水泥生产线收尘系统实现超低能耗超低排放的最优途径

  自2020年9月，习主席在第七十五届联合国大会提出“双碳”目标以来，“3060”目标开始飞向千行百业。2021年，“双碳”目标相继被写入政府工作报告和“十四五”规划，“双碳”目标升级为国家战略，“碳中和”元年也正式开启。

  水泥工业是国民经济重要的基础产业，同样也是碳排放大户。相关数据显示，2020年，我国水泥产量23.77亿吨，约占全球55%，排放CO2约14.66亿吨，约占全国碳排放总量14.3%，在工业行业中仅次于钢铁。因此，水泥行业必将是2030年碳达峰、2060年碳中和目标的重点碳减排行业。

  此前，发改委等四部委联合印发的《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》中提到，截至2020年底，水泥行业能效优于标杆水平的产能约占5%，低于基准水平的产能却高达24%。为此，《指南》明确要求，要合理压减水泥工厂排放，推广先进过滤材料、低氮分级分区燃烧和成熟稳定高效的脱硫、脱硝、除尘技术及装备，推动水泥行业全流程、全环节超低排放。以实现到2025年，水泥行业能效标杆水平以上的熟料产能比例达到30%，基准水平以下熟料产能基本清零的目标。

  同时，为优化水泥行业能耗水平，国家市场监督管理局、国家标准化管理委员会联合发布《水泥单位产品能源消耗限额》（GB16780-2021）。新修订的标准限额指标将于2022年11月1日起正式实施，其中的1级、2级和3级限额值分别对应2012版标准的先进值、准入值和限定值，相较于2012版标准，各对应指标都有大幅提升，相关要求愈发严格。

  收尘系统作为水泥生产线粉尘捕集、过滤的核心设备，能够实现稳定的超低能耗超低排放运行，对于水泥生产系统整体性能达到标杆水平，起着至关重要的作用。

  1 收尘系统运行的常见问题及原因分析

  收尘系统在日常运行过程中，常见问题及原因如下：

  （一） 收尘系统粉尘排放高

   对于收尘系统粉尘排放高的原因，主要有如下2点。

     (1) 收尘系统存在结构泄露问题，如收尘器存在花板开焊，烟道开焊等情况，会导致进入收尘器的粉尘没有经过滤袋的过滤，而直接从花板或烟道开焊的部位进入排烟口，从而导致收尘系统粉尘排放升高。

     (2) 收尘滤袋破损，滤袋失效破损后，破损部位无法对进入收尘器的粉尘进行捕集和过滤，粉尘直接从滤袋破损部位穿过后，进入排烟口，从而导致收尘系统粉尘排放升高。

   对于收尘滤袋失效破损，大致有机械磨损、化学腐蚀、超温烧袋、气流冲刷等几种情况。

  （二） 收尘系统出、入口压差高

  对于收尘系统出、入口压差高的原因，主要有如下3点。

  （1）收尘器自身结构阻力高

  收尘器自身存在诸多不合理的结构，如过多的弯道、隔层、冗余的阀板，另外，收尘器入口管道处和灰斗处积灰等，这些因素都会造成收尘器结构阻力偏高，进入收尘器的气流速度偏大，造成收尘系统出、入口压差高。

  （2）收尘器自身清灰系统问题

  收尘器自身清灰系统如存在清灰压力、清灰时间或清灰程序设置不合理的情况，或清灰系统存在故障，无法正常工作等情况，这些因素会导致收尘系统清灰效果不佳，收尘滤袋透气性变差，造成收尘系统出、入口压差高。

  （3）收尘系统滤袋自身存在问题

  收尘滤袋如自身透气性差，或基料存在“粉饼”、外表面存在糊袋等情况，这些因素会导致收尘系统烟气通过收尘滤袋的阻力增加，从而造成收尘系统出、入口压差高。

  2 收尘系统超低能耗超低排放改造的常见方法及注意事项

  随着国家对水泥生产企业排放指标和能耗指标的要求越发严苛，越来越多的水泥企业关注自身生产线收尘系统的运行指标，提出了粉尘排放小于 5mg/Nm3，系统运行压差小于1000Pa的超低能耗超低排放目标。要实现这一目标，大多数水泥企业需要对自身收尘系统进行改造，就水泥企业收尘系统现状而言，大致有如下三种改造方法：（一） 在现有收尘器的基础上，增加新的风室或并联新建一台小型收尘器，以增加收尘系统的过滤面积，降低过滤风速，实现收尘系统的超低能耗超低排放目标。

