水泥廠袋收塵器結露產生的原因及預防

靳爽，張曉梅

1 概述

袋收塵技術的迅速發展，特別是新型濾料的不斷涌現，以及脈沖噴吹技術的提高和相關配套件的完善，使得以往廢氣溫度較高、風量較大、多采用電除塵器的窯尾、窯頭和烘干機等大的塵源點，也有逐步改用袋收塵器的趨勢，故新建的大型新型干法水泥生產線上的揚塵點全部采用袋除塵器的并不罕見。袋收塵器的類型很多，現在水泥廠應用比較廣泛的是脈沖噴吹清灰袋收塵器，有些袋收塵器在運行過程中會出現一些問題，其中最為致命的是氣體冷凝結露堵塞濾袋，使運行阻力劇增，輕則影響通風，使主機產量降低，重則使生產系統陷于癱瘓。本文僅就氣體冷凝結露產生的原因和防止措施加以闡述。

2 氣體冷凝結露的原因

所謂冷凝結露，通俗地講，是指濕氣體中的水蒸氣在一定的氣壓和溫度下，開始析出飽和水分而凝結成水滴的現象。開始結露的溫度稱為露點溫度，也稱“水露點”。氣體中水蒸氣多時，水蒸氣的分壓力就高，所對應的飽和溫度（即露點）也高；反之，空氣中的水蒸氣少時，水蒸氣分壓力就低，露點也低。氣體冷凝結露的原因如下：

（1）氣體中的含濕量過高。

被處理氣體中的含濕量過高和溫差較大時，如新型干法窯的煙氣中就含有一定量的水分，水分來自燃料的燃燒、原料中的內在水分、煙氣調質的噴水和煙氣用于烘干物料的水分等。煙氣中的水分總量均呈氣態，當煙氣溫度達到露點溫度時，水蒸氣便會冷凝成水滴。

（2）除塵系統漏風。

由于除塵器存在漏風，特別是人孔門和排灰裝置，當外界大量的冷空氣被吸進除塵器內，氣體溫度急劇下降，不僅會引起冷凝結露，還會造成粉塵二次飛揚和氣流分布不均，使處理風量增多，相應過濾風速增大，清灰頻率縮短，降低濾袋的使用壽命。按照我國袋除塵器標準的規定，漏風率不得＞3%，但水泥廠袋除塵器的實際漏風率多大于此值。

（3）氣體溫度過低。

正常操作時，煙氣溫度接近或低于露點。

（4）脈沖噴吹氣體含有水分。

脈沖噴吹清灰的壓縮空氣相對濕度為100%的飽和空氣。由于其氣壓大于大氣壓，換算至大氣壓下的露點較環境露點要低，一般不出現結露。但是當壓縮空氣溫度與除塵器內部氣體溫度相差較大時，就有可能產生結露現象。尤其是在我國北方的冬季，氣溫通常在零下，壓縮空氣與除塵器內部的氣體溫差過大，壓縮空氣瞬間噴入濾袋時的溫度也隨之大幅下降，通常呈白色凝結水霧的高速氣流噴出，在噴口以下一定距離內，形成低溫區。由于噴管內的壓縮空氣為飽和空氣，所以氣體噴出后的溫度下降會導致該區域水分析出而引起結露。此時的結露主要集中在被噴吹的濾袋表面，粘附在濾袋表面的粉塵因吸收結露析出的水分而產生粘結，使堵塞濾袋阻力升高。

（5）除塵器殼體保溫設施不良。

處理含有水分氣體的袋除塵器，一般都應設有保溫層。但是即使有保溫層，由于保溫材料不符合要求，導熱系數大，或保溫層厚度不夠，也會導致保溫效果不佳，結露現象也就難以避免。

（6）有的粉塵本身具有較強的吸濕性。

氣體中含有的水氣被吸濕性較強的粉塵吸收，也容易出現結露現象。

（7）季節變化也會出現結露現象。

冬天氣候嚴寒，收塵器內外溫差較大，尤其是戶外的收塵器比其他季節更容易出現結露現象。

（8）除塵器內氣流分布不均。

（9）煙氣冷卻噴水或摻入冷風過多。

（10）除塵器啟動和停車頻繁。

3 氣體冷凝結露的不良后果

（1）冷凝結露使濾料發生水解

水解反應是指化合物與水反應引起自身分解，并形成新的化合物的作用。氣體中的水分和溫度越高，水解反應造成的損壞就越快，尤其在堿環境下更會加速水解反應。如烘干機的氣體溫度有時并未達到材質的最大允許溫度，但也頻繁出現濾袋破損，這種情況多數是由于濾袋材質發生水解反應而引起的。不僅烘干機的濾袋材質會發生水解反應，水泥磨、冷卻機、輸送設備中氣體中的水分并不高，有時也會發生水解反應，其原因是環境空氣中的相對濕度很高所造成的。

