DAGONG-TEX覆膜濾料在水泥工業(yè)上的應(yīng)用
近幾年,隨著新型干法水泥生產(chǎn)的快速發(fā)展,水泥行業(yè)技術(shù)裝備水平不斷提高,一些高新技術(shù)在環(huán)保裝備中也得到了應(yīng)用。而水泥企業(yè)在環(huán)保、節(jié)能等方面如何達(dá)到新的國家標(biāo)準(zhǔn)《水泥工業(yè)大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2004)的要求,以及如何完成國務(wù)院2006年初提出的能耗降低4%、污染物排放降低2%的目標(biāo),是亟待解決的問題。我國水泥行業(yè)單位產(chǎn)量綜合能耗比國際先進(jìn)水平高45%,這是因?yàn)槟壳安即諌m設(shè)備大多采用的普通濾料,在進(jìn)行過濾時(shí)造成粉塵阻塞濾料、清灰不凈,設(shè)備運(yùn)行阻力增加直接導(dǎo)致了能耗升高,最終因粉塵不斷深入濾料纖維內(nèi)部造成堵塞而報(bào)廢,故使用周期短;同時(shí),對粒徑小于10滋m的超細(xì)粉塵的分級(jí)脫除效率低。不僅不能滿足環(huán)保要求,也相應(yīng)地加大了企業(yè)的環(huán)保成本。
隨著新型濾料——聚四氟乙烯(Poly-TetraFluoroethylene-PTFE)覆膜濾料的出現(xiàn),在我國市場上,一些國外知名品牌產(chǎn)品開始流行。但在價(jià)格、現(xiàn)場維護(hù)和服務(wù)等方面,均還存在不足。因此,為滿足新的排放指標(biāo)要求和國內(nèi)環(huán)保市場需求,我們以國產(chǎn)化為目標(biāo),研發(fā)出了一種性能和價(jià)格均優(yōu)的新型PTFE覆膜濾料——DAGONG-TEX誖,從微觀結(jié)構(gòu)、過濾性能、使用周期等均在水泥企業(yè)得到實(shí)際應(yīng)用和考驗(yàn),證明了該濾料與國外同類產(chǎn)品相比,具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。
一、濾料的工作原理眾所周知,在水泥工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的粉塵一般采用靜電除塵器或袋式除塵器加以脫除,后者的核心部件是普通濾料或覆膜濾料,但兩種濾料的過濾原理有本質(zhì)的區(qū)別。
普通濾料即傳統(tǒng)的針刺氈、編織濾料等。其工作原理是所謂的“深層過濾”技術(shù)(圖1a),即通過濾料纖維的捕集,先在濾料表面形成“一次粉塵層”(即粉餅),再通過這層粉餅來過濾后續(xù)的粉塵。在使用初期,由于濾料本身的空隙較大,部分粉塵會(huì)穿過濾料排放出去。只有當(dāng)粉餅形成后,過濾過程才真正開始。繼續(xù)使用后,濾料表面的粉塵會(huì)逐漸滲入到濾料中,導(dǎo)致濾料孔隙堵塞,使設(shè)備運(yùn)行阻力不斷增加,直至必須更換濾料為止。
覆膜濾料則是將聚四氟乙烯(PTFE)薄膜覆在普通濾料表面而成的一種新型濾料。這層薄膜相當(dāng)于起到了“一次粉塵層”的作用,物料交換是在膜表面進(jìn)行的,使用之初就能進(jìn)行有效的過濾。薄膜特有的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使粉塵無法穿過,無孔隙堵塞之虞。這種過濾方式稱為“表面過濾”(圖1b)。覆膜濾料不僅可實(shí)現(xiàn)近于零排放,同時(shí)由于薄膜不粘性、摩擦系數(shù)小,故粉餅會(huì)自動(dòng)脫落,確保了設(shè)備阻力長期穩(wěn)定,因此充分發(fā)揮了袋式除塵器的優(yōu)越性,是理想的過濾材料。
普通濾料具有價(jià)格低廉優(yōu)勢,但運(yùn)行后阻力較大、能耗高,且難以實(shí)現(xiàn)低于30mg/Nm3的排放指標(biāo)要求,尤其在含塵濃度較高的工作環(huán)境中,隨著粉塵堵塞的加劇,濾袋表面積灰增厚,清灰效率日漸低下,最終影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行而不得不更換濾袋,濾袋更換期(使用周期)較短,綜合成本反而更高。
兩種濾料的不同過濾方式如圖1所示:
