新型水泥立窯水除塵技術和設備的技術研究
摘要：介紹了新型水泥立窯水除塵技術和設備 ,該系統由除塵塔、灰水分離器、高溫軸流風機等組成 ,它解決了立窯水除塵存在的煙氣倒煙、污水二次污染、難達標排放等問題。同時介紹了系統中各設備的結構和工作原理。
關鍵詞：水泥立窯, 水除塵, 除塵, 灰水分離器, 高溫軸流風機
1 前言
目前全國水泥 78%為立窯生產,立窯煙氣具有排放量大、粉塵含量高、溫度高、濕含量高以及氣體狀況波動大的特點。立窯煙氣量為 35000～60 000 m3/h;煙氣粉塵含量為1～10 g/m3(通常為5g/m3) ;煙氣溫度為 50～200 ℃,窯況不正常時更高;煙氣濕含量一般為 5%～10%,底火拉深時濕含量高達 20%;由于煙氣含濕量高 ,立窯煙氣的露點達到 40～55 ℃,甚至高達 77 ℃;煙氣粉塵較粗 ,淺
暗火操作時大于 40μ m的粉塵占 50% ,暗火操作時大于 40μ m的粉塵占 45%;煙氣狀況隨立窯的操作和原料頻繁變化 ,速度快 ,幅度大。
水泥立窯除塵一直是水泥行業難以解決的問題 ,目前立窯除塵設備有降塵室、袋式收塵器、電收塵器、水收塵器。降塵室收塵器工藝簡單 ,運行費用低 ,運行可靠 ,但收塵效率低 ,一般只有 40% ～70%。袋式收塵器在煙氣溫度高時容易燒袋 ,濕度大時容易糊袋 ,占地面積大 ,一次性投資大 ,運行費用高 ,電耗高。電收塵器由于煙氣狀況變化大 ,在結露時爬電嚴重 ,電極粘灰影響收塵效率 ,電極易腐蝕 ,占地面積大難以安裝布置,使電收塵器在立窯上難以穩定運轉。
立窯水收塵器具有工藝簡單、投資小、運行費用低的特點 ,但水收塵器都存在煙氣倒煙、難達標排放以及污水二次污染問題。
(1)排煙問題:水收塵器的噴淋水增加了煙氣排放阻力 ,使立窯煙氣產生倒煙 ,噴水量越多 ,倒煙越嚴重 ,一方面限制了噴水量 ,使煙氣排放難以達標;另一方面造成立窯窯面工作臺操作環境惡劣 ,工人 CO中毒事故經常發生。
(2)達標排放問題:水收塵器的噴淋塔是依靠有大量液滴組成的水幕收塵的 ,由于立窯倒煙問題 ,使噴水量限制在約 3 t /h左右 ,立窯煙氣難以達標排放。
(3)污水二次污染問題:污水處理常采用沉淀池和螺旋式撈泥機 ,占地面積大 ,工人勞動強度大 ,細小粉塵難以從水中分離 ,二次污染大。
2 新型水泥立窯水除塵器系統組成及工作原理
2.1 系統組成及工作原理
該系統安裝在Φ2.75 m × 10 m的水泥立窯上 ,該立窯熟料產量為 9.86 t /h,風量為 47 200 m3/h,煙氣初始溫度為 95 ℃,煙氣初始含塵濃度為 2.73g/m3,系統阻力為 270 Pa。
系統工藝流程簡圖如圖 1所示 ,該系統由除塵塔、灰水分離器、高溫軸流風機、清水箱、水位計和自吸泵等組成。
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含塵氣體在低壓高溫軸流風機的作用下 ,從切向進入除塵塔 ,氣體遇到水霧增加重量 ,在離心力和重力的作用下沉積到除塵塔壁 ,氣體經噴淋霧化水多次噴淋后 ,達標煙氣排入大氣;甩向器壁的粉塵被水膜收集沖下 ,防止二次飛揚。除塵塔排出的灰水懸浮液流入灰水分離器 ,灰水分離器濃縮灰水懸浮液 ,高濃度懸浮液入雙軸攪拌機使用 ,澄清的水入清水箱。由水位計控制管道泵和自吸泵的工作 ,若水位高于最高水面 ,關閉管道泵 ,只有自吸泵工作;若水位低于最低水位 ,關閉自吸泵 ,只有管道泵工作;正常工作下 ,入水與出水可調為平衡 ,保證管道泵和自吸泵都在工作。從清水箱抽出的清水經自吸泵噴入除塵塔。整個系統由自動控制裝置自動控制。
2.2 除塵塔工作原理
如圖 2所示 ,含塵氣體在低壓大風量軸流風機的作用下 ,從切向進入除塵塔 ,塔內設置數排噴嘴(噴嘴壓力為 0125～013 MPa) ,水滴在重力和噴射氣流作用下向下運動 ,與含塵氣體的方向相反。氣體進入后 ,首先遇到噴淋水 ,粗顆粒粉塵受水增加重量 ,在旋轉離心力的作用下完成旋風收塵;較細顆粒在上升過程中 ,受到噴淋水反復噴淋 ,被水滴吸附 ,在重力及離心力雙重作用下 ,粉塵降到除塵塔壁;甩向器壁的粉塵被水膜沖下 ,避免了二次飛揚。氣體經多次洗滌達到排放標準后從除塵塔排走。
