新型水泥立窑水除尘技术和设备的技术研究
摘要：介绍了新型水泥立窑水除尘技术和设备 ,该系统由除尘塔、灰水分离器、高温轴流风机等组成 ,它解决了立窑水除尘存在的烟气倒烟、污水二次污染、难达标排放等问题。同时介绍了系统中各设备的结构和工作原理。
关键词：水泥立窑, 水除尘, 除尘, 灰水分离器, 高温轴流风机
1 前言
目前全国水泥 78%为立窑生产,立窑烟气具有排放量大、粉尘含量高、温度高、湿含量高以及气体状况波动大的特点。立窑烟气量为 35000～60 000 m3/h;烟气粉尘含量为1～10 g/m3(通常为5g/m3) ;烟气温度为 50～200 ℃,窑况不正常时更高;烟气湿含量一般为 5%～10%,底火拉深时湿含量高达 20%;由于烟气含湿量高 ,立窑烟气的露点达到 40～55 ℃,甚至高达 77 ℃;烟气粉尘较粗 ,浅
暗火操作时大于 40μ m的粉尘占 50% ,暗火操作时大于 40μ m的粉尘占 45%;烟气状况随立窑的操作和原料频繁变化 ,速度快 ,幅度大。
水泥立窑除尘一直是水泥行业难以解决的问题 ,目前立窑除尘设备有降尘室、袋式收尘器、电收尘器、水收尘器。降尘室收尘器工艺简单 ,运行费用低 ,运行可靠 ,但收尘效率低 ,一般只有 40% ～70%。袋式收尘器在烟气温度高时容易烧袋 ,湿度大时容易糊袋 ,占地面积大 ,一次性投资大 ,运行费用高 ,电耗高。电收尘器由于烟气状况变化大 ,在结露时爬电严重 ,电极粘灰影响收尘效率 ,电极易腐蚀 ,占地面积大难以安装布置,使电收尘器在立窑上难以稳定运转。
立窑水收尘器具有工艺简单、投资小、运行费用低的特点 ,但水收尘器都存在烟气倒烟、难达标排放以及污水二次污染问题。
(1)排烟问题:水收尘器的喷淋水增加了烟气排放阻力 ,使立窑烟气产生倒烟 ,喷水量越多 ,倒烟越严重 ,一方面限制了喷水量 ,使烟气排放难以达标;另一方面造成立窑窑面工作台操作环境恶劣 ,工人 CO中毒事故经常发生。
(2)达标排放问题:水收尘器的喷淋塔是依靠有大量液滴组成的水幕收尘的 ,由于立窑倒烟问题 ,使喷水量限制在约 3 t /h左右 ,立窑烟气难以达标排放。
(3)污水二次污染问题:污水处理常采用沉淀池和螺旋式捞泥机 ,占地面积大 ,工人劳动强度大 ,细小粉尘难以从水中分离 ,二次污染大。
2 新型水泥立窑水除尘器系统组成及工作原理
2.1 系统组成及工作原理
该系统安装在Φ2.75 m × 10 m的水泥立窑上 ,该立窑熟料产量为 9.86 t /h,风量为 47 200 m3/h,烟气初始温度为 95 ℃,烟气初始含尘浓度为 2.73g/m3,系统阻力为 270 Pa。
系统工艺流程简图如图 1所示 ,该系统由除尘塔、灰水分离器、高温轴流风机、清水箱、水位计和自吸泵等组成。
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含尘气体在低压高温轴流风机的作用下 ,从切向进入除尘塔 ,气体遇到水雾增加重量 ,在离心力和重力的作用下沉积到除尘塔壁 ,气体经喷淋雾化水多次喷淋后 ,达标烟气排入大气;甩向器壁的粉尘被水膜收集冲下 ,防止二次飞扬。除尘塔排出的灰水悬浮液流入灰水分离器 ,灰水分离器浓缩灰水悬浮液 ,高浓度悬浮液入双轴搅拌机使用 ,澄清的水入清水箱。由水位计控制管道泵和自吸泵的工作 ,若水位高于最高水面 ,关闭管道泵 ,只有自吸泵工作;若水位低于最低水位 ,关闭自吸泵 ,只有管道泵工作;正常工作下 ,入水与出水可调为平衡 ,保证管道泵和自吸泵都在工作。从清水箱抽出的清水经自吸泵喷入除尘塔。整个系统由自动控制装置自动控制。
2.2 除尘塔工作原理
如图 2所示 ,含尘气体在低压大风量轴流风机的作用下 ,从切向进入除尘塔 ,塔内设置数排喷嘴(喷嘴压力为 0125～013 MPa) ,水滴在重力和喷射气流作用下向下运动 ,与含尘气体的方向相反。气体进入后 ,首先遇到喷淋水 ,粗颗粒粉尘受水增加重量 ,在旋转离心力的作用下完成旋风收尘;较细颗粒在上升过程中 ,受到喷淋水反复喷淋 ,被水滴吸附 ,在重力及离心力双重作用下 ,粉尘降到除尘塔壁;甩向器壁的粉尘被水膜冲下 ,避免了二次飞扬。气体经多次洗涤达到排放标准后从除尘塔排走。
