呼吸順暢的袋式除塵器

Global Cement Magazine · 2015-03-13 11:47 留言

  作為一種成熟的除塵技術(shù),袋式除塵技術(shù)在世界各地的水泥和石灰窯普遍使用。由于環(huán)境法規(guī)對工業(yè)設(shè)施排放粉塵的要求越來越嚴格,減少粉塵排放量及相關(guān)運營成本就成為了水泥和石灰生產(chǎn)商的一大要務(wù)。 在本文中,Georg Rathwallner博士、Alecsandru Barbulescu先生和K N Rao先生通過對水泥和石灰窯的一系列案例研究,詳細論述了他們使用P84®纖維制作的過濾袋的經(jīng)驗。

  介紹

  袋式過濾器,尤其是脈沖噴吹袋式除塵器,廣泛用于水泥和石灰窯的高溫?zé)煔獬龎m。其運行和維護成本主要在于過濾袋、引風(fēng)機能耗和壓縮空氣方面。一般來說,引風(fēng)機的耗電在運行成本中占了最大比重,甚至超過了過濾袋的成本。引風(fēng)機的耗電量主要是受過濾袋性能的影響,因為其決定了除塵器在運行期間的壓降。壓縮空氣約占10%的成本。所以,低壓除塵可以節(jié)約能源并減少過濾袋的機械磨損。

  然而,只要不影響生產(chǎn)(即需要控制風(fēng)量或者需要停工來更換失效的過濾袋),一般人很少關(guān)注袋式除塵器停工損失的成本甚至有可能高于過濾袋和耗電的成本。水泥生產(chǎn)商的計算結(jié)果已經(jīng)證明,投資購買優(yōu)質(zhì)的過濾袋,反而能夠在較短的時間內(nèi)收回投資成本,尤其是在能防止意外停工的情況下。

  案例研究:Carmeuse公司的石灰窯除塵經(jīng)驗

  Carmeuse公司在歐洲的各個平行流再生(PFR)石灰窯使用統(tǒng)一的煙氣凈化系統(tǒng)。根據(jù)各個窯的產(chǎn)能,該系統(tǒng)由不同大小的Redecam脈沖噴吹袋式除塵器組成。過濾袋原先采用玻纖織物加覆聚四氟乙烯(PTFE)膜的材料制成。石灰窯使用天然氣作燃料時,該系統(tǒng)的工作效果令人滿意。這種過濾袋的壓降為8-12毫巴,一般每小時循環(huán)清灰1-3次。

  燃料由天然氣改為褐煤后,Carmeuse公司立刻遇到了一些問題:在幾天或幾周內(nèi),所有的PFR袋式除塵器的壓降都變得很大。即使提高脈沖氣壓并將清灰頻率增加到每小時6次,壓降還是超過了15毫巴,進而窯頂難以維持穩(wěn)定運行所需的略微低壓。引風(fēng)機的能源消耗和壓縮空氣的用量也顯著增加了。

  圖1:Carmeuse公司石灰廠現(xiàn)場的壓降測量值

  表1:運行條件──Carmeuse公司石灰廠的850個P84®基布過濾袋(150mm x 5015mm)采用了850 P84®細纖維針刺氈

  上面 - 圖2:運行15個月后,Carmeuse公司試驗濾袋的狀況。

  2a) P84®針刺氈橫截面:沒有灰塵滲入針刺氈。

  2b) PTFE針刺氈橫截面:灰塵全面滲透針刺氈。

  2c) 玻纖覆膜(PTFE膜)表面的平面圖:受損的薄膜。

  2d) 玻纖覆膜(PTFE膜)的橫截面:灰塵穿過纖維織物。

  除了PTFE膜損壞,對濾袋的調(diào)查結(jié)果也無法查明導(dǎo)致過濾介質(zhì)堵塞的原因。表1列出了運行條件。為了評估選擇合適的過濾介質(zhì),Carmeuse公司挑選用了不同材料制成的試驗過濾袋,并安裝在一個袋式除塵器內(nèi):

  PTFE玻纖覆膜(750g/m2);

  PTFE基布針刺氈(約700g/m2);

