1000T/D生產(chǎn)線窯尾除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(fēng)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(yù)熱器出來的煙氣先通過增濕塔和高溫風(fēng)機(jī),然后分兩路,一路直接進(jìn)電除塵器,另一路通過立式磨,旋風(fēng)除塵器和循環(huán)風(fēng)再到電除塵器, 兩路煙氣通過一個(gè)匯風(fēng)箱匯合后進(jìn)入電除塵器。
     不帶旋風(fēng)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(fēng)除塵器和循環(huán)風(fēng)機(jī), 其功能全部由電除塵器和主排風(fēng)機(jī)承擔(dān),這一系統(tǒng)因流程更簡(jiǎn)單,占地面積少.能耗低和風(fēng)機(jī)磨損少而得到推廣應(yīng)用, 海螺集團(tuán)1999年以后建成的2500T/D ,5000D/T生產(chǎn)線均采用這種系統(tǒng),運(yùn)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(fēng)阻力大和排塵濃度高, 因此要求電除塵器能承受高負(fù)壓(13000Pa) 和高粉塵濃度(標(biāo)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(duì)煙氣進(jìn)行增濕處理的設(shè)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(yù)處理設(shè)備,對(duì)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(yù)收塵的作用,當(dāng)增濕塔內(nèi)通入高溫?zé)煔夂? 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?zé)煔膺M(jìn)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(shí)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(yùn)動(dòng)， 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(yù)除塵的作用"。

     新型干法水泥生產(chǎn)線的窯尾預(yù)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(jìn)行除塵。不但在鋼結(jié)構(gòu)上要考慮高溫的力學(xué)性能，更重要的是除塵效率非常低，要達(dá)到排放要求，電除塵器會(huì)設(shè)計(jì)得非常大，運(yùn)行也極不穩(wěn)定, 利用增濕塔的調(diào)質(zhì)作用對(duì)煙氣進(jìn)行預(yù)處理后再使用電除塵器進(jìn)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(yùn)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?zé)煔鈱?duì)原料進(jìn)行烘干。這對(duì)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(dāng)不進(jìn)行原料烘干時(shí),增濕塔直接將煙氣調(diào)整到除塵器的適用條件(當(dāng)進(jìn)行原料烘干時(shí),因?yàn)樵鰸袼某隹跍囟炔皇芎娓晌锪系南拗?當(dāng)出磨煙氣溫度高而濕度較低時(shí),還可以進(jìn)一步降低增濕塔出口溫度來進(jìn)行調(diào)節(jié), 使混和后的煙氣適應(yīng)除塵器的需要.因此,當(dāng)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(yīng)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(huì)對(duì)生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響,所以正確的選型和運(yùn)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(shè)計(jì)

     3.1原始參數(shù)與設(shè)計(jì)選型

     處理煙氣量:820000m^3/h,(單臺(tái)10000T/D 生產(chǎn)線共用2臺(tái)); 進(jìn)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(biāo)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(tái)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(jìn)行熱交換,達(dá)到除塵器的O佳除塵狀態(tài)。