水泥廠應用最為廣泛的濾料是聚酯（Polyester簡稱PE，商品名為滌綸）、聚丙烯（Polypropylene簡稱PP，商品名為丙綸）和芳香族聚酰胺（Aryl polyamide，商品名為芳綸）。這幾種合成纖維制成的濾料過濾性能好、機械強度高，但不足之處是容易發生水解反應。水解反應使纖維柔性降低而變得硬脆，抗彎曲應力降低造成清灰困難，最終致使濾袋堵塞、穿孔和破裂。

水解反應不僅出現在溫度低于露點時，氣體中的水分高時也會發生。因此，在容易出現水解反應的塵源點，特別是烘干機和烘干兼粉碎磨機的收塵，根據國外的實踐經驗，可采用耐溫120℃對水解反應不敏感的聚丙烯腈（Polyacrylonitrile簡稱PEA）。這種濾料的強度不如聚酯纖維，但使用效果較好。聚丙烯腈捕集粉塵的性能較差，為彌補其缺陷，將聚酯纖維和聚酰胺纖維混合制成針刺氈，用在煤烘干兼粉碎磨機收塵上取得了很好的效果。另外，可采用單重較大（550～600g/m2）的聚丙烯腈濾袋，抗水解性能更佳。

（2）冷凝結露使濾袋堵塞

袋收塵器一旦出現冷凝結露，冷凝水滲入濾袋上的粉塵層中，使粉塵變得潮濕具有粘性而堵塞濾袋，致使濾袋透氣性下降，清灰困難，除塵器的阻力劇增，濾袋過早破損。濾袋堵塞也是引起濾袋磨損、穿孔、脫落等故障的主要原因，嚴重時還會使管道堵塞，影響收塵系統的正常運行。

以往人們采用袋除塵器的最大顧慮就是結露堵塞濾袋，尤其是像窯尾的大型袋除塵器，濾袋在數千條以上，一旦出現濾袋堵塞，就會使窯內通風不暢，產量降低，嚴重時可迫使窯停產，不但經濟損失嚴重，還會使人們產生恐懼心理。

（3）冷凝結露使收塵器產生腐蝕

水泥廠收塵器殼體都是普通碳素鋼，當相對濕度超過60%～70%，氣體中含有20%（體積）的水蒸氣和廢氣溫度低于露點12℃時，就會造成腐蝕。即使是在水蒸氣露點以上，只要溫度介于60～150℃之間，其中SO2就會加劇水蒸氣的腐蝕作用。腐蝕速度隨著氣體溫度與露點之間差值的減小而提高，并且與廢氣中的S02含量成正比。

4 防止氣體冷凝結露的措施

（1）加強露點的檢查和監測

許多因素都可造成氣體冷凝，只是未被覺察，即使覺察到也未引起重視。如檢查發現收塵器過濾室內壁有水滴，或卸灰閥排除的粉塵有結塊現象，應查明原因，及時消除，所以勤檢查很有必要。

處理含濕量較高的袋收塵器，建議安裝在線露點測試儀，如窯尾廢氣處理系統的袋收塵器。現在露點儀的技術比較成熟，國外許多公司在中國都有代銷點，國內也有類似的產品出售。雖然增加部分投資，但像窯尾這樣龐大的袋收塵器，能隨時監測露點，防止濾袋出現堵塞事故還是很值得的。

一般袋除塵器不一定都裝設露點儀，但是只要測得相對濕度，水露點就可按式（1）計算得到：

式中：τ——水露點溫度，℃

?——相對濕度，%

t——氣體溫度，℃

相對濕度?可直接用相對濕度儀測出，也可按式（2）計算：

式中：ρq——氣體中水蒸氣的密度，g/m3

ρb——氣體中飽和水蒸氣的密度，g/m3

如果能測得氣體的濕含量，也可直接查表得到水露點，見圖1。

當濕氣體中含有SO2時，只要有過剩氧存在，SO2將向SO3轉化，SO3占到百萬分之幾就會變成硫酸蒸氣，而使露點顯著提高，這時的露點稱為“酸露點”。酸露點比水露點高得多，所以出現酸露點更容易結露堵塞濾袋。酸露點可按式（3）計算：

