1000T/D生產(chǎn)線窯尾除塵系統(tǒng)的設計

發(fā)布日期：2017-12-13 17:13

1 窯尾工藝系統(tǒng)的選擇
      目前,大型水泥熟料生產(chǎn)線窯尾大部分采用(窯尾+立磨的配置系統(tǒng), 該系統(tǒng)的除塵系統(tǒng)有兩種工藝流程,見圖1) 帶"旋風除塵器+電除塵器"的立磨除塵系統(tǒng), 這是典型的窯尾+立磨粉磨工藝的除塵配置,見圖1 中包含虛線的系統(tǒng).從窯尾預熱器出來的煙氣先通過增濕塔和高溫風機,然后分兩路,一路直接進電除塵器,另一路通過立式磨,旋風除塵器和循環(huán)風再到電除塵器, 兩路煙氣通過一個匯風箱匯合后進入電除塵器。
     不帶旋風除塵器的立磨除塵系統(tǒng)(見圖1中無虛線框部分)此種工藝系統(tǒng)與第一種工藝系統(tǒng)的主要區(qū)別為取消了旋風除塵器和循環(huán)風機, 其功能全部由電除塵器和主排風機承擔,這一系統(tǒng)因流程更簡單,占地面積少.能耗低和風機磨損少而得到推廣應用, 海螺集團1999年以后建成的2500T/D ,5000D/T生產(chǎn)線均采用這種系統(tǒng),運行效果很好.因此10000T/D’ 生產(chǎn)線也采用了這種工藝系統(tǒng),這一系統(tǒng)由于立磨的通風阻力大和排塵濃度高, 因此要求電除塵器能承受高負壓(13000Pa) 和高粉塵濃度(標況下1000g/m^3。

2 增濕塔的工作原理及用途
     增濕塔,也稱(噴霧增濕塔)或(蒸發(fā)冷卻塔);是對煙氣進行增濕處理的設備,在水泥工業(yè),增濕塔的作用是配合各種除塵器, 使煙氣的性質(zhì)更適合除塵器的要求,是一種煙氣的預處理設備,對水泥窯尾除塵系統(tǒng)來說,增濕塔有兩種作用:一是降溫調(diào)質(zhì),二是可起到預收塵的作用,當增濕塔內(nèi)通入高溫煙氣后, 由水泵產(chǎn)生高壓水通過安裝在塔體上的噴水裝置向塔內(nèi)噴入一定量的霧化水，這些霧化水與塔內(nèi)的高溫煙氣進行熱交換而蒸發(fā)成水蒸氣"由于蒸發(fā)的吸熱作用使煙氣溫度降低而濕度增加， 同時大量的水蒸氣吸附在粉塵表面，使粉塵表面電阻降低，從而降低了粉塵的比電阻。增濕塔的這種降低煙氣溫度，增加煙氣濕度和降低粉塵比電阻的作用稱為調(diào)質(zhì)。另外，煙氣由增濕塔的上部向下運動， 然后由下部灰斗上的出氣口排出，煙塵中較大的顆粒在慣性力的作用下，沉降于下部灰斗，起到預除塵的作用"。

     新型干法水泥生產(chǎn)線的窯尾預熱器出口煙氣溫度在350C左右，粉塵比電阻均超過1012W.CM如直接使用電除塵器進行除塵。不但在鋼結(jié)構(gòu)上要考慮高溫的力學性能，更重要的是除塵效率非常低，要達到排放要求，電除塵器會設計得非常大，運行也極不穩(wěn)定, 利用增濕塔的調(diào)質(zhì)作用對煙氣進行預處理后再使用電除塵器進行除塵。不但結(jié)構(gòu)上可采用普通碳素鋼,而且有很高的除塵效率,運行狀態(tài)穩(wěn)定,電除塵器的規(guī)格也大為縮小,為節(jié)約能源! 常利用窯尾高溫煙氣對原料進行烘干。這對煙氣的溫度和濕度有一定的要求,使用增濕塔后,這些問題都能得到解決,當不進行原料烘干時,增濕塔直接將煙氣調(diào)整到除塵器的適用條件(當進行原料烘干時,因為增濕塔的出口溫度不受烘干物料的限制,當出磨煙氣溫度高而濕度較低時,還可以進一步降低增濕塔出口溫度來進行調(diào)節(jié), 使混和后的煙氣適應除塵器的需要.因此,當工藝條件不在除塵器適用條件下,利用增濕塔的調(diào)質(zhì)作用可使其變成O適用條件, 從而增加了除塵系統(tǒng)的適應性,在這種情況下,增濕塔是窯尾除塵系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分, 它的工作好壞直接影響到電除塵器的除塵效率和工作穩(wěn)定性,反過來也會對生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響,所以正確的選型和運行增濕塔是保證生產(chǎn)和除塵的重要條件。