圖1:普通濾料和覆膜濾料的不同過濾原理(清吹階段)示意圖相比之下,覆膜濾料價(jià)格偏高,但排放含塵濃度可達(dá)30mg/Nm3甚至10mg/Nm3以下,設(shè)備是在低壓下運(yùn)行能耗極大的降低,壽命長達(dá)3年以上。折算成每年的運(yùn)行維護(hù)成本后,其性價(jià)比可比普通濾料更高。有效節(jié)約了成本和能耗。
二、DAGONG-TEX誖膜DAGONG-TEX誖膜是以PTFE樹脂為原料,經(jīng)特殊的雙向拉伸工藝而成,是一層具有不粘性、光滑和多微孔薄膜,微孔數(shù)量可達(dá)1×109/cm2,可以覆合在傳統(tǒng)的針刺氈和編織濾料表面,具有以下特點(diǎn):
優(yōu)異的過濾效率(99.99%以上);卓越的塵餅剝離性能;光滑表面使糊袋現(xiàn)象大大減少;過濾風(fēng)速高,能耗低;可捕集粒徑1滋m以下的超細(xì)粉塵;開孔率:85%~93%;孔徑分布均勻,控制在0.05滋m~3滋m的范圍內(nèi)(可根據(jù)實(shí)際粉塵的顆粒大小,提供孔徑合適的膜材料,以達(dá)到最佳的效果);溫度適用范圍:-180℃~260℃;耐化學(xué)腐蝕性(除熔融堿金屬、元素氟氣體有輕微腐蝕以外)。
DAGONG-TEX誖膜的優(yōu)良性能與其均勻的微孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān),如圖2所示。
三、薄膜濾料的鑒別市場上已經(jīng)有很多種覆膜濾料,如PTFE膜、PP膜等,連同其他各種涂膜材料統(tǒng)稱為膜材料,但它們的使用效果有很大的區(qū)別,從下面的電鏡照片中即可看出其微觀結(jié)構(gòu)的巨大差異。
圖3給出的是一種涂膜材料的掃描電鏡照片。這種材料是在普通濾料表面,涂抹上一層TEFLON物質(zhì)而成的。由圖可見,濾料纖維的表面包裹著一層物質(zhì),在很低的放大倍率下就能明顯看出纖維之間的孔隙。實(shí)際上,這種濾料并不能提高對粉塵捕集效率,其過濾方式仍是“深層過濾”,具有深層過濾的一切缺點(diǎn)。
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而DAGONG-TEX誖薄膜不僅有其他薄膜的共性,更具有其特殊之處,關(guān)鍵是其微孔結(jié)構(gòu)的均勻、纖維剛性及高開孔率等,而且薄膜與基材的復(fù)合強(qiáng)度完全符合相應(yīng)的指標(biāo)要求,高復(fù)合強(qiáng)度不會(huì)發(fā)生膜與基材的分離。
四、DAGONG-TEX誖薄膜濾料在水泥工業(yè)中的應(yīng)用水泥制備工藝流程中的很多環(huán)節(jié)上都需要進(jìn)行煙塵治理,其相對于其他工業(yè)過程的特殊性在于,同時(shí)存在環(huán)保除塵設(shè)備和工藝除塵裝置,既要防止向大氣中排放,也需要回收水泥粉末用于后續(xù)環(huán)節(jié),如水泥磨部位就裝有典型的工藝收塵裝置。
當(dāng)然,在工藝流程中并非處處采用覆膜濾料,否則會(huì)加大投資和運(yùn)營成本。按照目前流行的觀點(diǎn),在水泥磨、水泥窯尾以及煤磨等部位最需要采用覆膜濾料。在引入了低溫余熱發(fā)電技術(shù)后,水泥窯尾的溫度處于濾料可承受的范圍內(nèi)。
下面給出了DAGONG-TEX誖薄膜濾料的應(yīng)用實(shí)例,在不改變現(xiàn)有設(shè)備的條件下使水泥廠環(huán)保達(dá)標(biāo),并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提高、降低成本、節(jié)約能源等方面,發(fā)揮了重要作用。
如江蘇某水泥廠水泥磨用除塵,該公司有一套德國KHD設(shè)計(jì)制造的5250t/d水泥熟料生產(chǎn)線,并采用“一托二”粉磨技術(shù),配套了設(shè)計(jì)能力為300t/h的水泥粉磨系統(tǒng),由1臺(tái)MPS5000BC立磨預(yù)粉磨和兩臺(tái)Φ4.2m×12.5m球磨機(jī)組成。在窯系統(tǒng)提產(chǎn)到6700t/d以后,為消化增產(chǎn)的熟料量,水泥磨系統(tǒng)經(jīng)過改造,除了改進(jìn)了助磨劑、質(zhì)量改進(jìn)劑外,還使用大宮PTFE薄膜濾料,將處理能力提高30%,達(dá)到352t/h(比表面積也從320±10m2/kg增加到360±10m2/kg)。
清灰方式為“COANDA”二級(jí)噴吹高效清灰,即:壓縮空氣經(jīng)噴吹排管進(jìn)入文丘里噴射器環(huán)氣腔后,通過文氏環(huán)隙噴出,形成垂直向下的高速氣流,并在文丘里管上部形成負(fù)壓,卷吸大量外部空氣向下進(jìn)行清灰。
