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1000T/D生產線窯尾除塵係統的設計

發布日期:2017-12-13 17:13    關鍵字:

1 窯尾工藝係統的選擇
      目前,大型水泥熟料生產線窯尾大部分采用(窯尾+立磨的配置係統, 該係統的除塵係統有兩種工藝流程,見圖1) 帶"旋風除塵器+電除塵器"的立磨除塵係統, 這是典型的窯尾+立磨粉磨工藝的除塵配置,見圖1 中包含虛線的係統.從窯尾預熱器出來的煙氣先通過增濕塔和高溫風機,然後分兩路,一路直接進電除塵器,另一路通過立式磨,旋風除塵器和循環風再到電除塵器, 兩路煙氣通過一個匯風箱匯合後進入電除塵器。
     不帶旋風除塵器的立磨除塵係統(見圖1中無虛線框部分)此種工藝係統與第一種工藝係統的主要區別為取消了旋風除塵器和循環風機, 其功能全部由電除塵器和主排風機承擔,這一係統因流程更簡單,占地麵積少.能耗低和風機磨損少而得到推廣應用, 海螺集團1999年以後建成的2500T/D ,5000D/T生產線均采用這種係統,運行效果很好.因此10000T/D’ 生產線也采用了這種工藝係統,這一係統由於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(蒸發冷卻塔);是對煙氣進行增濕處理的設備,在水泥工業,增濕塔的作用是配合各種除塵器, 使煙氣的性質更適合除塵器的要求,是一種煙氣的預處理設備,對水泥窯尾除塵係統來說,增濕塔有兩種作用:一是降溫調質,二是可起到預收塵的作用,當增濕塔內通入高溫煙氣後, 由水泵產生高壓水通過安裝在塔體上的噴水裝置向塔內噴入一定量的霧化水,這些霧化水與塔內的高溫煙氣進行熱交換而蒸發成水蒸氣"由於蒸發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麵,使粉塵表麵電阻降低,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質。另外,煙氣由增濕塔的上部向下運動, 然後由下部灰鬥上的出氣口排出,煙塵中較大的顆粒在慣性力的作用下,沉降於下部灰鬥,起到預除塵的作用"。

     新型幹法水泥生產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。不但在鋼結構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,運行也極不穩定, 利用增濕塔的調質作用對煙氣進行預處理後再使用電除塵器進行除塵。不但結構上可采用普通碳素鋼,而且有很高的除塵效率,運行狀態穩定,電除塵器的規格也大為縮小,為節約能源! 常利用窯尾高溫煙氣對原料進行烘幹。這對煙氣的溫度和濕度有一定的要求,使用增濕塔後,這些問題都能得到解決,當不進行原料烘幹時,增濕塔直接將煙氣調整到除塵器的適用條件(當進行原料烘幹時,因為增濕塔的出口溫度不受烘幹物料的限製,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節, 使混和後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,利用增濕塔的調質作用可使其變成最適用條件, 從而增加了除塵係統的適應性,在這種情況下,增濕塔是窯尾除塵係統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定性,反過來也會對生產工藝產生影響,所以正確的選型和運行增濕塔是保證生產和除塵的重要條件。

3 增濕塔的選型設計

     3.1原始參數與設計選型

     處理煙氣量:820000m^3/h,(單台10000T/D 生產線共用2台); 進口氣體溫度:230~350C,最高450C;出口氣體溫度 :230C(聯合操作),90-120C(直接操作); 塔內煙氣流速:3.22m/s; 含塵濃度(標況下):正常65g/m^3;最大80g/m^3;噴水量:最大38.4t/h.根據以上參數我公司選用了2台9.5X39m增濕塔,氣體經過增濕塔的速度為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,達到除塵器的最佳除塵狀態。

     3.2結構設計

     增濕塔一般由五部分構成,(見圖2)分別是:塔體,噴水裝置,水泵站,控製裝置,保溫層.其中塔體,噴水裝置.保溫層這三部分由我公司設計並供貨。

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

     3.3.1進氣口及分布板
     進氣口及分布板見圖4進氣口位於塔體的最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,AG亞洲網站設計時在進氣管內層沿氣流方向設置三層導流板,,在錐體內還設置兩層分布板,以便煙氣能沿增濕塔斷麵均勻分布, 分布板采用多孔板式,多孔板氣體均布性好,製作安裝方便。

     3.3.2 筒體
     增濕塔的筒體是一個圓筒型的構造物,噴槍噴入的霧化水和高溫煙氣在這裏進行熱交換,為使這種熱交換達到預定的要求,筒體應滿足一定的規格尺寸要求,即用內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鬥上沿的距離。

