得了一定成绩。对于水泥企业来说，达到《水泥工业大气污染物排放标准》中的“水泥窑及窑磨一体机烟气粉尘排放标准为30mg/Nm3，水泥磨、煤磨等烟气粉尘排放标准为20mg/Nm3”的要求难度不大。部分地区出台的地方标准更严于国家标准，相关水泥企业也均能达标，因此水泥行业具有一定减排潜能。那水泥行业能否进一步提高标准，实现10mg/Nm3的超净排放目标？本文将从几个关键技术角度讨论一下如何实现水泥行业粉尘的超净排放目标。

目前水泥行业粉尘治理的主要设备有：袋式除尘器、电除尘器和电袋复合除尘器，以及新兴的湿电除尘器。

（1）袋式除尘器。它是依靠滤料作为过滤材料来实现“气固”分离的除尘装置，其工作机理是含尘气体通过滤布时产生的筛分、惯性、粘附、扩散和静电作用而被捕集。

（2）电除尘器。利用高电压产生的强电场使含尘气体局部电离，即产生电晕放电，当含尘气体通过电场时，负离子与尘粒子碰撞并附着其上，实现粉尘荷电，并在电场力的作用下，使气体中的粉尘粒子分离出来。

（3）电袋除尘器。电袋复合式除尘器是将电除尘器和袋式除尘器集合，前面电场对粉尘进行荷电捕集，剩余荷电难收集的粉尘随烟气均匀进入滤袋区，通过滤袋过滤后完成烟气净化。

（4）湿式电除尘器。与干式电除尘器的收尘原理相同，都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下到达集尘板/管。湿式电除尘器集尘极与干式电除尘器不同是其使用耐腐蚀导电材料做集尘极或通过喷水或溢流水形成导电水膜不导电的非金属材料做集尘极。因此捕集效率较干式电除尘器高。

从技术的角度来看，除电除尘器难以实现10mg/Nm3的超净排放目标外，其余三种除尘器均有可能达到超净排放的目标。但从设备维护和稳定性的角度考虑，袋式除尘器是最可行的方案。因此本文着重介绍袋式除尘器实现10mg/Nm3超净排放的几点关键技术。

1 袋式除尘器超净排放的思路

研制具有超净排放功能的袋式除尘器，首先必须讨论超净排放滤料的问题。滤料本身是否能达到超净排放的目标是除尘器能否实现超净排放的最关键因素。当然，袋式除尘器的除尘机理不仅仅完全依靠滤袋的过滤性能，滤袋捕集大部分的粉尘后，在滤料内部和表层滞留了一部分粉尘，即粉尘层。还通过粉尘层的筛分作用捕集粉尘，提高了过滤效率，也是袋式除尘器超净排放的重要思路。粉尘层越厚，粉尘排放浓度越低。因此，如何智能化的清灰，科学保留滤袋表面粉尘层的厚度，是实现超净排放的一大关键因素。另外，除尘器内的气流均布对过滤性能也有一定的影响。如果气流分布不合理，造成局部气流速度过快，该区域逃逸的粉尘增加，从而影响除尘器的排放浓度。除上述关键因素外，防止滤袋破损造成的事故排放，实现袋式除尘器的事故排放预警及自处理技术也是实现超净排放的关键技术。

2 袋式除尘器超净排放的关键因素

2.1 超净排放滤袋

袋式除尘器的发展和推广应用的关键之一就是滤料的发展。滤料作为袋式除尘器的“核心”，其性能和质量，直接关系到袋式除尘器粉尘的排放浓度。滤袋的性能和质量与滤料的结构、纤维形状、加工和后处理等因素有关。

从结构方面说，目前市场上普遍采用覆膜滤料作为降低排放浓度的主要措施。覆膜滤料则是将聚四氟乙烯（PTFE）薄膜覆在滤料表面而成的一种滤料，这层薄膜能进行高效的过滤，过滤性能较好。除覆膜滤料外，多梯度滤袋也成为一种有效控制粉尘的新技术滤料。梯度滤料一般由四层组成，第一梯度由微细纤维构成，孔隙小过滤性能好。粉尘大部分在第一梯度被截留，很难停留在滤料内部，从而保证了滤料内部的气流顺畅，避免了随着滤料的使用运行阻力不断增加的问题，也保证了粉尘的去除效率。

从滤料形状来说，在相同克重下，细旦纤维和异型纤维较普通纤维具有更高的比表面积，能得到更好的过滤效率。此两种纤维普遍应用在要求排放浓度很低的水泥企业中。另外据资料显示，近期研制成功的海岛纤维其比表面积更高，过滤性能更好，因此海岛纤维也可以成为超净排放滤料的另一种选择。

2.2 智能化清灰系统

国内外常用的清灰控制方式有定时和定阻力清灰。定时清灰是指按照预先设定的清灰周期和脉冲间隔控制清灰机构动作。若时间设置不合理，会使滤料的初始粉尘层无法形成，从而粉尘排放浓度增加。定阻力清灰是根据除尘器实际阻力大小来控制清灰。通常设定好阻力的上限和下限，当阻力大于上限时开始清灰，清灰系统开始按照内置的程序周而复始地循环清灰，直到阻力小于下限时停止清灰。两种模式无法对清灰顺序进行调整。

智能化清灰系统将清灰程序和除尘器各个袋室的阻力联系起来。根据各袋室的压差，从高往低依次喷吹，避免多余的清灰动作，保护滤袋表面的粉尘层，减少超细粉尘的逃逸。因此，采用智能化清灰可成为超净排放除尘器的首选清灰系统。

2.3 气流均布系统

除尘器内的每个袋式、每个袋子间的气流均匀性对过滤性能有着一定的影响。目前市场上常使用CFD软件计算模拟除尘器内部气流分布情况。通过不断地模拟并调整袋室隔板高度、气流均布板角度、尺寸等参数，组织含尘气流向除尘器每个过滤单元均匀分配和输送，促使每个过滤单元滤袋的过滤负荷一致，保证各过滤单元流量偏差要求控制在10%之内，使得整个除尘器的气流稳定均布，从而降低因局部气流过大，增加了除尘器的粉尘排放浓度。因此完善除尘器气流均布系统是除尘器实现超净排放的基本要求。

2.4 事故排放预警及自处理技术

水泥企业时有滤袋破损的情况发生，这不仅造成事故排放影响环境，也会引起大批量灌袋的问题，造成不小的经济损失。针对此问题，合肥水泥研究设计院环保团体事故排放预警及自处理技术，通过大量的试验比较，发现破损滤袋清灰之后有明显浓度峰值的特征，快速发现滤袋破损发生的袋室编号和具体的位置。对破袋位置精准定位后，控制系统自动释放应急堵头，封堵滤袋袋口避免滤袋破损后粉尘的逃逸，杜绝因局部滤袋破损影响周边滤袋的使用。

3 结 论

合肥水泥研究设计院承担了国家科技支撑项目《基于实测的水泥工业大气污染物排放规律研究与排放标准实施评估》，该项目的目标之一是掌握水泥行业减排的潜能，为下一版《水泥工业大气污染物排放标准》的制定提供技术支撑。因此，水泥行业大气污染物排放标准可能趋严。对此水泥行业需提前关注超净排放的各项技术。一旦水泥行业标准趋严，水泥行业袋式除尘器只需从超净排放滤袋、智能化清灰系统、气流均布系统和事故排放预警及自处理技术四个关键技术着手，完全可以实现10mg/Nm3的超净排放目标。