  此方法需要额外占用较大的收尘系统空间，同时，需要对相应的管道进行调整和改造，系统改造时间长，成本高，改造过程中所需的人力、物力较多。对于原本现有空间就十分紧张的水泥生产线而言，该方法实施起来难度较大。在后期运行维护中，也需要更多的人力和时间。

  （二）在现有收尘器的基础上，向上部空间提升花板，加长现有滤袋高度，以增加收尘系统的过滤面积，降低过滤风速，实现收尘系统的超低能耗超低排放目标。

  提升花板，加长现有滤袋高度

  此方法无需占用额外的收尘系统空间，无需对相应的管道进行调整和改造，但由于增加了现有收尘器的整体重量，原有收尘器的支撑系统和地基基础载荷增加较多，需要确保其能够承受增加后的整体载荷。该方法所需的改造时间也较长，成本较高，改造过程中所需的人力、物力较多。而在后期运行维护中，由于加长了原有的滤袋，对于原有清灰系统的清灰性能提出了更高的要求，能够满足加长后滤袋的清灰参数，另外，由于滤袋加长，在收尘系统运行中，容易发生滤袋底部碰撞的情况，造成滤袋过早破损，粉尘排放超标。

  （三）对现有收尘器结构不做任何调整和改造，仅将原有滤袋更换为具有超低能耗超低排放功能的滤袋，如戈尔低阻低排放滤袋。

  戈尔低阻滤袋

  该方法施工简单，周期短，所需人力、物力少，仅需利用生产线停窑检修期间，即可完成对收尘器的超低能耗超低排放改造。由于戈尔低阻低排放滤袋使用性能优良，可靠性高，在使用运行中基本不会出现问题，使得收尘系统后期维护时间和维护成本也大为降低。

  目前，已有多个水泥企业使用戈尔低阻低排放滤袋替换原有滤袋，对收尘器做超低能耗超低排放改造。改造后，收尘系统减排、节能效果明显，各项指标均运行在良好的状态之下，具体如下：

  （1）某水泥厂改造案例-窑头

改造后在线监测显示颗粒物排放数据

  （2）某水泥厂改造案例-窑尾

  从以上3种收尘系统超低能耗超低排放改造常见方法对比中，可以看出，第三种方法，即对现有收尘器结构不做任何调整和改造，仅将原有滤袋更换为具有超低能耗超低排放功能的滤袋，如戈尔低阻低排放滤袋，是一种最为简单，快速，行之高效的方法。

  3 结论

  在“双碳”背景下，国家对工业领域各行各业环保指标要求愈发严格。水泥行业作为二氧化碳高排放、能源高消耗的重点行业，在碳达峰、碳中和背景下，节能、减排任务艰巨。目前，国内各大水泥集团积极响应国家号召，对产线  大力进行节能、减排技术改造。收尘系统作为水泥生产线粉尘捕集，过滤的核心设备，能够实现稳定的超低能耗超低排放运行，对于水泥生产系统整体性能实现节能、减排起着至关重要的作用。在对收尘系统进行超低能耗超低排放改造方法中，仅将原有滤袋更换为具有超低能耗超低排放功能的滤袋，如戈尔低阻低排放滤袋，是一种最为简单，行之有效的方法，能够实现收尘系统长期、稳定、高效地超低能耗超低排放运行。

  中国水泥网即将在湖南长沙召开“ 中国水泥行业绿色发展高峰论坛暨超洁净排放技术交流大会 ”。会议将围绕“减污降碳协同增效背景下，水泥行业新机遇与新挑战”、“垃圾衍生燃料RDF的应用及优势分析”、“碳捕获、利用与封存（CCUS）技术探讨”、“氢能源替代煤炭在水泥行业的应用”、超低排放改造技术等议题展开分享与研讨，共同助力水泥行业绿色高质量发展！ 会后将参观中材株洲水泥有限责任公司和国际首套“尘硝一箱化SCR脱硝项目”。