与世界先进国家水泥产量相比，我国水泥总产量虽居世界第一，但无论是产品结构还是技术装备水平，都远远落后于工业发达国家。近几年，先进的新型干法水泥生产线获得快速发展，但是水泥生产造成的环境污染问题相对突出。
1 水泥工业的污染
水泥工业所生产的污染物对大气污染较为严重，主要是粉尘颗粒物的影响，其次是少量的气态污染物，如SO2、NOx、HF等。据统计，2012年，我国水泥工业的粉尘颗粒物排放量居各工业之首，达数百万吨，占全国工业粉尘颗粒物排放总量的39%，SO2排放占3%～4%，NOx排放占10%～12%，属于重点污染行业[1]。水泥工业迅猛的发展，同时加重了环境污染。水泥生产主要设备及污染物如下。
1)磨机。生料磨、煤粉磨及选粉机选出合格水泥或煤粉过程中，产生大量的粉尘，其粉尘浓度高达1 000 g/m3。带旋风收集器的煤磨，其粉尘浓度达700 g/m3。
2)水泥窑。窑系统排出的废气温度高，粉尘浓度大，其含尘浓度为40～80 g/Nm3，其中细颗粒(<20 um)占95%。经与磨机联合操作(称窑磨一体机)，混合废气温度140～180 ℃，粉尘浓度增为80～120 g/Nm3。还含有少量的有害气体，如SO2、NOx、HF。
3)烘干机。其废气中粉尘浓度大，温度50～250 ℃，水分含量20%～25%，烟尘浓度为50～150 g/Nm3。也排出SO2、NOx、HF等有害气体。
4)篦式冷却机。废气中，温度100～250 ℃，烟气较干燥，烟尘浓度20～30 g/Nm3，尘粒粗且硬度大，对设备有磨损作用。
2 水泥工业污染治理
水泥工业污染物的治理，国家曾多次制订和修订水泥工业大气污染物排放标准，以治理和降低水泥烟尘和粉尘颗粒物及气态污染物对大气的污染。这些标准的制订，一次比一次要求严格。2013年新发布的GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》规定：对水泥窑、烘干机、冷却机、烘干磨、煤磨排放中的颗粒物最高允许排放浓度限值为30 mg/m3，对破碎机、磨机、包装机、水泥仓等限值为20 mg/m3。标准还对气态污染物SO2、NOx、氟化物的排放提出了高要求，如对氟化物的排放从过去的10 mg/m3提高到了5 mg/m3。这一新标准的出台，促进先进的新型干法水泥的快速和大型化发展，还将促进环保除尘设备的改造升级，也可促进水泥生产减少萤石的使用，降低除尘设备的腐蚀，提高除尘设备的寿命。
水泥工业的污染治理主要是以除尘器来除掉水泥设备生产中排出的粉尘颗粒物并回收可用的物料，同时利用水泥原料的碱性及袋式除尘除去滤袋上的尘并中和、吸附炉窑废气中的酸性有害气体。袋式除尘器是除尘设备中效率最高的除尘器。20世纪80年代，我国从美国、德国不断引进电、袋除尘器技术，应用于水泥工业污染的防治。在此基础上，通过消化、吸收和实践经验的积累，试验、改进、创新,使我国电、袋除尘器技术得到了飞跃发展，逐渐形成了我国自有的电、袋除尘技术。
袋式除尘器配套应用的配件和滤料在20世纪90年代相应通过引进、消化吸收和转化也获得了飞速发展，不仅品种增多，技术和质量也得到了很大提高。滤料从织物发展到针刺毡到复合滤料和覆膜滤料，从粗纤维到超细纤维，不断提高了滤料的过滤性能，同时，滤料的寿命也大大提高。
