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(duì)工業(yè)設(shè)施排放粉塵的要求越來越嚴(yán)格，減少粉塵排放量及相關(guān)運(yùn)營成本就成為了水泥和石灰生產(chǎn)商的一大要?jiǎng)?wù)。 在本文中，Georg Rathwallner博士、Alecsandru Barbulescu先生和K N Rao先生通過對(duì)水泥和石灰窯的一系列案例研究，詳細(xì)論述了他們使用P84^®纖維制作的過濾袋的經(jīng)驗(yàn)。

  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(yùn)行和維護(hù)成本主要在于過濾袋、引風(fēng)機(jī)能耗和壓縮空氣方面。一般來說，引風(fēng)機(jī)的耗電在運(yùn)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(jī)的耗電量主要是受過濾袋性能的影響，因?yàn)槠錄Q定了除塵器在運(yùn)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(jī)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(jì)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(shí)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(yàn)

  Carmeuse公司在歐洲的各個(gè)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(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)6次，壓降還是超過了15毫巴，進(jìn)而窯頂難以維持穩(wěn)定運(yùn)行所需的略微低壓。引風(fēng)機(jī)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(chǎng)的壓降測(cè)量值

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

  上面 - 圖2：運(yùn)行15個(gè)月后，Carmeuse公司試驗(yàn)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(duì)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(yùn)行條件。為了評(píng)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(yàn)過濾袋，并安裝在一個(gè)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(zhǔn)備5個(gè)，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(gè)月在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了試驗(yàn)袋的壓降，以便弄清楚哪些是最合適的過濾材料。運(yùn)行12個(gè)月后，對(duì)過濾袋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，進(jìn)一步證實(shí)最初的試驗(yàn)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(yàn)也出現(xiàn)了同樣的情況。在運(yùn)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(yùn)行條件──Ambuja公司水泥廠的7680個(gè)采用了P84^®細(xì)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(yùn)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?yàn)榕cPTFE覆膜濾料比，P84^®針刺氈對(duì)高氣布比不那么敏感。 最早的三個(gè)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(duì)其性能進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)。

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

  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(yùn)營著一座日產(chǎn)量9000噸的水泥窯。這也是印度首個(gè)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(yùn)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(yùn)行模式下（原料磨運(yùn)行或停機(jī)），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(shí)間可能下降到只需一分鐘。幾個(gè)月后，過濾袋供應(yīng)商必達(dá)福印度公司（BWF India）建議將最小循環(huán)時(shí)間設(shè)置為8分鐘，以防止過濾袋的過度機(jī)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(yùn)行模式）。原料磨停機(jī)時(shí)，混風(fēng)降溫到180°C導(dǎo)致氣體流量增加，壓降達(dá)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?xì)浠衔?，靠近進(jìn)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(biāo)示針刺氈厚度約為2毫米。

  運(yùn)行三年后，到了2013年初，對(duì)一個(gè)使用過的過濾袋進(jìn)行了分析，證實(shí)了該過濾介質(zhì)的狀況良好，并且預(yù)計(jì)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(gè)估測(cè)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(gè)P84^®過濾袋材料的橫截面，其中一個(gè)過濾袋靠近進(jìn)氣口（圖3a），另一個(gè)則處于除塵器的中央位置（圖3b）。兩個(gè)過濾袋都沒有灰塵，但由于有些碳?xì)浠衔镂慈紵?，靠近進(jìn)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(cè)量兩個(gè)過濾袋的空氣滲透率，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)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(yùn)行以來壓降一直穩(wěn)定，說明進(jìn)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(huì)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(dá)20毫巴。P84^®過濾袋在使用了2-3年后，引風(fēng)機(jī)用電節(jié)省的費(fèi)用就可以彌補(bǔ)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(huì)過早失效，有幾個(gè)薄膜過濾袋只能用3個(gè)月。這意味著，即使不考慮引風(fēng)機(jī)用電和意外停工這兩個(gè)因素，玻纖覆膜過濾袋的年度成本也高于P84^® 過濾袋的，因?yàn)榍罢叩氖褂脡勖容^短。

  使用P84^®過濾袋的綜合成本是相當(dāng)?shù)偷摹Ｈ绻堰^濾袋壽命、引風(fēng)機(jī)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(shí)的成本，那么只需幾個(gè)月便可收回P84^®過濾袋的額外投資成本。

  表3：運(yùn)行條件──UCC公司哈伊馬角水泥窯/原料磨過濾器的16,896個(gè)采用了P84^®細(xì)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(yàn)

  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(tuán)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(gè)6米長的過濾袋。表3列出了詳細(xì)的運(yùn)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(xì)纖維過濾袋。由于灰塵排放量的要求很嚴(yán)格（5mg/Nm³），所以選用了這種優(yōu)質(zhì)的超細(xì)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(yùn)行過程中，將近17,000個(gè)過濾袋當(dāng)中，只有20-40個(gè)需要更換。該生產(chǎn)線的過濾袋與引風(fēng)機(jī)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(yùn)行五年后，從這兩個(gè)過濾器中挑選了一些過濾袋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，證實(shí)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(shí)驗(yàn)室切開的過濾袋：凈氣面無灰塵。可以看見籠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(huì)增加過濾袋材料的機(jī)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?yàn)轭w粒物被隔離在針刺氈表面了。在迎塵面采用P84 超細(xì)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(xiǎn)，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(gè)除塵器的過濾袋；另一個(gè)除塵器的過濾袋則于2014年9月進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)粉塵排放量為20 mg/Nm3，相比之下，粉塵排放量為5mg/Nm³時(shí)，每年可減少灰塵排放150噸。這個(gè)結(jié)果雖然不能反映節(jié)省大量成本的潛力，但顯著保護(hù)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(xì)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(shí)，或者在過濾袋性能良好的地方，也都值得考慮進(jìn)行升級(jí)改造。

  在實(shí)驗(yàn)室分析已使用的過濾袋是一項(xiàng)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(xiǎn)，而且便于經(jīng)營者及時(shí)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(jì)算時(shí)應(yīng)考慮預(yù)期的壓降和相應(yīng)的引風(fēng)機(jī)用電情況，不然的話，采用廉價(jià)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(yàn)）”，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(huì)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(shí)Carmeuse公司協(xié)調(diào)中心，第11屆高溫過濾學(xué)術(shù)會(huì)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(yùn)行五年后，濾袋頂部

  圖4b：UCC公司哈伊馬角水泥窯/原料磨運(yùn)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(yùn)行五年后，P84^®針刺氈的橫截面，頂部為迎塵面。

  注：垂直紅線標(biāo)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(yùn)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(biāo)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(duì)：

  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