式中：τs——酸露點，℃

H2O，SO3——氣體中水和三氧化硫的含量，%（體積）

（2）降低氣體中的濕含量

要降低氣體的露點溫度，就要降低氣體中的濕含量，并盡可能提高氣體的溫度，使氣體溫度與露點溫度的溫差增大。許多文獻資料都介紹氣體溫度應高于露點溫度20℃，但實踐證明這一經驗值偏小，因為工況條件有些難以預計的因素，如漏風率的大小和保溫層的完好情況等，所以筆者建議氣體溫度至少要高于露點溫度30℃以上。

圖1 濕氣體的露點和濕含量的關系

（3）降低除塵器的漏風率

漏風是袋收塵器冷凝結露的主要原因之一，漏風量與除塵器內的負壓密切相關，負壓越大，漏風越嚴重。為避免漏風最好采用正壓操作，正壓操作不會給除塵器的性能帶來不利的影響。但是正壓操作所有連接處如果密封不好，粉塵容易外泄，也會加速排風機的磨損。

（4）加強除塵系統的密封

這一措施包括收塵器本身和除塵系統中其他設備及管道的密封。收塵器本身密封性的好壞主要取決于殼體，要使殼體保持良好的密封性，必須保證其制造和安裝質量。殼體所有連接處都要連續焊，焊縫要用煤油滲透法進行檢查。人孔門處最容易漏風，建議采用雙層人孔門，門周邊的密封要采用耐熱硅橡膠，盡量減少人孔門的數量。從頂部進入除塵器換袋的密封面積遠大于側部人孔門，所以建議選擇在除塵器的側部開人孔門。

對于窯尾袋收塵器而言，還要改進窯尾密封圈的結構，加強冷煙室和預熱器的檢查孔和人孔門密封，這些部位都處于負壓下，密封不良也會漏入大量的冷風。

（5）盡量減少主機和除塵器開停次數

開停頻繁，除塵器內的氣體溫度容易降到露點以下。在主機停止運行時，應對除塵器進行保溫，同時排灰裝置要繼續運行，直到灰斗的積灰排空為止。而且要調整生產計劃，盡量將停機次數和停機時間壓縮到最低限度。

（6）加強除塵器的保溫

許多水泥廠由于對除塵器保溫工作不夠重視，且施工質量差，除塵器使用一段時間后，保溫材料大面積脫落，致使殼體內、外壁的溫差較大而產生冷凝水，不僅會堵塞濾袋，還會造成殼體和靠近殼體的內部構件被腐蝕。保溫層的厚度應根據當地最低氣溫和除塵器進出口氣體溫差以≯30℃為宜，并通過計算確定。此外還要重視保溫材料的選用和施工質量，保溫層外表面要用薄鋁板或彩色壓型鋼板作為保護層，以延長保溫層的使用壽命。冬季氣候嚴寒地區，除加厚保溫層外，必要時還要增設加熱器，殼體外壁甚至要增設蒸汽加熱管。

（7）選擇正確的控制系統

調整溫度控制器使進入袋除塵器的溫度始終在露點以上，控制器的正確控制方式和調節，可使袋除塵器不需要有大的安全系數。用于降溫的冷風閥或噴水裝置，其設計、操作和安裝位置均應正確。袋收塵器進口的熱電偶安裝位置要合適，以保證所有氣體有時間充分混和。袋收塵器的出口也應安裝熱電偶，以保證煙氣溫度通過袋除塵器后降到最小。如果進出口的溫差過大，說明漏風過多。

（8）濾袋噴涂預涂層

濾袋噴涂預涂層只是對窯尾袋除塵器而言，因為窯點火時要噴燃油，如果油煙粘附在濾袋表面會造成糊袋。如果窯尾裝設有點火煙囪，點火噴油時將點火煙囪打開，等到噴煤粉時，再將點火煙囪關閉。

（9）清除壓縮空氣中的水分

用于脈沖清灰的壓縮空氣必須清潔、不含水分，否則不僅會引起濾袋堵塞，還會腐蝕和堵塞脈沖閥，使清灰失效。袋收塵器脈沖清灰系統的管路上，一般都裝有帶過濾器的三元體，但是壓縮空氣冷凝水不能有效完全清除，所以在管路上有時還要裝設單獨的干燥器。干燥器有冷凍式和吸附式兩種，各有優缺點，應根據具體情況選用，必要時可組合使用，除濕效果更佳。

5 結語

水泥廠袋收塵器結露堵塞濾袋的因素很多，也很復雜，其中氣體溫度降到露點而出現冷凝水是堵塞濾袋的主要根源，所以在操作上防止氣體產生冷凝是第一位的。

[1]劉后啟，等.水泥廠大氣污染物排放控制技術[M].中國建材工業出版社,2007.

[2]張曉梅.水泥廠窯尾袋除塵器防腐蝕的對策[J].中國水泥,2009.