3 增濕塔的選型設計

     3.1原始參數(shù)與設計選型

     處理煙氣量:820000m^3/h,(單臺10000T/D 生產(chǎn)線共用2臺); 進口氣體溫度:230~350C,O高450C;出口氣體溫度 :230C(聯(lián)合操作),90-120C(直接操作); 塔內(nèi)煙氣流速:3.22m/s; 含塵濃度(標況下):正常65g/m^3;O80g/m^3;噴水量:O38.4t/h.根據(jù)以上參數(shù)我公司選用了2臺9.5X39m增濕塔,氣體經(jīng)過增濕塔的速度為12.11m/s這一速度可以保證噴槍噴出的霧水與氣體充分進行熱交換,達到除塵器的O佳除塵狀態(tài)。

     3.2結(jié)構(gòu)設計

     增濕塔一般由五部分構(gòu)成,(見圖2)分別是:塔體,噴水裝置,水泵站,控制裝置,保溫層.其中塔體,噴水裝置.保溫層這三部分由我公司設計并供貨。

     3.3塔體
     增濕塔的塔體(圖3)大部分是一個圓筒形的構(gòu)造物,塔體分成三部分.即進氣口及分布板,筒體,下部灰斗。

     3.3.1進氣口及分布板
     進氣口及分布板見圖4進氣口位于塔體的O頂部由圓形的進氣管與上部錐體組成,為了增加氣體的均布性,我們設計時在進氣管內(nèi)層沿氣流方向設置三層導流板,,在錐體內(nèi)還設置兩層分布板,以便煙氣能沿增濕塔斷面均勻分布, 分布板采用多孔板式,多孔板氣體均布性好,制作安裝方便。

     3.3.2 筒體
     增濕塔的筒體是一個圓筒型的構(gòu)造物,噴槍噴入的霧化水和高溫煙氣在這里進行熱交換,為使這種熱交換達到預定的要求,筒體應滿足一定的規(guī)格尺寸要求,即用內(nèi)徑和有效高度來表示, 其中有效高度是指噴嘴的安裝位置到灰斗上沿的距離。

     3.3.3下部灰斗及出氣口
     下部灰斗包括灰斗#輸灰裝置和鎖風裝置， 有些增濕塔的出氣口設計在筒體上"有些增濕塔的出氣口與灰斗組合在一起。本次設計采用出氣口與灰斗組合在一起的結(jié)構(gòu)，這一種灰斗結(jié)構(gòu)復雜"加工困難"但能增加筒體的有效高度" 減少增濕塔的重量和成本" 對提高增濕塔的除塵效率也有好處， 輸灰裝置采用可逆式螺旋輸送機" 有兩個出料口" 正常工作時"螺旋輸送機正向運轉(zhuǎn)"粉塵由正常出料口排出。發(fā)生濕底等不正?，F(xiàn)象時"螺旋輸送機反向運轉(zhuǎn)"粉塵由另一端的事故出料口排出"以清除廢料和保護下游設備，鎖風裝置一般采用雙翻板閥"防止?jié)竦讜r積灰。