原濾袋為普通針刺氈濾袋,運(yùn)行壓差在150mm~175mmH2O.在生產(chǎn)普通水泥和復(fù)合水泥時(shí),由于大量使用粉煤灰且比表面積控制在360m2/kg以上,經(jīng)常造成糊袋,袋收塵入口負(fù)壓降低,選粉機(jī)回粉增加,導(dǎo)致產(chǎn)能降低,必須停磨處理。磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率受很大影響。針對以上情況,并考慮到ISO14000認(rèn)證對排放的要求,采用了我們DAGONG-TEX誖覆膜濾袋對兩臺(tái)主工藝袋式除塵器進(jìn)行了改造。
從2002年8月投入使用后3個(gè)月內(nèi)運(yùn)行壓差始終保持在≤95mmH2O;經(jīng)環(huán)保部門檢測,排放濃度<20mg/m3;半年后壓差穩(wěn)定在115mmH2O左右。球磨系統(tǒng)單位產(chǎn)量增產(chǎn)7%~10%,尤其在生產(chǎn)PC32.5水泥時(shí),產(chǎn)量近400t/h,粉煤灰添加量在20%以上時(shí),從未發(fā)生過糊袋現(xiàn)象,生產(chǎn)十分順利。迄今為止,該批DAGONG-TEX誖覆膜濾袋已正常工作了3年多,并仍在使用。
球磨工藝袋式除塵器在使用DAGONG-TEX誖覆膜濾袋后,也大大改善了通風(fēng)和粉塵排放,磨機(jī)單位產(chǎn)量和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率提高,維修工作量降低,使綜合成本降低。以1臺(tái)除塵器為例,年節(jié)約壓縮空氣約10萬m3,折合電費(fèi)約5萬元,以產(chǎn)量提高5%計(jì)算,單位水泥電耗降低約1.5kWh,1臺(tái)磨機(jī)年處理水泥約130萬噸,每年節(jié)省電費(fèi)用約85萬元。雖然覆膜濾袋一次投資成本較高,但按3年的壽命計(jì)算,同普通濾袋相比綜合費(fèi)用更低,所節(jié)省費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成本的增加,故使用覆膜濾袋的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。
實(shí)踐證明,DAGONG-TEX誖覆膜濾袋不僅滿足了設(shè)計(jì)要求,也保證了電-袋復(fù)合式除塵器的可靠運(yùn)行,為國內(nèi)大量窯頭靜電除塵器的技術(shù)改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在這種復(fù)合式除塵器中,袋式除塵器起到了收集超細(xì)粉塵的優(yōu)越性,從而彌補(bǔ)了靜電除塵器在這方面的弱勢。無疑,這對于希望低成本改造原有靜電除塵系統(tǒng)的水泥企業(yè)來說,是個(gè)有效和可靠的選擇方案。
DAGONG-TEX誖覆膜濾袋完全可以滿足低于30mg/Nm3的粉塵排放指標(biāo)。根據(jù)生產(chǎn)工況條件選用合適的膜及過濾材料,利用現(xiàn)有的成熟先進(jìn)技術(shù)改造落后設(shè)備,不僅可以保證生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定,減少人力、物力資源的浪費(fèi),還可以減少設(shè)備的投資費(fèi)用,降低生產(chǎn)成本。
無論從PTFE薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、工作性能、還是實(shí)際使用情況,以及性價(jià)比等方面看,DAGONG-TEX誖覆膜濾袋不僅擁有我國的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),而且與國際著名品牌產(chǎn)品的質(zhì)量不相上下,甚至部分性能更為優(yōu)越,完全可以為我國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保事業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。
編輯:王欣欣
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