  P84®基布針刺氈(500g/m2

  每種材質(zhì)的濾袋各準備5個,分別裝在除塵器的不同位置,同種材質(zhì)的被安裝在同一區(qū)域。每隔四個月在現(xiàn)場測量了試驗袋的壓降,以便弄清楚哪些是最合適的過濾材料。運行12個月后,對過濾袋進行實驗室分析,進一步證實最初的試驗結(jié)果。P84® 過濾袋(圖2a)上的灰塵并沒有明顯滲入織物的深處,這也符合穩(wěn)定壓降的要求。PTFE針刺氈的橫截面充滿了灰塵(圖2b):光滑的PTFE纖維未能有效地把灰塵阻擋在表面上,從而增加深層阻塞現(xiàn)象并相應(yīng)地加大壓降。玻纖覆膜過濾袋的試驗也出現(xiàn)了同樣的情況。在運行過程中,如果PTFE膜沒有損壞,還可以把灰塵阻擋在過濾袋表面,觀察結(jié)果如圖所示(圖2c和2d)。

  表2:運行條件──Ambuja公司水泥廠的7680個采用了P84®細纖維和P84®基布的過濾袋(150mm x 8000mm)

  用玻纖過濾袋和用化纖制成的針刺氈具有不同的性質(zhì)和限制,兩者都需要調(diào)整運行參數(shù)??販卮胧ɡ鋮s稀釋空氣和減少褐煤用量)是有效的,在較低溫度下能防止聚合物的過度熱氧化?;祜L(fēng)降溫導(dǎo)致氣體流量增加也是可以接受的,因為與PTFE覆膜濾料比,P84®針刺氈對高氣布比不那么敏感。 最早的三個石灰窯過濾器目前使用德國漢跋(Heimbach)過濾技術(shù)公司制造的P84®過濾袋,現(xiàn)在仍對其性能進行密切監(jiān)測。

  案例研究:Holcim公司使用P84®針刺氈和PTFE玻纖覆膜的經(jīng)驗

  瑞士Holcim公司通過Ambuja水泥有限公司和ACC有限公司,在印度開展經(jīng)營。在印度喜馬偕爾邦Rauri地區(qū),Ambuja公司運營著一座日產(chǎn)量9000噸的水泥窯。這也是印度首個使用P84®過濾袋除塵過濾器的大型水泥窯/原料磨。所使用的過濾器來自于Intensiv Filter公司(最近已被Himenviro私人有限公司收購)。

  2009年底,該水泥廠開始投入運營,水泥窯袋式除塵器的清灰壓力設(shè)定值為4.5毫巴(法蘭至法蘭)。如此低的設(shè)定值是邊界值在不同運行模式下(原料磨運行或停機),都導(dǎo)致了過濾袋幾乎連續(xù)的清灰。過濾袋再次清灰的循環(huán)時間可能下降到只需一分鐘。幾個月后,過濾袋供應(yīng)商必達福印度公司(BWF India)建議將最小循環(huán)時間設(shè)置為8分鐘,以防止過濾袋的過度機械磨損。自從那以后,壓降一直穩(wěn)定在4-8.5毫巴(取決于運行模式)。原料磨停機時,混風(fēng)降溫到180°C導(dǎo)致氣體流量增加,壓降達到了上限值。將近五年以來,粉塵排放量都不超過8.5mg/Nm3(表2)。

  圖3:Ambuja公司石灰窯過濾器使用三年后,P84®過濾袋材料的橫截面,頂部為迎塵面。

  3a – 迎塵面

  3b – 迎塵面

  3a) 由于未燃盡的碳氫化合物,靠近進氣口位置的濾袋變黑。

  3b) 處于過濾間中央位置的過濾袋。

  注:垂直紅線標示針刺氈厚度約為2毫米。

  運行三年后,到了2013年初,對一個使用過的過濾袋進行了分析,證實了該過濾介質(zhì)的狀況良好,并且預(yù)計其使用壽命將不少于六年。迄今也沒有出現(xiàn)任何失效的過濾袋,說明這個估測到目前為止還是正確的。