     3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

     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(shè)計(jì)并供貨。

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

     3.3.1進(jìn)氣口及分布板
     進(jìn)氣口及分布板見圖4進(jìn)氣口位于塔體的O頂部由圓形的進(jìn)氣管與上部錐體組成,為了增加氣體的均布性,我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)在進(jìn)氣管內(nèi)層沿氣流方向設(shè)置三層導(dǎo)流板,,在錐體內(nèi)還設(shè)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(gè)圓筒型的構(gòu)造物,噴槍噴入的霧化水和高溫?zé)煔庠谶@里進(jìn)行熱交換,為使這種熱交換達(dá)到預(yù)定的要求,筒體應(yīng)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(fēng)裝置， 有些增濕塔的出氣口設(shè)計(jì)在筒體上"有些增濕塔的出氣口與灰斗組合在一起。本次設(shè)計(jì)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(fù)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(duì)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(jī)" 有兩個(gè)出料口" 正常工作時(shí)"螺旋輸送機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)"粉塵由正常出料口排出。發(fā)生濕底等不正常現(xiàn)象時(shí)"螺旋輸送機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)"粉塵由另一端的事故出料口排出"以清除廢料和保護(hù)下游設(shè)備，鎖風(fēng)裝置一般采用雙翻板閥"防止?jié)竦讜r(shí)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(jìn)行霧化并按一定的布置和擴(kuò)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。回流式噴槍由回流噴嘴具有內(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(jìn)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(jī)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(huì)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(gè)塔體的外部" 保溫層的設(shè)計(jì)與安裝質(zhì)量對(duì)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(gè)較高的溫度下" 避免從噴嘴噴出的水霧接觸到塔體時(shí)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(jìn)行氣,塵分離的,電場(chǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)有線狀的放電極(陰極)和板狀的收塵極(陽極)當(dāng)在電極間加上直流高壓后$由于放電極和收塵極的形式不同使電極間產(chǎn)生一個(gè)不均勻電場(chǎng)    當(dāng)施加的直流電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)$ 放電極周圍局部區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度足以使氣體擊穿產(chǎn)生電暈放電$生成電子和正%負(fù)離子，其中正離子很快到達(dá)放電極中和而大量的電子和負(fù)離子在電場(chǎng)力的作用下向收塵極方向運(yùn)行形成電暈電流。當(dāng)含塵氣體通過電極間的通道時(shí)，電暈電流中的電子和負(fù)離子就會(huì)吸附到粉塵上$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(chǎng)力的作用下向收塵極運(yùn)動(dòng)，O后沉積在收塵極上并將電荷釋放出來。當(dāng)粉塵沉積到一定厚度時(shí)，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(chǎng)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(shí),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(dá)收塵極表面后會(huì)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(dāng)再次荷上負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)到收塵極后又重復(fù)以上過程，形成粉塵在收塵極上的跳躍現(xiàn)象$O后可能隨著氣流帶出收塵器。除塵效率下降比電阻高于10^11歐姆.cm 的粉塵到達(dá)收塵極表面后釋放電荷很慢。當(dāng)粉塵不斷積厚時(shí)$粉塵層產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，這一電場(chǎng)不但減弱了電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度，排斥其它粉塵繼續(xù)向收塵極運(yùn)動(dòng)，還會(huì)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(chǎng)內(nèi)的負(fù)離子中和其結(jié)果是電暈電流增大。電壓降低，電場(chǎng)內(nèi)閃絡(luò)頻繁，粉塵的二次飛揚(yáng)嚴(yán)重，這就是所謂的反電暈現(xiàn)象。導(dǎo)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(shí)，應(yīng)對(duì)煙塵進(jìn)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(yùn)行。

5 10000T/D水泥生產(chǎn)線窯尾電除塵器的特點(diǎn)
     (1)設(shè)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(tái)雙室四電場(chǎng)的電除塵器$單臺(tái)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(fēng)量大。每臺(tái)電除塵器處理風(fēng)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(fēng)量的電除塵器。
     (3) 處理煙氣的含塵濃度高。進(jìn)入每臺(tái)電除塵器的煙氣含塵濃度高達(dá)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(tái)電除塵器要承受高負(fù)壓。該電除塵器所要承受的負(fù)壓高達(dá)12000pa是O至今為止電除塵器設(shè)計(jì)中殼體所承受的O高負(fù)壓。