3 袋式除尘器的应用
袋式除尘器的最大优点是不受粉尘的种类、粉尘浓度的(可处理浓度高达1 000 g/Nm3以上的废气)颗粒的大小和粉尘比电阻的限制，能适应工艺工况和负荷变化大的特点，其除尘效率仍可稳定达到99.99%，排放粉尘浓度可小至10 mg/Nm3以下，能有效捕集5 um以下的粉尘，可作为水泥物料的高效收尘器。同时也具有耐高温、高湿、耐腐蚀、抗结露、防静电、过滤易燃易爆气体的能力。利用预涂层技术，向除尘器前管道中喷入物料(如石灰石、白云石、水泥等)，滤袋上所积附的这些尘饼,可吸附沥青、油雾和酸性有害气体。
袋式除尘器处理风量范围大，小到1 000 m3/h，大到200×104 m3/h，占地面积小。当需要维护检修时，可随时分室停风进行，而不停机。
袋式除尘器最大缺点是设备阻力大，一般为1 000～1 500 Pa，耐温目前只能达到300 ℃(发展中的不锈钢、陶瓷纤维可耐450 ℃以上)。
袋式除尘器的品种较多，具体应用时应根据各工况点的烟气特性，如烟气量、温度、含尘浓度、露点，以及粉尘、烟尘的特性等选择适合的袋式除尘器，并使除尘器在最佳状态下运行。
水泥生产过程本身是一个粉尘处理与加工的过程，其主要的污染就是粉尘，有害气体相对小些。对于干法生产，从头至尾均有污染源，而生产线中排放的粉尘有些是被粉碎的原料和燃料，有些则是水泥的成品和半成品，具有很高的回收利用价值。采用袋式除尘器既能过滤和控制粉尘对大气的污染，又能大量回收可利用的物料。袋式除尘器的品种较多，通过不断努力和创新，目前使用较多的有两种，即长袋脉冲除尘器和气箱式脉冲除尘器。
3.1 除尘设备选型
长袋脉冲除尘器：这是一种袋长6～8 m的行喷式脉冲袋除尘器，属高能脉冲喷吹清灰，清灰能力强，袋底压力可达2 000 Pa，可处理高浓度粉尘，除尘效果好。近几年较多地应用于水泥生产的高温和常温工况除尘系统中，其最大优点是滤袋较长，可达6～8 m，过滤面积大，过滤速度一般选用1.0～1.2 m/min，也有用到1.5 m/min，充分利用空间，占地面积小，可分室离线或在线清灰，高压或低压喷吹，可分室停风检修与换袋，适于大中型、处理风量大的脉冲机组中。国内已广泛应用于水泥、冶金钢铁、有色金属、机械、化工行业，也应用于燃煤电站锅炉除尘系统中，是袋式除尘器中的佼佼者。
气箱式脉冲除尘器：这是一种高能清灰的袋式除尘器，分室高压脉冲喷吹清灰，可处理高浓度粉尘，是20世纪80年代末由美国Fuller公司引进的，主要应用于水泥工业常温工况的各产尘工艺系统中，也已有部分应用于高温窑炉烟气的过滤除尘。经多年使用，除尘效果很好，排放浓度低、清灰强、阻力小、设备寿命长，很快就在水泥行业得到推广应用，还可设计防静电针刺毡及泄爆阀，可应用于煤粉制备工艺收尘系统中。其优点是体积小、占地面积少、节约投资。但其滤袋较短，一般为2.5～3 m，且布置较密，含尘气体上升速度大。脉冲阀一个分室仅1～2个，清灰不够均衡，适用于中小型除尘系统。
3.2 除尘滤料选择
