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易清灰型折叠滤筒在水泥行业磨机收尘系统的研究及应用

水泥广州市华滤环保设备有限公司 2023-08-22

通过对三大磨机系统粉尘特性进行充分的分析，对折叠滤筒的产品结构、应用技术进行研究，结合实际应用效果对该项新技术进行验证，其研究成果对于解决水泥行业三大磨机系统粉尘污染问题及助力企业实现绿色环保、降本增效和可持续发展具有重要意义。

摘要：水泥行业通常包含三大磨机系统，即原料磨、煤磨、水泥磨，本文重点研究水泥行业三大磨机系统中粉尘治理的现状，并着重介绍一种新型的治理技术——易清灰型折叠滤筒。通过对三大磨机系统粉尘特性进行充分的分析，对折叠滤筒的产品结构、应用技术进行研究，结合实际应用效果对该项新技术进行验证，其研究成果对于解决水泥行业三大磨机系统粉尘污染问题及助力企业实现绿色环保、降本增效和可持续发展具有重要意义。

关键词：原料磨煤磨水泥磨折叠滤筒易清灰降本增效

0 引言

近年来，由于水泥产量大、工艺生产中粉尘浓度高等特征，水泥企业在污染物治理上面临高污染、高能耗、高物耗三重挑战。

目前国内新建的干法水泥生产线1113条，年设计熟料能力95859万吨，其中5000t/d及以上的水泥生产线270条，占熟料总产能的45.27%，新型干法水泥所占比例已达到76.88%；而受监测的熟料总产量仅占全国水泥熟料总量的2.91%和4.21%。^[1]随着国家环境保护政策的不断加强，对水泥行业的排放标准和环境监管要求也越来越严格，为了响应国家环保政策的要求，水泥企业需要采取切实有效的环境污染治理措施，确保达标粉尘颗粒物排放＜10mg/m³及部分重点区域粉尘颗粒物排放＜5mg/m³的目标。

水泥行业的高排放不仅对环境造成严重污染，还造成物料、成品的极大流失；在当前全球倡导绿色、低碳和可持续发展的背景下，本文旨在探讨并提出新的解决方案，通过易清灰型折叠滤筒技术有效解决水泥企业所面临的高污染、高能耗、高物耗问题，通过实际应用证明易清灰型折叠滤筒技术的切实可行，为行业提供一定的学术研究和推广应用价值。

1 水泥行业三大磨机系统粉尘治理的现状

1.1 粉尘特性

水泥是一种常用的建筑材料，其主要成分包括硅酸盐、石灰、铝酸盐和少量的铁酸盐。

在水泥三大磨机系统工艺生产过程中通常具有以下特性：

（1）粉尘浓度高：通常在几十至数百克/立方米的范围内。具体的粉尘浓度取决于工艺参数、设备状况和操作方式。

（2）粉尘粒径小：物料研磨过程中，会产生大量细微颗粒粉尘，粒径在1至10μm之间。

（3）悬浮性：研磨后的粉尘具有较强的悬浮性，能够长时间停留并扩散。悬浮的粉尘颗粒物通过空气流动在工厂周围的环境中扩散，增加了粉尘在周边地区传播的可能性。

（4）易爆性：原煤在研磨过程中易产生静电，如不加以措施进行有效防治，存在煤粉爆炸等风险隐患。

（5）危害性：粉尘中的细小颗粒物具有较大的比表面积和活性，易被呼吸系统吸入，对呼吸道和肺部健康造成潜在危害。^[2]长期暴露在水泥粉尘环境中的工人，呼吸道受到刺激容易出现咳嗽和呼吸困难等症状，面临着较大的健康风险。

1.2 治理技术现状

目前，水泥三大磨机系统通常采用袋式收尘器，是一种常见的粉尘治理设备，然而，以现有袋式收尘器配置要实现超低排放或超净排放要求存在较大的局限性，通常存在以下三大问题：

（1）高污染：现有水泥行业配置的袋式收尘器大部分按照GB 4915-2013国家标准进行设计和建造，粉尘颗粒物排放仅要求＜30mg/m³及部分重点区域＜20mg/m³；随着环保污染日益严重，众多省份出台了地方性的水泥工业大气污染物排放标准，如河南、河北、四川、江苏、宁夏等，中国水泥协会的团体标准T/CCAS022-2022也于2022年7月20日开始实施，以上最新的环保政策要求的粉尘颗粒物排放＜10mg/m³及部分重点区域＜5mg/m³，水泥行业现有的环保治理已不满足最新的环保政策要求。

