水泥窑尾废气超低排放的技术探讨

三风机系统，即窑尾高温风机+窑尾废气风机+生料磨系统循环风机。虽然生料磨系统有多种配置方案，如球磨、辊磨、辊压机+球磨、辊压机+球磨及辊压机终粉磨系统等，但对于窑尾风机配置基本一样。三风机分工明确，系统负压平衡较好，各设备承受负压较低，易于操作，因此这种系统实际应用很多。

两风机系统是三风机系统的简化，生料磨采用辊磨时非常合适，它简化了工艺，设备布局紧凑，投资低。但三风机变为两风机系统后，系统设备负压明显提高，系统对设备漏风更为敏感，需要更严格管理。两风机系统实际应用偏少，但在我国以海螺集团为代表的水泥生产线上却有大量应用。实践表明，生产管理得好时，两风机系统会比三风机系统节能。

需要说明的是，我国上世纪80年代至2000年初新建的水泥生产线大多没有余热发电系统，后来改造增加余热锅炉的生产线很多，且当时窑尾废气除尘几乎全是电除尘器，这些锅炉更多的是与增湿塔串联，也有受工艺布局限制采用了塔炉并联。如果当初采用了袋除尘器或改为了袋除尘器，完全可以采用塔炉并联工艺布局，当然就不符合以上所谓典型工艺系统。

我们介绍和分析目前水泥窑尾工艺系统，主要目的是为后续探讨不同工艺系统超低排放的最佳技术路线，因为大多数水泥超低排放工程是对现有水泥工艺的改造。

3实现水泥生产废气超低排放三项指标的技术探讨及实践

3.1粉尘超低排放技术与实践

粉尘治理在水泥工业领域一直是最受重视的，也是在所有工业废气治理中做得较好的，但目前超低排放实施效果也不尽如人意。高性能除尘器的研究是实现粉尘超低排放的关键，而评价除尘器性能先进性的指标主要有四项：更高的除尘效率、更低的设备阻力、更可靠稳定的设备性能和更低廉的运行维护成本。因此，如何降低水泥废气粉尘排放，我们主要进行了如下工作：

（1）确定高效除尘装备技术路线

水泥窑尾废气处理系统都是按含生料磨烘干联合操作废气考虑的，特点是工况参数常变，以典型的五级预热器系统主设备串联工艺为例，即图1、2示意的工艺，至少可以产生如表3的工况参数。

表3五级预热器系统主要设备串联工艺的工况参数

可见诸多工况参数变化情况下，要实现超低排放，对同一台除尘器必须考虑最恶劣的工况去计算定型和结构设计。

电除尘器和袋除尘器都可达到粉尘的超低排放的限值。但从除尘机理去分析，电除尘器是靠静电吸附的机理除尘的，必须先给粉尘颗粒荷电，荷电效果不仅与电场电源设备相关，更与气体的温度、露点温度、粉尘量相关，且是非线性相关，对温度和露点温度特别敏感。

试验和工程实践都证明，窑尾废气的露点温度在30℃左右时，尘粒几乎无法荷电，电除尘效率极低，是增湿塔不能投运的事故状态，达标排放几乎无法实现，其他事故状态，如极线断、极板变形都会造成除尘效率下降。若要避免此类事故，我们就要加大成本投入，考虑足够大的备用系数来达到可靠的性能，这就迫使我们在粉尘超低排放技术路线研究中不得不放弃终端除尘设备采用电除尘器。

袋式除尘器是治理大气粉尘污染的高效除尘设备，最大优点是除尘效率高，过滤效率与气体温度、露点温度在较宽的适应范围内几乎无关，与入口粉尘含量正相关，即粉尘含量越高除尘效率越高，出口排放基本恒定。

不断出现的高性能过滤材料，使其粉尘过滤效率在实验室高达99.9999%，对气体成分、温度、露点温度的适应范围越来越广，在实际应用中也能达到99.99%。现在的滤袋及除尘器结构技术完全可以做到粉尘排放浓度≤10mg/m3，甚至达到2mg/m3，这是袋式除尘器的过滤机理所决定的。

因此，我们确定了研发先进袋除尘器实现粉尘超低排放的技术方向。近10年来，在除尘清灰高效、过滤低阻、性能可靠方面我们做了大量的研究工作，也付诸了大量实践，很多案例成果达到了粉尘的超低排放要求。

（2）袋除尘器结构性能研究

多年来，我们一直致力于大型袋除尘器装备的开发研制，并取得了显著的成果。早期，我们基于引进的富乐公司技术，开发了气箱脉冲清灰系列袋除尘器和分室风机反吹清灰系列袋除尘器，并在水泥厂各排尘点成功应用。1998年，在北京水泥厂应用的窑尾大型高温反吹清灰袋除尘器获得了国家科技进步奖。

但这种除尘器受结构和清灰方式所限，其过滤风速不能太高，造成设备体积相对庞大，投资很高，对于大规模（＞4000t/d）水泥熟料生产线尤其如此。而气箱脉冲袋除尘器虽然过滤风速可以提高，但不能实现长袋清灰，因此不适合大风量高温废气的处理。

2001年，我们开始研究行喷脉冲清灰长袋袋收尘器。除尘器的新结构采用自引流脉冲喷吹装置（非文氏管）（图3）和长袋分排清灰，将袋长由3m加长到6m以上，基本解决了袋长限制。

图3自引流喷吹装置