滤袋是袋式除尘器的核心。选用滤料的性能好坏直接关系到滤袋的使用寿命，也关系到除尘器的应用成败。滤料近几年来发展很快，且还在不断发展中，市场上不仅有国内开发的新滤料，还有国外的多品种的滤料，品种繁多，性能各异，为我们提供了良好的选择机会。滤料的选用要依据水泥工业产尘设备的特点及其含尘气体与粉尘的物理化学性质来考虑，按选用的除尘器型号、清灰方式及各种适用的滤料来选用。
3.2.1 对于水泥工业窑炉的高温烟气
1)芳香族聚酰胺高温滤料。商品名为美塔斯(metamax)，耐温200 ℃，瞬间可耐240 ℃ ，耐磨、耐折性能较好，耐碱尚可，耐酸性差，抗水解能力也差，但可进行拒水防油处理，以适当改进其防水解的特性，适于高温而无酸性、含水份较少的烟气中应用。
2)聚酰亚胺(P-84)高温滤料。耐温240 ℃，瞬间260 ℃，具有三叶形横截面过滤性能很好，抗氧化、耐酸、抗水解程度良好，耐磨、耐折性也好，耐碱差，适于在低含硫量的水泥炉窑中应用。
3)氟美斯(FMS)高温滤料。它是由玻纤与一种或二种以上耐高温合成纤维混合及层状复合的复合滤料，可达到更高、更新的物理及化学性能。较之上述合成化纤滤料，其伸长率小、变形小、耐温高，耐腐蚀性好，高强低伸，尺寸稳定性更好，市场售价较低。较之玻纤滤料，其耐磨、抗折及剥离强度有明显提高，且过滤速度可提高至1.0 m/min以上。此滤料还可经不同的表面化学处理与后整理技术，具有易清灰、拒水、防油、防静电等特点。有多种品种，如玻纤与P-84复合的FMS9806型，耐温260～300 ℃，耐酸碱程度有所提高，抗水解程度也有所提高，已用于各种高炉煤气及部分工业窑炉烟气的过滤，也已应用于水泥窑尾的脉冲袋式除尘器中，使用效果很好。过滤速度控制为0.9～1.0 m/min。
4)玻纤膨体纱过滤布。它是在玻纤平幅布基础上发展的新型织物，其纬纱由膨化纱组成，由于纱线膨松，其覆盖能力及透气性好，因而可提高过滤效率，降低过滤阻力，除尘效率可达99.5%。此种玻纤滤料的优点是耐高温、中碱玻纤可长期耐260 ℃，无碱玻纤280 ℃，瞬间可达350 ℃。尺寸稳定性好，同时其拉伸断裂强度高，优于合成化纤。其耐酸性能、中碱玻纤较好(HF酸除外)，无碱较差；耐碱性在高温下较差，水汽对玻纤有一定的影响，耐折性最差。为适应各种高温窑炉烟气过滤需要，对玻纤的缺点，南京玻纤研究院研制了对玻纤材料的各种表面处理的配方，以解决这些问题。经过配方处理的玻纤膨体纱已广泛、成功应用于各种水泥窑炉烟气的除尘。
5)玻纤针刺毡。不仅具有玻纤织物滤料耐高温，耐腐蚀，尺寸稳定，强度高的特点，且由于毡层纤维呈三维微孔结构，孔隙率高，过滤阻力小，除尘效率较膨体纱高，可达99.9%以上，过滤速度可提高为0.9～1.0 m/min。经表面配方处理的玻纤毡可用于低压脉冲袋式除尘器，适于各种水泥炉窑。
6)覆膜滤料。它是在各种经过表面配方处理的高温合成化学纤维针刺毡、玻纤滤料、和常温涤纶毡上覆合多微孔聚四氟乙烯薄膜而制成的，它集中了各合成化纤与玻纤的优点与聚四氟乙烯(PTFE)薄膜表面光滑、憎水透气、耐腐蚀、化学稳定性好等优点，是一种较理想的表面过滤材料，过滤效率可高达99.99%，表面不易存留粉尘，清灰效果好，过滤阻力小而较稳定，过滤速度可有所提高，适用于各种反吹风及脉冲除尘器，适用于各水泥窑炉烟气和常温下各散尘设备的过滤，过滤后的烟尘排放浓度可低到30 mg/Nm3以下，甚至5 mg/Nm3以下。寿命长的可长达4年以上。