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除塵塔除塵用水滴作為捕塵體 ,為了提高捕塵效率 ,特別是慣性捕塵效率 ,需要提高水滴與氣流的相對速度 ,減小水滴的尺寸 ,提高噴水量。煙氣與水滴逆流運動 ,水滴在高壓下噴出 ,提高了水滴與氣流的相對速度。根據國外 Stairmand得出的水滴直徑與碰撞效率的關系 ,水滴直徑在 500～1000μ m時 ,慣性碰撞的效率最高且對效率變化影響最小,可以認為在噴淋塔中 ,不需要非常細的霧滴。在系統中由于采用了高溫軸流風機 ,噴水量達 15 t /h,遠高于過去水除塵噴水量。
圖 3所示為該系統采用的碗形噴嘴,它外殼內有一帶螺旋溝槽的芯子,水通過溝槽時,產生旋轉力,當通過縮口時 ,旋轉力逐漸加強 ,水離開噴口時形成中空的錐形水傘,水再于空氣沖擊分散成水滴。其特點是幕的屏蔽力強,邊部豐滿度高,噴射角較大,噴出的水流對周圍氣體影響劇烈,容易與氣體混合。
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2.3 灰水分離器工作原理
圖 4所示為灰水分離器,由進水箱、水流導向管、灰水分離池、耙子、溢流槽、污水口和清灰管組成。電機通過主軸帶動耙子旋轉。污水由進水筒進入水流導向管,水流在水流導向管由上向下運動,在底部水流由下返上時,水流速度減小,較大顆粒粉塵在慣性力和重力作用下沉入底部。向上水流由于灰水分離池空間大,水流速度很小,在重力作用下又沉降下部分粉塵。水到達灰水分離池頂部后,由灰水分離池頂部周邊的水孔溢流流出,經溢流槽匯聚排出;在耙子的旋轉作用下,沉入底部的粉塵由帶刮刀的耙子刮到污水口,從污水口流出后進入攪拌機。若污水口堵塞,可開啟清灰管由清水沖洗。灰水分離器主軸轉速011 r /min,水中的粉塵去除率達到 99%。
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2.4 立窯專用高溫軸流風機
為解決煙囪倒煙問題 ,設計制作了專用于立窯煙囪的低壓大流量高溫軸流風機 (如圖5所示) ,它由機體、電機、葉輪、冷卻水管、 水套、油管和清理門等組成。根據立窯的排煙量和除塵系統的壓力降確定系統使用 2 臺軸流風機 , 每臺的風量為30 000 m3/h,軸流風機的風壓為 250 Pa水柱。多數機立窯煙囪直徑在 1.5 m左右 ,考慮到管道的阻力和管道的聯接 ,機殼直徑接近于煙囪直徑1.4 m。風機是在高溫 ( 50～200 ℃)腐蝕性氣體中工作 ,為了保護電機采用三角皮帶傳動 ,將電機置于機殼之外 ,三角帶和風機皮帶輪用鋼板包圍隔離起來避免與高溫煙氣接觸。風機軸承在高溫下連續運行 ,所以軸承的潤滑和冷卻就顯得非常重要 ,在結構上要保證軸承的可靠潤滑和密封 ,設置冷卻水套 ,通水降低軸承的溫度。為清除葉片上的積塵 ,在機殼上對應風機葉片處開設清理口 ,用鏟子定期清理風機葉片上的積塵。
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3 結論
研制的新型機立窯水除塵設備在水泥廠使用后 ,整個設備運轉正常 ,新技術和設備達到較好效果。噴淋塔采用逆流原理 ,噴水量大且可根據需要進行調節 ,碗形噴嘴使水霧化 ,減小了水滴尺寸 ,提高了除塵效率 ,新設備凈化后粉塵排放濃度為 120mg/m3,單位水泥熟料排放粉塵量為 0.574 kg/ t。在1996年國家水泥廠大氣污染物排放標準中 ,水泥立窯最大排放濃度 150 mg/m3,單位水泥熟料最大排放量 0.6 kg/ t,由此可見 ,該設備排放濃度和噸產品污染物排放量都達到國家立窯排放標準。灰水分離技術使部分污水循環利用 ,部分污水入生料預加水成球工藝利用 ,解決了污水二次污染問題。研制的低壓大風量高溫軸流風機解決了煙囪倒煙問題。自動檢測裝置保證水除塵安全運轉 ,不需專人看管。設備總裝機容量小于 12 kW,功率消耗低。該設備造價低 ,維護費用低 ,用于水泥廠每臺立窯年回收粉塵約 700 t,為水泥廠增收節支。
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