     3.4 噴水裝置
噴水裝置是增濕塔的核心" 能將水泵站提供的具有一定壓力和流量的水進行霧化并按一定的布置和擴散角噴入筒體內(nèi)" 本條生產(chǎn)線增濕塔的噴槍均勻布置在塔體的四周。增濕塔的噴水裝置主要有噴槍管路過濾器"以及各類閥門和指示儀表等組成。按其結(jié)構(gòu)有回流式和壓力式兩種"本條生產(chǎn)線選用回流式噴槍結(jié)構(gòu)示意見圖5?；亓魇絿姌層苫亓鲊娮炀哂袃?nèi)外管的槍體和閥門及膠管等組成。從水泵站來的壓力水從槍體的外管進入噴嘴的旋流體形成高速旋轉(zhuǎn)的流體"通過噴嘴孔的擠壓撞擊等機械作用和孔內(nèi)外的壓差作用使水霧化"一部分水通過回流到水泵站。噴水量的大小通過回流水的多少來調(diào)節(jié)" 回流水越多則噴水量越少"回流水越小噴水量越大。由于回流式噴槍的噴水量通過回流水來調(diào)節(jié)的" 故其水壓力是穩(wěn)定的"不會因噴水量的調(diào)節(jié)而影響霧化效果。

     3.5 保溫層
     保溫層在整個塔體的外部" 保溫層的設計與安裝質(zhì)量對除塵器的使用好壞有直接影響。保溫層由保溫材料骨架和外裝飾板等組成"使增濕塔的工作狀態(tài)不受環(huán)境的影響。由于保溫材料的作用"塔體被保持在一個較高的溫度下" 避免從噴嘴噴出的水霧接觸到塔體時凝聚成水流"有利于霧化水的蒸發(fā)"所以增濕塔的保溫非常重要。在海螺10000T/D生產(chǎn)線上增濕塔保溫層厚度為100mm。

4 電除塵器的工作原理及影響因素
     電除塵器是利用高壓靜電來進行氣,塵分離的,電場內(nèi)設計有線狀的放電極(陰極)和板狀的收塵極(陽極)當在電極間加上直流高壓后$由于放電極和收塵極的形式不同使電極間產(chǎn)生一個不均勻電場    當施加的直流電壓達到一定數(shù)值時$ 放電極周圍局部區(qū)域的電場強度足以使氣體擊穿產(chǎn)生電暈放電$生成電子和正%負離子，其中正離子很快到達放電極中和而大量的電子和負離子在電場力的作用下向收塵極方向運行形成電暈電流。當含塵氣體通過電極間的通道時，電暈電流中的電子和負離子就會吸附到粉塵上$使粉塵荷電。正離子由于其作用區(qū)域很小，絕大部分吸附到電暈極上荷電的粉塵在電場力的作用下向收塵極運動，O后沉積在收塵極上并將電荷釋放出來。當粉塵沉積到一定厚度時，通過振打裝置將粉塵打落到灰斗排出完成除塵過程。電除塵器的除塵效率與電場的結(jié)構(gòu)型式、供電裝置的特性等有關(guān)。但與煙氣和粉塵的性質(zhì)關(guān)系更大。如煙氣和粉塵的成分,溫度,濕度,濃度,粒度和比電阻等。其中粉塵的比電阻的影響O為突出粉塵比電阻在10^4-10^11歐姆.cm 之間時,電除塵器的工作效果O佳, 比電阻低于10^4歐姆.cm 的粉塵到達收塵極表面后會很快釋放電荷，并獲得收塵極的正電荷，從而與收塵極相互排斥而重返氣流。當再次荷上負電荷運動到收塵極后又重復以上過程，形成粉塵在收塵極上的跳躍現(xiàn)象$O后可能隨著氣流帶出收塵器。除塵效率下降比電阻高于10^11歐姆.cm 的粉塵到達收塵極表面后釋放電荷很慢。當粉塵不斷積厚時$粉塵層產(chǎn)生一個強電場，這一電場不但減弱了電極間的電場強度，排斥其它粉塵繼續(xù)向收塵極運動，還會在粉塵層空隙間發(fā)生局部擊穿，產(chǎn)生大量的正離子與電場內(nèi)的負離子中和其結(jié)果是電暈電流增大。電壓降低，電場內(nèi)閃絡頻繁，粉塵的二次飛揚嚴重，這就是所謂的反電暈現(xiàn)象。導致電能增加，除塵性能惡化，甚至無法工作，因此，要使電除塵器具有良好的除塵效率，必須注意粉塵比電阻，比電阻不在適合的范圍內(nèi)時，應對煙塵進行調(diào)質(zhì)處理。通過增濕塔處理后，可以保證電除塵器O運行。