3.2.2 对于水泥工业常温烟气
1)涤纶针刺毡。涤纶纤维是一种应用极为广泛的常温滤料，长期使用温度不能超过130 ℃，瞬间150 ℃，过滤、耐磨、耐折等性能良好，耐酸一般，耐碱性较差，水解稳定性较差。涤纶针刺毡孔隙率高，透气性好，易清灰，过滤阻力低，寿命较长(可达2年)，维护管理方便。排放浓度可<20 mg/Nm3。为改善和加强其性能，近几年开发有高强度涤纶针刺毡，选用单丝强度为普通化纤长丝2～3倍的化纤高强工业用长丝做基布，其强度可为1 600～2 000 N，伸长率可降低1/2，从而大大提高了滤料的抗冲击性及耐压水平，减少滤袋的变形和破损。还有一种超细纤维针刺毡，是以超细旦涤纶纤维针刺而成，由于纤维直径很细，致密度高、比表面积大、孔径小、孔隙率高、透气性能好，过滤性能大大高于一般涤纶毡，除尘效率可达99.99%，接近于覆膜滤料，且比覆膜滤料耐磨、耐冲击，适于常温下排放浓度要求较为严格(<15 mg/m3)、粉尘粒径很细的过滤除尘。涤纶针刺毡可采用拒水防油剂经后整理工艺加工制成拒水防油涤纶毡，可应用于气体中含湿量较大的场合，滤料不易堵塞糊袋，易清灰，可延长滤袋寿命。
2)涤纶针刺毡防静电滤料，是在针刺毡基布的经纱中掺入导电纤维纱或不锈钢纤维等导电材料而加工制成的各种防静电滤料，以防止由于粉尘与滤袋的磨擦而产生静电火花引燃引爆，或防止有些易荷电的粉尘积聚在除尘器滤袋表面上而不易清灰，导致除尘器阻力上升，适用于煤粉制备工艺易燃易爆粉尘的过滤除尘。
3.3 清 灰
1)脉冲阀。气箱脉冲式一般选用φ21/2″高压直角式脉冲阀，但自身的阻力损失较大，故也有改用低阻淹没式的。而长袋脉冲除尘器一般选用φ3″淹没式脉冲阀，自身阻损较小。长袋脉冲除尘器的淹没式脉冲阀应根据除尘器的性能选用，如滤袋的袋径、袋长、离线或在线清灰的型式，过滤速度、每脉冲阀所喷吹的袋数，与脉冲阀连接的弯头数量等，以确定脉冲阀的大小、喷吹压力、脉冲宽度以及阀的喷吹量，确定喷管嘴的尺寸及至花板的距离。脉冲阀应选用优质产品，寿命达100万次，使用寿命3～5年。
2)分气箱。分气箱容量应满足脉冲阀喷吹一次压力下降不得大于30%的需要，供气管路要满足在喷吹间隔时间内提供一次喷吹量的需要。提供的压缩空气应去除杂质、油与水分。应设有减压阀。
3)喷吹参数。运行期间需依据脉冲除尘器所设定的滤袋阻力(如1 000 Pa)调整好喷吹压力及脉冲宽度，尽量降低喷吹压力和延长清灰周期，不使清灰过度或清灰不足，以保护滤袋表面的一次粉尘层不被破坏，保证设定阻力值。
3.4 电 控
要设计好袋式除尘器的清灰系统、卸输灰系统的程序自动控制，同时设计好联锁、监测、安全保护装置和超限报警，采用上位机(计算机)监控，以满足除尘器运行和维护管理的需要。
4 结 语
总之，袋式除尘器是一个系统工程，只要把设计、加工制造、安装和运行维护管理各方面的工作做好，就能促使袋式除尘器在水泥工业各个工艺点的除尘正常、安全、高效、达标运行，为我国环境保护工作尽心尽力。
