除尘技术在水泥行业的应用

李 哲，孙海鹏，孙 凯（.中机生产力促进中心，北京 00044；.中汽认证中心，北京 00044；.中国环境保护产业协会，北京 0007）



除尘技术在水泥行业的应用

李 哲1，孙海鹏2，孙 凯3
（1.中机生产力促进中心，北京 100044；2.中汽认证中心，北京 100044；3.中国环境保护产业协会，北京 100037）

摘 要：通过对电除尘、袋式除尘技术在水泥行业的应用实例，比较了两种除尘技术的运行情况、经济成本及环境效益，分析了达到“超低排放”的可行性，为其他行业选择除尘技术提供了借鉴。

关键词：水泥行业；电除尘；袋式除尘；经济成本；环境效益

1　引言

近年来，我国雾霾频发，影响大气质量的主要因素是颗粒物、粉尘等污染物。其中粉尘排放量大的水泥行业，急需开展深度治理，提升除尘效率。

我国是水泥生产和消费大国，2014年水泥产量为24.76亿吨［1］，占世界水泥总产量的50%以上。现有规模以上水泥生产企业约4000家，其中水泥熟料生产企业2400多家、新型干法水泥生产线1600多条［2］。

水泥行业的主要环境问题在于产生大量的烟（粉）尘。据统计，2012年，水泥行业消耗1.49亿吨标准煤，产生368万吨［3］烟（粉）尘。水泥行业颗粒物（PM）排放量占工业烟尘排放总量的30%，二氧化硫（SO2）排放量占全国排放总量的3%～4%，氮氧化物（NOx）排放量占全国排放总量的8%～10%［4］。

作为新型干法水泥生产线的热力设备，水泥窑头、窑尾是水泥厂最大的烟（粉）尘污染来源，对人体及环境会产生较大的危害。

2　除尘技术

2.1发展历程

我国水泥行业的除尘技术发展主要分为两个阶段。

一是电除尘处理处置阶段。1984年，我国天津水泥院从德国鲁奇公司引进电除尘技术。直到20世纪，由于当时布袋滤料受烟气温度等条件的限制，我国建设的所有大型水泥厂都无一例外地在高温工艺过程中采用了静电除尘器。该技术在烟气工况相对稳定、烟（粉）尘的比电阻达到电场要求时，能够满足排放标准。但即使达标排放，水泥行业的颗粒物排放量仍然巨大，2005年达到520万吨［5］。

二是袋式除尘技术的推广应用阶段。2004年，袋式除尘技术开始在市场上应用；2007年，环保总局明确：“窑尾除尘未采用袋式除尘器的水泥生产线的产品”列为“高污染”产品，建议国家有关部门对此生产、消费采取限制性政策措施，引导市场和公众减少对该类产品的使用；2008年，随着大气污染形势的变化，市场预期政府部门将会出台更为严格的水泥行业污染物排放标准。为提升除尘效率、应对新要求，新建水泥企业大部分都采用了袋式除尘器，原有水泥企业也开始推进除尘设备电改袋工程。

袋式除尘技术的推广，促进了水泥行业颗粒物减排，2009年全国水泥行业的颗粒物排放总量为411万吨［6］，比2005年减少了100余万吨。

2010年，工信部《关于水泥工业节能减排的指导意见》明确推广高效袋式除尘技术［7］。

2013年，《水泥工业大气污染物排放标准》（GBT4915-2013）施行，新标准将颗粒物排放限值由原来的50mg/m3（水泥窑等热力设备）、30mg/m3（水泥磨等通风设备）加严到30mg/m3、20mg/m3［8］。标准的加严又进一步促进了袋式除尘器的推广应用。

在标准、技术等各种因素的综合作用下，我国水泥行业的颗粒物减排效果明显，总量由2012年的368万吨减少到2013年的250万吨。

目前，国内水泥行业的窑头、窑尾除尘技术以袋式除尘技术为主，占比约60%。随着我国水泥行业排放标准的日益加严，烟（粉）尘的治理技术不断完善，环境效益也在逐渐提高。

2.2电除尘技术

电除尘技术的除尘清灰过程主要为：气体电离、粉尘荷电、粉尘沉积以及清灰等四个步骤。

电除尘技术的优点是：初期除尘效率能达到99%，处理烟气量大；可用于高温（可高达500℃）烟气，多用于水泥窑头；可连续运转，并能实现自动化；阻力低，压力损失仅为100～200Pa；风机电耗较小，维护费用较低，仅为对极板、极线的维护，一般极板、极线在十几年内仅需对部分构件进行简单的维修更换，如极板整形、极丝更换等。缺点是：占地面积大，除尘效率受比电阻影响较大；运行一段时间后，会出现电极变形而引起电场变化，除尘效率降低，不具备离线检修功能。