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除尘塔除尘用水滴作为捕尘体 ,为了提高捕尘效率 ,特别是惯性捕尘效率 ,需要提高水滴与气流的相对速度 ,减小水滴的尺寸 ,提高喷水量。烟气与水滴逆流运动 ,水滴在高压下喷出 ,提高了水滴与气流的相对速度。根据国外 Stairmand得出的水滴直径与碰撞效率的关系 ,水滴直径在 500～1000μ m时 ,惯性碰撞的效率最高且对效率变化影响最小,可以认为在喷淋塔中 ,不需要非常细的雾滴。在系统中由于采用了高温轴流风机 ,喷水量达 15 t /h,远高于过去水除尘喷水量。
图 3所示为该系统采用的碗形喷嘴,它外壳内有一带螺旋沟槽的芯子,水通过沟槽时,产生旋转力,当通过缩口时 ,旋转力逐渐加强 ,水离开喷口时形成中空的锥形水伞,水再于空气冲击分散成水滴。其特点是幕的屏蔽力强,边部丰满度高,喷射角较大,喷出的水流对周围气体影响剧烈,容易与气体混合。
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2.3 灰水分离器工作原理
图 4所示为灰水分离器,由进水箱、水流导向管、灰水分离池、耙子、溢流槽、污水口和清灰管组成。电机通过主轴带动耙子旋转。污水由进水筒进入水流导向管,水流在水流导向管由上向下运动,在底部水流由下返上时,水流速度减小,较大颗粒粉尘在惯性力和重力作用下沉入底部。向上水流由于灰水分离池空间大,水流速度很小,在重力作用下又沉降下部分粉尘。水到达灰水分离池顶部后,由灰水分离池顶部周边的水孔溢流流出,经溢流槽汇聚排出;在耙子的旋转作用下,沉入底部的粉尘由带刮刀的耙子刮到污水口,从污水口流出后进入搅拌机。若污水口堵塞,可开启清灰管由清水冲洗。灰水分离器主轴转速011 r /min,水中的粉尘去除率达到 99%。
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2.4 立窑专用高温轴流风机
为解决烟囱倒烟问题 ,设计制作了专用于立窑烟囱的低压大流量高温轴流风机 (如图5所示) ,它由机体、电机、叶轮、冷却水管、 水套、油管和清理门等组成。根据立窑的排烟量和除尘系统的压力降确定系统使用 2 台轴流风机 , 每台的风量为30 000 m3/h,轴流风机的风压为 250 Pa水柱。多数机立窑烟囱直径在 1.5 m左右 ,考虑到管道的阻力和管道的联接 ,机壳直径接近于烟囱直径1.4 m。风机是在高温 ( 50～200 ℃)腐蚀性气体中工作 ,为了保护电机采用三角皮带传动 ,将电机置于机壳之外 ,三角带和风机皮带轮用钢板包围隔离起来避免与高温烟气接触。风机轴承在高温下连续运行 ,所以轴承的润滑和冷却就显得非常重要 ,在结构上要保证轴承的可靠润滑和密封 ,设置冷却水套 ,通水降低轴承的温度。为清除叶片上的积尘 ,在机壳上对应风机叶片处开设清理口 ,用铲子定期清理风机叶片上的积尘。
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3 结论
研制的新型机立窑水除尘设备在水泥厂使用后 ,整个设备运转正常 ,新技术和设备达到较好效果。喷淋塔采用逆流原理 ,喷水量大且可根据需要进行调节 ,碗形喷嘴使水雾化 ,减小了水滴尺寸 ,提高了除尘效率 ,新设备净化后粉尘排放浓度为 120mg/m3,单位水泥熟料排放粉尘量为 0.574 kg/ t。在1996年国家水泥厂大气污染物排放标准中 ,水泥立窑最大排放浓度 150 mg/m3,单位水泥熟料最大排放量 0.6 kg/ t,由此可见 ,该设备排放浓度和吨产品污染物排放量都达到国家立窑排放标准。灰水分离技术使部分污水循环利用 ,部分污水入生料预加水成球工艺利用 ,解决了污水二次污染问题。研制的低压大风量高温轴流风机解决了烟囱倒烟问题。自动检测装置保证水除尘安全运转 ,不需专人看管。设备总装机容量小于 12 kW,功率消耗低。该设备造价低 ,维护费用低 ,用于水泥厂每台立窑年回收粉尘约 700 t,为水泥厂增收节支。
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