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《新材料產業雜志》2014年第八期

一、粉塵排放監測系統在新型干法水泥行業的應用

根據目前水泥行業中粉塵排放的特點，粉塵排放監測系統適用于不同的工藝流程，并實現不同的功能，共同為水泥行業工藝流程的系統診斷提供依據，為水泥行業的節能減排降耗作出輔助貢獻。目前水泥行業中使用的粉塵排放監測系統包括氣體分析系統、粉塵濃度連續排放監控系統和布袋撿漏監測系統。

1.氣體分析系統在新型干法水泥生產中，原料通過預加熱器和預煅燒爐進入回轉窯，并在窯內溫度達到1400℃時開始燒結，之后水泥熟料會從回轉窯的另一端輸出。然而，高質量的水泥熟料生產需要對能源輸入進行準確控制：熱量不足會導致石灰無法完全轉化，溫度過高則會增加燃料消耗，同時還可能會損壞回轉窯，造成污染物的過量排放。為此，可將高溫氣體分析系統安裝于窯尾煙室，對回轉窯入口的流動氣體含量進行監測。高溫氣體分析系統可實時監測一氧化碳（CO）、NOX和氧氣（O2）濃度，有時還可以在極端條件下對回轉窯內靠近原料進口位置的二氧化碳（CO2）和SO2氣體進行監測，并將測量的參數傳送至中控室操作員進行監控、分析和判斷，有效地評價燃燒過程，優化能源輸入，減少燃料消耗，建立回轉窯的最佳工作條件，提高水泥熟料質量，同時減少污染物的排放。例如，當窯尾煙室O2濃度低、CO濃度高、NOX含量偏低時，表明窯內通風狀況不好，窯頭噴煤不完全燃燒，煤的熱量沒有完全釋放，這意味著會造成原材料的浪費。根據實時監測數據，可以及時診斷并優化工藝流程，避免原材料的浪費。此外，高溫氣體分析系統在窯尾煙室的應用（如圖1所示），還可以監測早期的異常和事故，防止其發展，同時可以穩定回轉窯的工況，降低能耗，減少污染物的排放，提高經濟效益。同理，采用低溫氣體分析系統檢測預熱器一級出口氣體的含量，如CO、O2、NOX、SO2等，并將監測數據反饋給中控操作員，可以有助于操作員分析判斷，從而優化工藝流程，優化燃燒過程，達到節能減排降耗的目的。粉煤是水泥廠最常用的一種燃料，由于煤磨車間容易聚集CO，所以煤粉車間屬于易燃易爆的區間，為了避免爆炸事故發生，對煤磨收塵器和煤粉倉CO氣體的濃度進行監控就顯得至關重要，氣體分析系統在煤磨系統的應用如圖2。通過CO氣體分析系統可監測煤粉倉和煤磨袋收塵出口的CO含量，可以對工藝過程進行有效的控制，例如可以規避由于CO氣體濃度升高導致的煤倉和磨煤機發生悶火造成的事故。此外，O2氣體濃度數據還可為使用惰性氣體排氣的磨煤機提供重要的運行信息：通過監控碾磨過程中的氧氣濃度可以提前檢測是否有漏風進入系統，最大程度地減小爆炸或火災危險。

2.粉塵濃度連續排放監控系統粉塵濃度連續排放監控系統用于監測水泥生產過程中排放的粉塵濃度及含塵量，是針對粘性粉塵、氣體高溫或流速變化等大多數非理想條件設計的，見圖3。粉塵濃度連續排放監控系統能夠進行無滯后和高精度測量，該系統還可以監測廠房中散發的塵粒和車間的含塵量，以保證其含量在限定范圍內。該系統通常安裝在煙囪上用于持續監控廢氣中的CO、NOx和SO2的濃度，并持續測量粉塵和氣體流量，在與可替代燃料混合燃燒過程中，還可監測額外成分，如HCl、HF、Hg，并將監控數據及測量數據傳輸到集散控制系統（DCS），供操作員分析判斷，同時可發出排放超標報警提醒，為優化工藝流程提供參考。

3.布袋檢漏監測系統布袋檢漏監測系統可用于監控水泥行業除塵器過濾袋泄漏情況，能及時發現袋破并處理，避免未經過濾處理的粉塵直接排入大氣，確保符合相關的排放要求。在新型干法水泥生產中，通常都會使用高效收塵器來收集過濾主排塵點的排放物，并將過濾完的氣體排入大氣。水泥行業的袋收塵器是水泥生產不可缺少的主設備，由高效收塵器處理的廢氣量占全廠總廢氣量的90%，因此它的重要性不言而喻。袋收塵器能否完成高效除塵過濾，決定于濾袋。濾袋是收塵器中實現清灰功能的關鍵部件。由于濾袋容易形成破損，破損的濾袋起不到任何除塵過濾作用，直接將粉塵排入到大氣中，造成大氣的污染，所以對濾袋破損情況進行監測至關重要。通常采用的方法是，在袋收塵器進出口安裝壓差儀表，并在袋收塵器出口安裝布袋檢漏監測系統，將布袋檢漏監測系統和袋收塵控制系統可編程控制器（PLC）聯鎖起來，實時監測，并對袋收塵每個運行周期進行記憶分析。當DCS系統顯示某一室工作壓差增大，同時布袋檢漏檢測系統監測到的粉塵濃度減小，袋收塵風機電流增大，循環一個周期這一室沒有任何變化，表明袋收塵這個室提升閥不工作，造成這一室脈沖閥工作，清灰效果不好，使濾袋外表面積灰多。當DCS系統顯示某一室工作壓差減小，同時在線粉塵濃度檢測儀監測到的粉塵濃度增大，袋收塵風機電流有所減小。這種情況表明袋收塵這一室有濾袋破損漏風。通過對大型袋收塵器的粉塵濃度、收塵器出入口差壓的監測，以及清灰程序的時間就可以判斷出收塵器的工作情況，從而判斷收塵器是否有濾袋破損的情況。布袋檢漏監測系統在水泥行業的應用，在一定程度上降低了因袋破而造成環境污染的幾率。

二、結語

粉塵排放監測系統已廣泛應用于新型干法水泥行業中，其在不同的工藝流程中發揮著不同的功能，同時具有很多不可比擬的優勢：如通過優化燃燒過程、節約能源和原材料可提高干法水泥生產效益；通過監控特殊限制值，可控制成品質量；通過火災、爆炸、預警檢測以確保安全運行；檢測廢氣煙塵含量、防止排放超標；減少現場巡檢工作量，智能化程度高，減少現場巡檢工作量；通過系統檢測替代人工巡檢，使整個監測過程更可靠，更及時，更準確。面臨巨大的環境壓力，水泥行業的節能減排任重而道遠。新型低污染水泥原材料、新型節能生產工藝流程、新型燃燒技術、高效節能的設備等在水泥行業的使用，都為水泥行業的節能減排創造了條件。與此同時，粉塵排放監測系統不僅成為檢驗水泥行業節能減排效果的檢測手段，還為水泥行業實現節能減排提供了參考數據，為新型干法水泥行業的健康持續發展發揮了重要作用。不過，隨著國家環保要求愈加嚴格，企業對排放要求不斷提高，針對水泥行業的排放特點，如何高效、充分地利用粉塵排放監測系統，為水泥行業的節能減排做出應有的貢獻還需要進一步探索和研究。

作者：張惠登單位：北京凱盛建材工程有限公司