（2）高能耗：袋式收尘器的运行阻力较高，需要消耗较大电耗来维持正常运转。

（3）高物耗：袋式收尘器的过滤耗材使用寿命较短，需要频繁更换滤袋，增加人工检修维护工作量。

在较短的时间内、以最小的投入即可达到实现污染有效治理，达标环保政策要求，又可解决高能耗、高物耗问题，是目前所有水泥企业迫切需求。^[3]

2 易清灰型折叠滤筒

为了解决目前水泥行业磨机系统粉尘治理的难题，易清灰型折叠滤筒技术应运而生。

易清灰型折叠滤筒技术的过滤材料、滤筒结构和清灰性能等方面相对于传统布袋或常规滤筒均有较大的优化和提升。

滤料作为过滤元件的核心部件，需要在单位时间内通过足够的气量，确保额定的尘气量经过滤料的过滤处理，同时要降低气体通过过滤材料的阻力，以降低除尘系统的能耗。因此，在确保滤料过滤效率的同时，应提高其透气性。

在滤筒结构方面，在保证滤筒产品的强度、密封等基础性能的同时，还需提高滤筒的粉尘剥离率和清灰性能。因此，滤筒的折叠间距以及滤筒骨架的开孔率设计尤为重要。

（1）高通高效低阻极滤®过滤材料

滤料是折叠滤筒中的关键组成部分，易清灰型折叠滤筒采用了极滤®滤料，相对于传统滤料，极滤®滤料具有更大的透气性，结合ePTFE（聚四氟乙烯）膜覆膜技术，将滤料的除尘机理从深层过滤转变为表面过滤。通过复杂的双向拉伸工艺，ePTFE膜经过膨化处理形成多层网状结构，厚度约为10μm，平均孔径仅有1μm。相比传统的PTFE材料，这种微小孔隙更加精细，低于超细纤维滤料的孔径1-2个数量级，极大地提高了滤料的粉尘拦截和过滤效果。

采用ePTFE覆膜技术的易清灰型折叠滤筒在颗粒拦截方面表现出色。对于大于等于0.5μm的颗粒，其拦截率可达99.95%。而对于大于等于1μm的颗粒，拦截率甚至达到100%。这使得该滤筒能够高效地捕捉和过滤微小颗粒。^[4]

图1 传统滤料和极滤^®滤料对比示意图

根据图1可以清晰地观察到，经过特殊覆膜结构设计的极滤过滤材料能够有效控制更细微的粉尘，对容易穿透的细微粉尘具有更好的捕集效果。

图2 极滤^®滤料与传统滤料过滤效率对比

从上图可见，极滤®滤料在PM1.0的粉尘颗粒物过滤方面实现了100%的过滤效率。

此外，极滤滤料具有出色的透气性能。相较于传统过滤材料，在保证过滤精度的前提下，极滤滤料的透气性提高了30%。经过测试对比，与传统过滤材料相比，极滤滤料的初始阻力降低了50%以上，从而显著减少了除尘系统的运行阻力。

图3 极滤滤料与传统滤料透气性对比

图4 极滤滤料与传统滤料初始阻力对比

（2）等间距易清灰结构设计

自2019年开始，广州市华滤环保设备有限公司就将高效、低阻和长寿命作为折叠滤筒的三个关键指标。经过多年在过滤材料方面的研究，目前在高效过滤方面已相对成熟。然而，效率和阻力之间存在反比关系，因此在确保效率的同时降低运行阻力成为一个紧迫的问题。

华滤环保在滤筒结构方面进行了大胆的尝试和创新，国内首创等间距热熔绑带技术，并在同济大学通风实验室研究的基础上进一步在含尘除尘器中进行了测试和分析，优化了折叠滤筒的折数、折深和过滤面积相对应的设计方案，经过中试测试，取得了良好的效果。

图5等间距绑带热熔技术

针对不同行业的工况条件和粉尘状况，华滤环保不断完善设计参数，使得滤筒的粉尘清灰剥离率相对于传统产品有了显著提升。此外，在设计过程中针对不同通风量的要求，易清灰结构的滤筒运行阻力明显低于同类型产品。

图6 传统布袋、传统折叠滤筒和易清灰型折叠滤筒在不同风量下的运行阻力

图7 传统布袋、传统折叠滤筒和易清灰型折叠滤筒每年能耗对比

通过对中试中挂筒进行实际测试，并与国内外市场上的传统布袋、传统折叠滤筒以及易清灰型折叠滤筒进行对比分析，易清灰型折叠滤筒的运行阻力明显低于前两种。

同时，结合实际耗电情况进行比较，易清灰型折叠滤筒相较于传统折叠滤筒可节省约20%左右的能耗，而相较于传统布袋，则可节省约50%左右的能耗。这表明易清灰型折叠滤筒在节能降耗方面具有明显的优势。