电除尘技术可应用于水泥行业的窑头、窑尾、煤磨、烘干机、水泥磨除尘，尤其是窑头、窑尾除尘。由于水泥窑头温度较高，烟尘比电阻适合电除尘技术，目前45%左右的窑头都采用电除尘技术，窑尾仅有20%左右采用电除尘技术，而且一般都加装了加湿器，以改变烟尘比电阻，提高除尘效率。

2.3袋式除尘技术

袋式除尘器也被称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，其基本工作原理是：利用袋式过滤元件捕集含尘气体中的粉尘，使气体净化；同时，通过清除被阻留在滤袋表面上的附尘，使滤袋再生而恢复其过滤功能。

袋式除尘器的优点是：除尘效率高，能将颗粒物排放浓度降低至20mg/m3以下；不受入口粉尘浓度、比电阻的影响，性能稳定可靠，对负荷变化适应性好，可实现不停机检修；占地面积较小，能按场地要求作专门设计。缺点是：运行阻力大，风机电耗量高，滤袋的使用寿命短（仅为3～4年），运行成本较高。

近年来，排放标准趋严，袋式除尘技术由于除尘效率较高而得到了广泛推广。目前，袋式除尘器广泛应用于水泥工业的窑头、窑尾、煤磨、烘干机、水泥磨除尘，水泥行业窑头、窑尾应用袋式除尘技术的比例分别达到约50%、75%。

3　经济成本

3.1调研情况

为分析水泥行业运用除尘技术所需经济成本，本研究以走访、座谈，查阅资料，案例比照分析等方式，调研了三类企业和单位：

第一类为环保企业，包括福建龙净环保科技股份有限公司、西安西矿环保科技有限公司、科林环保装备股份有限公司、河南中材环保科技有限公司、北京京诚嘉宇环境科技有限公司；

第二类为水泥企业，包括海螺水泥、冀东水泥、山水水泥集团、华润水泥；

第三类为科研院所，包括合肥水泥设计研究院、天津水泥工业设计研究院。

3.2投入对比

以日产量5000t，处理90万m3/h风量的水泥企业为例，对其窑尾除尘采用电除尘、袋式除尘技术的投资、运行、维护费用进行比较分析。

（1）设备购置费、土建施工费、管道费用等一次性投入费用：电除尘技术需885万元，以20年寿命计，每年折旧费为44.25万元；袋式除尘器需750万元，以20年寿命计，每年折旧费为37.5万元。

（2）运行费用：电除尘技术的主要运行费用为高压硅整流器、放电极振打、沉淀极振打、拉链机、给料机、电加热器、风机等耗电费用，其中电场（高压硅整流器）运行费用占整个运行费用的71.2%。袋式除尘技术的主要运行费用为风机、空压机的耗电量，其中风机耗电费用大约占整个运行费用的77.4%（见表1）。

（3）维护费用：单台电除尘器一般仅对极板、极线进行维护，年总维护费用约为25万元。袋式除尘技术主要为滤袋的折旧费用，滤袋寿命通常为3～4年，其中一般水泥窑头连续运行时间为3年，窑尾为4年。以5000t/d的水泥窑为例，需要4000～5000条滤袋，滤袋单价为400～600 元/条，以寿命3年计算，滤袋折旧费用约为73.6万元/年。

表1　除尘技术年运行费用比较

3.3费用对比

综合上述各项投入，水泥行业运用电除尘技术的年费用为331.08万元；袋式除尘技术的年费用为373.77万元。两种技术的年费用相差不大。其中，袋式除尘技术的年运行维护费用较高，尤其是滤袋更换费用较高，但设备的初始投资低于电除尘器（见表2）。

表2　除尘技术年费用对比

4　环境效益

4.1电除尘技术的环境效益

电除尘器投运初期可保持正常运行，并达到预期的除尘效率。但运行一段时间后，电除尘器受入口烟气状况（如温度、风速）、比电阻、电场间距，以及阳极板与芒刺线之间的间距、密闭性、振打方式等多因素的影响，会引起电场变化，导致除尘效率下降，容易出现不稳定或不达标现象。