  凈氣面沒有灰塵,而且也未發(fā)現(xiàn)損壞的跡象。圖3展示了兩個P84®過濾袋材料的橫截面,其中一個過濾袋靠近進氣口(圖3a),另一個則處于除塵器的中央位置(圖3b)。兩個過濾袋都沒有灰塵,但由于有些碳氫化合物未燃燒,靠近進氣口的過濾袋變黑了。烴冷凝物可導(dǎo)致過濾介質(zhì)的堵塞,尤其是容易堵塞膜材料。通過測量兩個過濾袋的空氣滲透率,發(fā)現(xiàn)兩個過濾袋的透氣性相似,表明未燃燒的燃料并不影響P84®過濾袋材料的性能。在這一方面,覆膜濾料比針刺氈更容易受到影響。橫截面內(nèi)沒有灰塵,而且自投入運行以來壓降一直穩(wěn)定,說明進行的是穩(wěn)定的表層過濾。如果出現(xiàn)深層過濾現(xiàn)象的話,那么壓降或者清灰頻率就會增加。

  除了Rauri水泥廠外,Holcim公司在印度的其他水泥廠也使用脈沖袋式過濾器為水泥窯除塵,但配備的是玻纖覆膜過濾袋,其壓降大于Rauri水泥廠使用P84®過濾袋的壓降,在某些情況下可高達20毫巴。P84®過濾袋在使用了2-3年后,引風(fēng)機用電節(jié)省的費用就可以彌補其比較高的最初濾袋成本。此外,薄膜過濾袋的使用壽命一般為2-3年,其中有些過濾袋會過早失效,有幾個薄膜過濾袋只能用3個月。這意味著,即使不考慮引風(fēng)機用電和意外停工這兩個因素,玻纖覆膜過濾袋的年度成本也高于P84® 過濾袋的,因為前者的使用壽命比較短。

  使用P84®過濾袋的綜合成本是相當(dāng)?shù)偷?。如果把過濾袋壽命、引風(fēng)機用電和生產(chǎn)損失方面的成本綜合考量的話,用于比較使用不同過濾袋時的成本,那么只需幾個月便可收回P84®過濾袋的額外投資成本。

  表3:運行條件──UCC公司哈伊馬角水泥窯/原料磨過濾器的16,896個采用了P84®細纖維和P84®基布過濾袋(160mm x 6000mm)

  案例研究:阿聯(lián)酋哈伊馬角UCC公司使用P84®過濾袋的經(jīng)驗

  阿聯(lián)酋聯(lián)合水泥公司(UCC)在阿聯(lián)酋境內(nèi)擁有日產(chǎn)10,000噸的水泥熟料生產(chǎn)線。中國中材集團的平頂山子公司為該生產(chǎn)線裝配了兩座并聯(lián)的袋式除塵器,分別設(shè)有8448個6米長的過濾袋。表3列出了詳細的運行條件。初始設(shè)備使用了德國高奇公司(MGF Gutsche)制造的P84®超細纖維過濾袋。由于灰塵排放量的要求很嚴格(5mg/Nm3),所以選用了這種優(yōu)質(zhì)的超細纖維過濾材料。其微粒排放量一直保持在5mg/Nm3以下。在過濾袋的使用壽命期內(nèi),氣布比約為0.9 m/min,壓降從最初的5-6 mbar僅輕微增加到6-8 mbar。在六年的運行過程中,將近17,000個過濾袋當(dāng)中,只有20-40個需要更換。該生產(chǎn)線的過濾袋與引風(fēng)機能耗之間的年度成本差額接近于Ambuja公司水泥廠。如果過濾袋能夠一直使用,那么其成本將不到電耗成本的一半。

  運行五年后,從這兩個過濾器中挑選了一些過濾袋進行實驗室分析,證實了過濾介質(zhì)的狀況非常好。大部分的針刺氈參數(shù)值近似于新材料的性能。圖4a展示了在實驗室切開的過濾袋:凈氣面無灰塵??梢钥匆娀\骨金屬條銹蝕造成的褐色線條,但在那些位置并沒有出現(xiàn)開始受損的跡象。圖4b展示了沉積在過濾袋底部的腐蝕產(chǎn)物。這樣的沉積物以及銹蝕的籠骨會增加過濾袋材料的機械磨損。然而,過濾袋材料的狀況很好,證明了P84®針刺氈在這樣的環(huán)境下也工作良好。即使在一些關(guān)鍵部位(例如貼著支撐籠骨的金屬條的部位),針刺氈的橫截面(圖5)都沒有灰塵,證明了表層過濾良好。壓降幾乎沒有發(fā)生變化,說明針刺氈內(nèi)部只有少量的灰塵累積,因為顆粒物被隔離在針刺氈表面了。在迎塵面采用P84 超細纖維,有力地促成了這樣的卓越性能。

