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水泥工业烟尘净化技术中的烟气调质
作者:管理员    发布于:2016-12-08 11:16:49    文字:【】【】【

  本文主要研究在水泥工业回转窑烟气调质的若干问题,并指出只要对增湿塔设计正确、配置性能良好的喷嘴、防止喷嘴在工作时发生堵塞故障、配置完善的水量调节装置;就一定能对烟气进行良好的调质处理,使电收尘器取得高的收尘效率。

  在70年代,我国研究成功了新型干法水泥生产工艺,水泥熟料煅烧能耗降至3135k/kg,产量大幅度增加,但因烟尘的污染严重,该技术的推广受到一定限制,即使在窑尾安装了电收尘器,因烟尘的比电阻高,收尘效率一般仅为75,而杭州水泥厂的立式电收尘低至46.1974年,我们开始了烟气调质的研究工作,并在太原水泥厂和沈阳房产局水泥厂先后设置了两座对烟气增湿调质的“增湿塔”。“增湿塔”是一直立筒式容器,烟气通常由上向下流经塔体,同时,高压水通过喷嘴从塔的上部以雾状喷入塔内,细小的雾滴(多为100um)与高温烟气进行强烈的热交换,蒸发成水蒸气,烟气湿度增大,将烟尘的比电阻降至lnQcm以下,使之适合电收尘器的操作要求,以保证电收尘器有高的收尘效率。

  在19741978年期间,我们为了增湿塔的工业应用,研究并解决了下列课题:为了降低烟尘的比电阻,烟气应从露点35C左右增湿至露点50C55C,烟气温度也随着由350C降至150C以下。

  计算烟气所需的增湿水量。经分析计算按窑产量计每公斤熟料约需0.2kg水,那么一条2000t/d水泥生产线,其窑尾烟气的增湿水量约为1620t/h.研究成功用碳化钨制成的耐磨喷嘴。由高压泵提供的3540kg/cm2的高压水,通过喷嘴,可雾化成直径为100200um的水雾。并研究了喷嘴孔径、压力、流量等的关系,射程、扩散角与结构的关系等,以满足工程设计上的要求。

  研究塔体的设计问题。塔体的设计首先依赖于雾滴所需的蒸发时间,理论计算和实践经验表明,雾滴在塔内需有1215s停留时间。塔体的强度要考虑当增湿塔被布置在高温风机前的情况,此时塔体要承受8000lPa的负压,其强度可按外压薄壁容器皱瘪理论计算。

  喷入增湿塔的水量大小可以根据安装于增湿塔出口的温度计指示值的大小进行调节。

  经过20多年的实践,现已有数百座增湿塔在水泥厂使用。有些单位曾由于采用其他调质方法(如管道喷雾)未能达到需要的收尘效率,后也改建了增湿塔。增湿塔是目前水泥工业窑尾烟气调质有效的方法。当前在水泥工业应用大的增湿塔直径达9.5m,大批7.5x30m增湿塔已在2000t/d的水泥厂应用。但是,由于人们对烟气调质理论的认识还不充分,以致收尘器的收尘效率不能达到理想的程度。现就存在问题讨论如下。

  1增湿塔规格的正确确定有些增湿塔在使用时,当增大喷水量,则出现“湿底”故障,致使喷入水量+能达到设计要求,烟气温度高于150C,收尘器不能达到高的收尘效率。这个问题首先是增湿塔规格设计不当造成的,虽然根据烟气温度、烟气量、所需喷入水量、水滴大小从理论上能计算出增湿塔所需的容积,但由于气流沿塔断面流动的不均匀性、雾滴热交换过程的复杂性,实际生产使用时塔的容积要远大于理论计算值,德国鲁奇公司便建议增大30.作者根据廿多年的实践,建议用于新型干法水泥窑的增湿塔,其容积蒸发强度按15kg/m3.h计算。

  此外,增湿塔的长径比也是一个很重要的数值,虽然理论上雾滴在塔内的停留时间仅决定于塔的容积与流量比,与长径比无关,但流速决定于断面积大小,过小的长径比会使气流沿断面分布不均匀。合适的长径比应取L/DS4,我们建议在生产中采用表1所列的增湿塔规格尺寸。

  表1增湿塔规格尺寸窑的生产能力(t/d)增湿塔规格Dxh(m)长径比L/D喷水置(t/h)增湿塔结构设计时还要注意增湿塔在工艺流程中的设置位置,当增湿塔布置在窑尾高压风机前时,要考虑当立磨运转时,增湿塔的喷水量较少,出增湿塔的烟气温度一般为22025(TC,此时增湿塔出口处的烟气量较大,如果灰斗内及出风口的断面面积较小,便会造成风速过高,系统阻力过大,从而影响窑的操作。

  喷嘴是烟气调质设备的关键部件,它的功能是将高压水雾化成颗粒很细的小水滴,一般要求90直径在lOOum以下,这样才能使水滴在塔内经热交换完全蒸发成水蒸汽。为此,喷嘴结构要合理,机械加工要精细。又因喷嘴是在高压下工作,磨损很厉害,为保证喷嘴性能的稳定,喷头及其主要零件必须由耐磨性能高的材料制成。