5 10000T/D水泥生產(chǎn)線窯尾電除塵器的特點
     (1)設備規(guī)格大10000T/D水泥生產(chǎn)線窯尾采。用高濃度電除塵器$ 共用兩臺雙室四電場的電除塵器$單臺規(guī)格(m)為2X31/12.5/4X9/0.4;它是迄今為止水泥生產(chǎn)線O規(guī)格的電除塵器。
     (2) 處理風量大。每臺電除塵器處理風量能力為860000m^3/h(聯(lián)合操作)是高濃度水泥生產(chǎn)線處理O風量的電除塵器。
     (3) 處理煙氣的含塵濃度高。進入每臺電除塵器的煙氣含塵濃度高達597g/m^3而常規(guī)的電除塵器的入口含塵濃度不超過80g/m^3。
     (4) 該臺電除塵器要承受高負壓。該電除塵器所要承受的負壓高達12000pa是O至今為止電除塵器設計中殼體所承受的O高負壓。

6 高濃度電除塵器與常規(guī)電除塵器的設計區(qū)別
     6.1氣體分布板與常規(guī)的電除塵器不同
     含塵氣體進入常規(guī)電除塵器電場之前 先經(jīng)過氣體分布板，使氣流能均勻地進入電場1達到很好的除塵效果。而窯尾高濃度電除塵器，在進氣口處加了兩層槽型折射板，使氣流在槽型折射板間相互碰撞，氣流速度迅速降低并改向，大量粉塵經(jīng)慣性碰撞而降落，約有20%-30%粉塵沉淀下來，起到預除塵的效果。使進入電除塵器的粉塵濃度大大降低，減輕了電場的負荷，使整臺電除塵器的除塵效率提高。此外，進氣口中部還加了一層折葉板$使氣流預均布$再經(jīng)過多孔板使氣流得到進一步均布。這樣，氣流進入電除塵器前經(jīng)折流預除塵及均布裝置，使氣體含塵濃度下降沒，同時氣流均勻地進入電場內(nèi)部1有利于電除塵器的除塵(布置見圖6)。
     6.2電暈線的特殊設計
     含塵氣體通過電除塵器的電場空間時 粉塵粒子與其中的游離帶電粒子碰撞而荷電,于是在電除塵器內(nèi)便出現(xiàn)兩種形式的電荷,粒子電荷和離子電荷,常規(guī)電除塵器的入口含塵濃度=<80g/m^3所以,一般用v15或v0 電暈極組合" 在稀薄的粉塵環(huán)境內(nèi))就能使粉塵顆粒均勻的荷電)達到除塵的目的。隨著煙氣中含塵濃度的增加) 粉塵離子所形成的電暈電流雖然不大)但形成的空間電荷卻很大)接近于氣體所形成的空間電流) 嚴重抑制電暈電流的產(chǎn)生)使遠離電暈區(qū)的塵粒不能獲得足夠電荷) 降低除塵效率。煙氣含塵濃度過大)還會出現(xiàn)電暈閉塞現(xiàn)象)使荷電離子及塵粒不能順利趨向沉淀極板) 效率大大降低。實驗表明"當電暈線采用尖端放電時"能夠產(chǎn)生強大的電風"促使帶電粒子向沉淀極運動"增大驅(qū)進速度"提高除塵效率。為此我們一改常用v15,v0線單一組合形式)而是根據(jù)電場內(nèi)粉塵濃度分布)設置不同的電暈線的組合形式) 在粉塵濃度O高的電場空間內(nèi))采用電暈線為長刺的v40線"使放電強度加大)粉塵充分荷電，在粉塵濃度較高的電場內(nèi)"采用v25電暈線，工況已達到普通電除塵器的環(huán)境時)用v15電暈線"就能滿足荷電的要求)達到預期的除塵效果。這樣設計使整個電場都能均勻荷電"電場空間都能得到充分有效利用" 使電除塵器的除塵效果達到O佳。