  然而,為了避免除塵器中某些過濾袋超過平均水平的磨損,或者袋籠的局部腐蝕更容易損壞籠骨并導(dǎo)致過濾袋故障的風(fēng)險,為了安全起見,于2013年從Testori Emirates公司訂購了一整套的過濾袋。2013年8月,更換了其中一個除塵器的過濾袋;另一個除塵器的過濾袋則于2014年9月進行更換。由于其性質(zhì)優(yōu)異,P84®過濾袋可存放多年,也不影響其質(zhì)量和性能。

  這種規(guī)模的工廠標準粉塵排放量為20 mg/Nm3,相比之下,粉塵排放量為5mg/Nm3時,每年可減少灰塵排放150噸。這個結(jié)果雖然不能反映節(jié)省大量成本的潛力,但顯著保護了工人和周圍居民的健康。袋式除塵器的排放物幾乎100%都小于10μm(顆粒物10,PM10),而且很大一部分通常小于2.5μm(PM2.5)。這意味著,通過減少總顆粒物排放,可以降低細微粉塵排放量。

  總結(jié)

  優(yōu)質(zhì)過濾介質(zhì)的益處并不僅限于減少顆粒物排放。只要選用合適的介質(zhì)并相應(yīng)調(diào)整框架條件,也有助于降低能源消耗。因過濾袋過早失效或氣體流量限制而影響生產(chǎn)時,或者在過濾袋性能良好的地方,也都值得考慮進行升級改造。

  在實驗室分析已使用的過濾袋是一項重要的方法,能夠確定過濾袋的剩余使用壽命和找到性能不足的原因。了解過濾袋的狀況,能夠最大限度降低意外停工的風(fēng)險,而且便于經(jīng)營者及時安排更換。原始設(shè)備制造商(OEM)、過濾袋供應(yīng)商和纖維制造商等,例如贏創(chuàng)纖維制品責(zé)任有限公司,都可以提供這些服務(wù)。

  為了確定更換何種品質(zhì)的過濾袋,成本計算時應(yīng)考慮預(yù)期的壓降和相應(yīng)的引風(fēng)機用電情況,不然的話,采用廉價的過濾袋也可能在短期內(nèi)造成高昂的成本。

  參考資料

  “P84®濾料和玻纖覆膜濾料的生命周期和成本分析(依據(jù)印度經(jīng)驗)”,K N Rao,印度ACC有限公司能源與環(huán)境部主管,第11屆高溫過濾學(xué)術(shù)會議,2014年9月9-11日,奧地利萊奧岡。

  “PFR固體燃料窯的新過濾介質(zhì)”,Dan Alecsandru Barbulescu,比利時Carmeuse公司協(xié)調(diào)中心,第11屆高溫過濾學(xué)術(shù)會議,2014年9月9-11日,奧地利萊奧岡。

  圖4a:UCC公司哈伊馬角水泥窯/原料磨運行五年后,濾袋頂部

  圖4b:UCC公司哈伊馬角水泥窯/原料磨運行五年后,濾袋底部。

  5a – 迎塵面

  圖5a:UCC公司哈伊馬角水泥窯/原料磨運行五年后,P84®針刺氈的橫截面,頂部為迎塵面。

  注:垂直紅線標示針刺氈厚度約為2毫米。

  5b -迎塵面

  圖5b:UCC公司哈伊馬角水泥窯/原料磨運行五年后,與籠骨金屬條接觸的P84®針刺氈的橫截面,頂部為迎塵面。

  注:垂直紅線標示針刺氈厚度約為2毫米。

  原作者:

  贏創(chuàng)纖維制品責(zé)任有限公司Georg Rathwallner博士

  Carmeuse研究技術(shù)股份有限公司Alecsandru Barbulescu

  ACC有限公司能源與環(huán)境部主管,K N Rao

  翻譯/校對:

  贏創(chuàng)特種化學(xué)(上海)有限公司- 陸明先生/王紅先生

  原版文章曾刊登于Global Cement Magazine2014/12月份期刊

編輯:武文博

監(jiān)督:0571-85871667

投稿:news@ccement.com

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