（3）高开孔率骨架设计

为了进一步优化清灰效果，华滤环保研发了一种具有高开孔率骨架的创新技术。这些技术采用了特殊的高分子材料，以确保骨架在不降低整体强度的情况下增大气体通过量。

图8 高开孔率骨架示意图

高开孔率骨架的设计通过增加骨架的孔隙结构，有效减少了流体阻力，喷吹气流能够充分地穿过骨架，达到滤料内部，清灰效果明显提升。相对于传统布袋，易清灰型折叠滤筒清灰压力可降低0.5~1bar，进一步降低了收尘系统的能耗。

此外，特殊的高分子材料具有出色的耐高温、耐腐蚀和耐磨损性能，确保骨架在恶劣环境下的长期稳定运行。

3 易清灰型折叠滤筒的应用效果

3.1 项目案例

为了响应国家对水泥行业粉尘颗粒物超低排放的环保政策，河北某水泥厂日产5000t/d熟料生产线配套水泥磨工段的袋式收尘器由于无法满足环保要求，于2020年03月对2#水泥磨袋式收尘器进行了优化升级改造，项目改造首次引入了易清灰型折叠滤筒技术，收尘器改造取得显著成效。经过连续的运行和监测，2#水泥磨收尘器迄今稳定运行，颗粒污染物保持超低达标排放，收尘器进出口压差明显下降。

3.2 运行效果

采用易清灰型折叠滤筒替换传统布袋后，粉尘颗粒物排放数值达标超低排放，收尘器运行阻力下降1000Pa以上。在产能保持不变的情况下，风机运行负荷降低了40%，电流下降了23%，风机效率提升明显，能耗下降显著。运行效果对比如表1。

表1 技改前后运行效果对比

（1）减污

易清灰型折叠滤筒专为处理高粉尘浓度尘气而设计，特别适用于水泥三大磨机系统工况环境——水泥磨粉尘浓度高达800g/m³。高通高效低阻过滤材料极大地提高了收尘效率，确保达标超低排放。相比于传统布袋，同规格尺寸的易清灰型折叠滤筒过滤面积是布袋的3~4倍，更大的过滤风速使得收尘器的过滤风速的大为下降，过滤风速的降低使得滤筒拦截、过滤细微粉尘更为有效，除尘效率更高。此外，对比长度为3m的布袋，易清灰型折叠滤筒长度为2m，收尘器具有更多的沉降空间，可减少滤筒表面粉尘附着量，减轻附着粉尘的穿透。减污效果如图9所示。

图9 改造前后每年粉尘排放量对比

易清灰型折叠滤筒减污效果显著，还可以减少物料和成品水泥的损失和浪费。

（2）降耗

本项目利用易清灰型折叠滤筒升级改造后，收尘器运行阻力下降1000Pa以上，风机运行所需的能耗明显降低，高效节能。易清灰结构设计使得清灰所需的压缩空气压力更低，耗气量更少，进一步降低了收尘器的整体能耗，创造了可观的经济效益。如图10所示。

图10 改造前后每年系统能耗费用对比

通过本案例改造的收尘器运行数据对比，充分验证了易清灰型折叠滤筒的所取得的成效。收尘系统低阻力运行不仅提高了风机的效率，减少了能源消耗，还优化了整个生产过程中的抽吸效果，实现了收尘系统的高效运行，进一步提升了生产效率。

4 结语

易清灰折叠滤筒技术的问世，彻底解决了水泥行业三大磨机收尘系统高污染、高能耗、高物耗的问题，通过使用易清灰型折叠滤筒替换传统布袋对收尘器进行优化升级改造，可实现收尘器零改造、不停产、改造时间短等优势，节能降碳效果显著，获得广大客户的肯定和好评，取得了环保达标和降本增效的双重效益，为客户实现绿色发展、提产增收发挥积极作用。

参考文献

[1]杨海毅,周立峰,何陈.我国水泥工业大气污染物排放与治理分析[J].资源节约与环保.2023.02.037.

[2]白元,李芹,张楠.水泥生产企业粉尘的危害及防治探讨[J].四川水泥,2019(03):8.

[3]肖德才,邢建伟,岳文锋.滤筒除尘器在水泥行业的应用及技术改进[J].水泥.2016.07.019.

[4]王锦.针刺优氪迅滤筒技术及其在水泥粉磨系统的应用[J].新世纪水泥导报.2021.01.013.

编辑：李晓东

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投稿：news@ccement.com

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