6 高濃度電除塵器與常規(guī)電除塵器的設(shè)計(jì)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(jìn)入常規(guī)電除塵器電場(chǎng)之前 先經(jīng)過氣體分布板，使氣流能均勻地進(jìn)入電場(chǎng)1達(dá)到很好的除塵效果。而窯尾高濃度電除塵器，在進(jìn)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(yù)除塵的效果。使進(jìn)入電除塵器的粉塵濃度大大降低，減輕了電場(chǎng)的負(fù)荷，使整臺(tái)電除塵器的除塵效率提高。此外，進(jìn)氣口中部還加了一層折葉板$使氣流預(yù)均布$再經(jīng)過多孔板使氣流得到進(jìn)一步均布。這樣，氣流進(jìn)入電除塵器前經(jīng)折流預(yù)除塵及均布裝置，使氣體含塵濃度下降沒，同時(shí)氣流均勻地進(jìn)入電場(chǎng)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(shè)計(jì)
     含塵氣體通過電除塵器的電場(chǎng)空間時(shí) 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(dá)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(yán)重抑制電暈電流的產(chǎn)生)使遠(yuǎn)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(huì)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(shí)驗(yàn)表明"當(dāng)電暈線采用尖端放電時(shí)"能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的電風(fēng)"促使帶電粒子向沉淀極運(yùn)動(dòng)"增大驅(qū)進(jìn)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(chǎng)內(nèi)粉塵濃度分布)設(shè)置不同的電暈線的組合形式) 在粉塵濃度O高的電場(chǎng)空間內(nèi))采用電暈線為長(zhǎng)刺的v40線"使放電強(qiáng)度加大)粉塵充分荷電，在粉塵濃度較高的電場(chǎng)內(nèi)"采用v25電暈線，工況已達(dá)到普通電除塵器的環(huán)境時(shí))用v15電暈線"就能滿足荷電的要求)達(dá)到預(yù)期的除塵效果。這樣設(shè)計(jì)使整個(gè)電場(chǎng)都能均勻荷電"電場(chǎng)空間都能得到充分有效利用" 使電除塵器的除塵效果達(dá)到O佳。
     6.3特殊的阻流設(shè)計(jì)
     通常情況下，電除塵器的殼體內(nèi)壁四周都設(shè)置有阻流板防止氣流旁路。對(duì)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(duì)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(fēng)量按860000m^3/h, 入口含塵濃度按597g/m^3 計(jì)算"水泥廠每天排塵860000X597X0.5%X24=61.61T 顯而易見" 僅此一項(xiàng)造成的環(huán)境污染和給水泥生產(chǎn)廠家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失是可想而知的。為防止旁路"這臺(tái)電除塵器不僅設(shè)計(jì)了兩側(cè)邊緣擋風(fēng)板" 頂梁下導(dǎo)流板"灰斗上阻流板外，還在第一、二電場(chǎng)之間，設(shè)置了梯形截流墻。這種設(shè)計(jì))不僅防止氣流旁路，而且能夠阻擋第一電場(chǎng)的高濃度帶電粒子進(jìn)入第二電場(chǎng)，使后置電場(chǎng)內(nèi)的粉塵濃度大大降低，達(dá)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(yù)灰斗的設(shè)計(jì)
     前面已經(jīng)介紹過" 含塵氣體進(jìn)入電除塵器前經(jīng)過三層分布板"起到預(yù)收塵的效果!這樣進(jìn)氣口的下部沉集了大量粉塵"如不采取措施"會(huì)造成進(jìn)氣口內(nèi)集灰"從電除塵器的橫截面上看"會(huì)有部分?jǐn)嗝鏆饬鞑粫?quot;從而引起氣流不能均布"電除塵器很難正常工作"達(dá)不到理想的除塵效率。在進(jìn)氣口下面設(shè)計(jì)了四個(gè)預(yù)灰斗" 使分布板收集下來的粉塵及時(shí)經(jīng)下面的拉鏈機(jī)運(yùn)走"保證電除塵器的正常工作。
     6.5電除塵器的耐高壓設(shè)計(jì)
     電除塵器一般多用于負(fù)壓操作)在正常情況下"電除塵器所承受的負(fù)壓不超過2000pa 如果殼體的強(qiáng)度不夠" 可能會(huì)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(dāng)殼體密閉不嚴(yán)時(shí)，就會(huì)從外部漏入冷空氣，使進(jìn)入電除塵器的風(fēng)量增大，風(fēng)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(duì)于高負(fù)壓電除塵器"殼體所承受的負(fù)壓高達(dá)12000pa所以"殼體更易變形和漏風(fēng)。為保證電除塵器能正常的工作"在設(shè)計(jì)和制造過程中" 殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足這種高負(fù)壓強(qiáng)度要求"采用優(yōu)質(zhì)鋼材"精工細(xì)作"嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)"使電除塵器在高負(fù)壓狀態(tài)下)變形小$密封好"這樣設(shè)計(jì)制造大大增加了電除塵器殼體的耐壓能力"減少變形漏風(fēng))保證除塵效率。
     6.6 電除塵器的鎖風(fēng)設(shè)計(jì)
     高負(fù)壓下電除塵器出口端的灰斗，如有漏風(fēng)將把灰斗內(nèi)收集的灰?guī)нM(jìn)出氣口排放。根據(jù)測(cè)定，通過灰斗料層漏出的風(fēng)，粉塵濃度高達(dá)300-400mg/m^3;此含塵氣體若進(jìn)入電場(chǎng)，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(fēng)更為重要。為了增加電除塵器的鎖風(fēng)效果，我們?cè)诶湙C(jī)下部串聯(lián)了兩臺(tái)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。