以2009年新建某水泥企业的两条5000t/d熟料生产线为例，该项目2010年年底投产，两条生产线窑头选用2台1室5电场电除尘器，窑尾选用2台2室5电场电除尘器。

经过4年多的实际运行，2014年2月，该项目窑头的除尘器烟气量为49.81万m3/h，颗粒物排放浓度25mg/m3；窑尾的除尘器烟气量为74.58万m3/h，颗粒物排放浓度为24.1mg/m3（见表3）。

表3　某水泥生产线电除尘技术的环境效益

4.2袋式除尘技术的环境效益

以某水泥有限公司2500t/d生产线窑头、窑尾除尘实际情况为例。窑头袋式除尘器的规格为CBMP288-2×3，布袋规格为φ160×7000mm，材质为芳纶，处理烟气量为31.5万m3/h，进口浓度为40g/m3，出口浓度14.73mg/m3，除尘效率＞99.9%。窑尾的布袋式除尘器规格为CBMP552-2×2，处理烟气量48万m3/h，滤袋规格为φ160×8000mm，滤袋材质采用玻纤覆膜，进口浓度为80g/m3，出口浓度为13.21mg/m3，除尘效率为99.98%。

该除尘改造2014年7月开工，8月技改完成并投入运行，废气检测结果显示效果良好（如表4）。

表4　某水泥生产线袋式除尘技术的环境效益

4.3不同除尘技术的环境效益比较

从以上案例可以看出，一般情况下，电除尘器与袋式除尘器在除尘效率上都能达到99%以上。但与电除尘技术相比，袋式除尘技术的出口浓度＜15mg/m3，明显低于电除尘器，浓度减排效率的优化程度接近1倍，具有“超低排放”的可行性。袋式除尘器不仅可以保证长期稳定的高除尘效率，还对超细粉尘有很好的减排效果。

5　结论

（1）随着污染物排放标准的不断收严，水泥行业的除尘技术已由电除尘技术逐渐向袋式除尘技术转变，袋式除尘技术的大规模应用已取得显著效果，促进了颗粒物减排。

（2）袋式除尘技术初期的一次性投入更低，两种除尘技术的年费用相差不大。值得注意的是，随着国产滤料质量的提高，袋式除尘技术的主要维护费用（即滤袋价格）将大幅度降低，使袋式除尘技术在总体经济效益评价上占优。

（3）袋式除尘技术效率更高，出口浓度小于15mg/m3，对满足水泥行业“超低排放”具有更好效果。从水泥行业扩展到其他行业，袋式除尘器由于除尘效率高、结构简单、适应性强、系统运行稳定等特点，对其他行业的“超低排放”也具应用潜力。

参考文献：

［1］ 中国水泥网信息中心.2014年中国全年水泥产量24.76亿吨［Z］.2015.

［2］ 针对关键环节进行全过程控制［N］.中国环境报，2013-12-30.

［3］ 中国环境保护产业协会袋式除尘委员会.我国袋式除尘技术的进步与发展［J］.中国环保产业，2014（7）.

［4］ 中华人民共和国环境保护部.全国环境统计公报（2012）［N］.

［5］ 王永红，薛志钢.我国水泥工业大气污染物排放量估算［J］.环境科学研究，2008（2）.

［6］ 中华人民共和国环境保护部.中国环境统计年报2009［N］.

［7］ 工业和信息化部.关于水泥工业节能减排的指导意见［Z］.2010-11-25.

［8］ GB 4915-2013，水泥工业大气污染物排放标准［S］.2013.

Application Analysis of Dust Removal Technologies in Cement Industry

LI Zhe1， SUN Hai-Peng2， SUN Kai3
（1.China Productivity Promotion Center for Machinery， Beijing 100044；2.China Certifcation Center for Automotive Products and Technology， Beijing 100044；3.China Association of Environmental Protection Industry， Beijing 100037， China）

Abstract:Based on the application cases of electrostatic precipitation and bag hose precipitation technologies in the cement industry， the paper compares the operations， economic costs and environmental benefts of the two precipitation technologies；analyzes the feasibility and problems of “ultra-low emission” to be met， and puts forward countermeasures and suggestions.

Keywords:cement industry； electrostatic precipitation； bag hose precipitation； economic costs； environmental beneft

中图分类号：X701

文献标志码：A

文章编号：1006-5377（2016）05-0020-04