     6.3特殊的阻流設計
     通常情況下，電除塵器的殼體內(nèi)壁四周都設置有阻流板防止氣流旁路。對于常規(guī)電除塵器而言，如果有0.5%的旁路氣流，出氣口的氣體含塵濃度將大大增加，降低除塵效率。對于高濃度電除塵器來講，防止氣流旁路更為重要" 如果有0.5%的旁路氣流"風量按860000m^3/h, 入口含塵濃度按597g/m^3 計算"水泥廠每天排塵860000X597X0.5%X24=61.61T 顯而易見" 僅此一項造成的環(huán)境污染和給水泥生產(chǎn)廠家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟損失是可想而知的。為防止旁路"這臺電除塵器不僅設計了兩側(cè)邊緣擋風板" 頂梁下導流板"灰斗上阻流板外，還在第一、二電場之間，設置了梯形截流墻。這種設計)不僅防止氣流旁路，而且能夠阻擋第一電場的高濃度帶電粒子進入第二電場，使后置電場內(nèi)的粉塵濃度大大降低，達到常規(guī)電除塵器的工況，起到O除塵的目的。(截流墻的布置見圖7)。
     6.4預灰斗的設計
     前面已經(jīng)介紹過" 含塵氣體進入電除塵器前經(jīng)過三層分布板"起到預收塵的效果!這樣進氣口的下部沉集了大量粉塵"如不采取措施"會造成進氣口內(nèi)集灰"從電除塵器的橫截面上看"會有部分斷面氣流不暢"從而引起氣流不能均布"電除塵器很難正常工作"達不到理想的除塵效率。在進氣口下面設計了四個預灰斗" 使分布板收集下來的粉塵及時經(jīng)下面的拉鏈機運走"保證電除塵器的正常工作。
     6.5電除塵器的耐高壓設計
     電除塵器一般多用于負壓操作)在正常情況下"電除塵器所承受的負壓不超過2000pa 如果殼體的強度不夠" 可能會引起殼體變形" 極間距無法保證"使電除塵器的除塵效果難以保證。當殼體密閉不嚴時，就會從外部漏入冷空氣，使進入電除塵器的風量增大，風速加快，煙氣溫度降低，在內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)露"粉塵結(jié)塊，其結(jié)果是除塵性能下降。對于高負壓電除塵器"殼體所承受的負壓高達12000pa所以"殼體更易變形和漏風。為保證電除塵器能正常的工作"在設計和制造過程中" 殼體結(jié)構(gòu)設計必須滿足這種高負壓強度要求"采用優(yōu)質(zhì)鋼材"精工細作"嚴把質(zhì)量關(guān)"使電除塵器在高負壓狀態(tài)下)變形小$密封好"這樣設計制造大大增加了電除塵器殼體的耐壓能力"減少變形漏風)保證除塵效率。
     6.6 電除塵器的鎖風設計
     高負壓下電除塵器出口端的灰斗，如有漏風將把灰斗內(nèi)收集的灰?guī)нM出氣口排放。根據(jù)測定，通過灰斗料層漏出的風，粉塵濃度高達300-400mg/m^3;此含塵氣體若進入電場，那么，只要漏1%的冷空氣，電除塵器的粉塵逸出量就是300-400mg/m^3所以，電除塵器的灰斗下部鎖風更為重要。為了增加電除塵器的鎖風效果，我們在拉鏈機下部串聯(lián)了兩臺回轉(zhuǎn)下料器，見圖8，并要求轉(zhuǎn)向相反，保證了電除塵器灰斗下部的氣密性，從而保證電除塵器的除塵效率。