  喷嘴有单流体和双流体两种类型,双流体喷嘴可以在水压低的情况下得到颗粒的很细的水滴,但需配置一个容量很大的空压机,能量消耗大,所以仅在老厂改蓬或建造增湿塔受地方限制时才使用,目前增湿塔一般选用单流体喷嘴。

  我们曾对压力式喷嘴性能进行过系统的试验研究,并找出喷嘴孔径、流量、压力间的关系,如下式:量,t/h:流出系数;喷嘴孔半径,流出系数k决定于喷嘴结构尺寸的大小。

  喷嘴喷出水雾的扩散角决定于喷嘴头孔径与孔长的比值,比值越小,扩散角越大。水雾的射程与压力有关,当压力为4MPa时,射程为2.53m.这类喷嘴由于结构、系统简单,每个喷嘴的喷水量小,所以较适用于小型增湿塔,目前已广泛用于直径6m以下的增湿塔。

  带回流管的喷嘴在水量调节比达1:12时,水滴大小仍没多大变化,这样,便可在不关闭任何个喷嘴的条件下,通过调节回流管路上的电动调节阀的开度调节喷入增湿塔的水量。

  3生产过程要防止喷嘴发生堵塞故在增湿塔的使用过程中,有时会发生喷嘴堵塞故障,其原因是管道中的铁锈或水中的杂质堵塞喷头孔所致。为解决这个故障,方面在管路设计时应在水流出水箱处设置粗过滤器(0.5筛孔),同时在每个喷嘴的进水端应装设细过滤器,滤网的孔径为50lOOum.此外增湿塔的供水水质应符合下列规定:机械杂质<2030mg//;杂质颗粒<200um;CaC03硬度:6度;pH值:此外,在塔体高压水上水管的下端需设置放水阀,当增湿塔停止工作时,放水阀打开,将水管内的水放空,避免由于天冷水结冰而堵塞水路系统。

  增湿塔工作时要作好压力、水量等数据的记录,如发现异常时应检查塔顶各个喷嘴的工作状况,及时查出有故障的喷嘴。喷嘴前端的细过滤器每周至少清洗一次。

  4配置合适的水置调节装置在水泥煅烧过程中,由于回转窑预热器系统工作状况的变化,进入增湿塔烟气的温度和烟气量会有所波动。此外,产量在700t/d以上的回转窑窑尾系统多采用余热对原料进行烘干,由于原料磨的运转率一般仅为窑的8085,所以增湿塔和电收尘器需考虑所谓“直接操作”(即原料磨停)和“联合操作”两种不同情况。

  当“联合操作”时,从预热器排出的烟气温度约为32035(TC,经高温风机然后分成三路,其中一路去煤磨系统(风量很少),另一路通至原料磨利用其余热,其体积约占总烟气量的2/3,再经原料磨风机通入汇风箱,此时烟气温度约为90110C,第三路烟气(约占总烟气量的1/3)通入增湿塔,经增湿降温至14015(TC,然后通入汇风箱,在汇风箱内两路烟气混合后温度约为110130C,并通入收尘器进行烟气净化,然后经尾部风机排入烟囱。当原料磨停止运行时,即系统处于“直接操作”状态,第二路的阀门关闭,几乎全部的烟气通入增湿塔,增湿塔出口的烟气温度需控制在130150C.经增湿降温后的烟气经汇风箱、电收尘器、风机排入烟囱。显然,增湿塔的喷水量应根据塔的入口处的烟气量和烟气温度来决定,并按出口处的标定温度进行校正。

  由于目前尚没有能在工业生产中使用可靠、测量的烟气流量计,所以必须将通往原料磨管路上的阀门开、闭状态作为增湿塔水量调节的重要参数,当阀门关闭时,将有大量烟气通入增湿塔,此时供水量应移至高供水量档,在此范围内再根据进、出口温度值进行微调。反之,当生料磨管路上的阀门打开时,喷水量应调至低供水量档,否则,将会造成增湿塔的“湿底”故障。

  近几年来,由于立式辊磨的推广应用,大大降低于原料粉磨过程的电能消耗。

  从增湿塔排出的烟气分为两路,各设置一个阀门。当原料磨操作时,阀门丨打开,阀门2关闭,此时增湿塔需喷入少量的水,将烟气从320350C降至220C,烟气通入立磨并烘干原料,物料在粉磨过程一般需向磨内喷入少量的水,粉磨后的成品和烟气一同从立磨逸出,经细粉分离器收下大部分成品,含尘气体经风机送入电收尘器,在电收尘器入口处烟气的湿度为露点5255 C,温度为801(XTC,净化后的烟气经风机排入烟囱。当立磨停止工作时,则需关闭阀门1,打开阀门2,此时供水装置应处高供水量档,增湿塔出口处的烟气温度控制在14015(TC范围,烟气露点为5055"C,增湿后的烟气从第二条管路通入电收尘器,并后排入烟囱。

  目前增湿塔己成为水泥干法生产不可缺少的设备,预计它将在电力、化工系统被应用。只要选型设计得当,配置性能良好的喷嘴,防止喷嘴在工作时发生堵塞故障,配置完善的水量调节装置,就一定能对烟气进行良好的调质处理,使电收尘器取得高的收尘效率。

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