     3.3.3下部灰鬥及出氣口
     下部灰鬥包括灰鬥#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鬥組合在一起。本次設計采用出氣口與灰鬥組合在一起的結構,這一種灰鬥結構複雜"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"粉塵由正常出料口排出。發生濕底等不正常現象時"螺旋輸送機反向運轉"粉塵由另一端的事故出料口排出"以清除廢料和保護下遊設備,鎖風裝置一般采用雙翻板閥"防止濕底時積灰。

     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並按一定的布置和擴散角噴入筒體內" 本條生產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。按其結構有回流式和壓力式兩種"本條生產線選用回流式噴槍結構示意見圖5。回流式噴槍由回流噴嘴具有內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的流體"通過噴嘴孔的擠壓撞擊等機械作用和孔內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節" 回流水越多則噴水量越少"回流水越小噴水量越大。由於回流式噴槍的噴水量通過回流水來調節的" 故其水壓力是穩定的"不會因噴水量的調節而影響霧化效果。

     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不受環境的影響。由於保溫材料的作用"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"有利於霧化水的蒸發"所以增濕塔的保溫非常重要。在海螺10000T/D生產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後$由於放電極和收塵極的形式不同使電極間產生一個不均勻電場    當施加的直流電壓達到一定數值時$ 放電極周圍局部區域的電場強度足以使氣體擊穿產生電暈放電$生成電子和正%負離子,其中正離子很快到達放電極中和而大量的電子和負離子在電場力的作用下向收塵極方向運行形成電暈電流。當含塵氣體通過電極間的通道時,電暈電流中的電子和負離子就會吸附到粉塵上$使粉塵荷電。正離子由於其作用區域很小,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,最後沉積在收塵極上並將電荷釋放出來。當粉塵沉積到一定厚度時,通過振打裝置將粉塵打落到灰鬥排出完成除塵過程。電除塵器的除塵效率與電場的結構型式、供電裝置的特性等有關。但與煙氣和粉塵的性質關係更大。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最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最佳, 比電阻低於10^4歐姆.cm 的粉塵到達收塵極表麵後會很快釋放電荷,並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後又重複以上過程,形成粉塵在收塵極上的跳躍現象$最後可能隨著氣流帶出收塵器。除塵效率下降比電阻高於10^11歐姆.cm 的粉塵到達收塵極表麵後釋放電荷很慢。當粉塵不斷積厚時$粉塵層產生一個強電場,這一電場不但減弱了電極間的電場強度,排斥其它粉塵繼續向收塵極運動,還會在粉塵層空隙間發生局部擊穿,產生大量的正離子與電場內的負離子中和其結果是電暈電流增大。電壓降低,電場內閃絡頻繁,粉塵的二次飛揚嚴重,這就是所謂的反電暈現象。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,比電阻不在適合的範圍內時,應對煙塵進行調質處理。通過增濕塔處理後,可以保證電除塵器高效運行。

5 10000T/D水泥生產線窯尾電除塵器的特點
     (1)設備規格大10000T/D水泥生產線窯尾采。用高濃度電除塵器$ 共用兩台雙室四電場的電除塵器$單台規格(m)為2X31/12.5/4X9/0.4;它是迄今為止水泥生產線最大規格的電除塵器。
     (2) 處理風量大。每台電除塵器處理風量能力為860000m^3/h(聯合操作)是高濃度水泥生產線處理最大風量的電除塵器。
     (3) 處理煙氣的含塵濃度高。進入每台電除塵器的煙氣含塵濃度高達597g/m^3而常規的電除塵器的入口含塵濃度不超過80g/m^3。
     (4) 該台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是國內至今為止電除塵器設計中殼體所承受的最高負壓。

6 高濃度電除塵器與常規電除塵器的設計區別
     6.1氣體分布板與常規的電除塵器不同
     含塵氣體進入常規電除塵器電場之前 先經過氣體分布板,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,氣流速度迅速降低並改向,大量粉塵經慣性碰撞而降落,約有20%-30%粉塵沉澱下來,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,使整台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部1有利於電除塵器的除塵(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 粉塵粒子與其中的遊離帶電粒子碰撞而荷電,於是在電除塵器內便出現兩種形式的電荷,粒子電荷和離子電荷,常規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" 在稀薄的粉塵環境內)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)接近於氣體所形成的空間電流) 嚴重抑製電暈電流的產生)使遠離電暈區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)還會出現電暈閉塞現象)使荷電離子及塵粒不能順利趨向沉澱極板) 效率大大降低。實驗表明"當電暈線采用尖端放電時"能夠產生強大的電風"促使帶電粒子向沉澱極運動"增大驅進速度"提高除塵效率。為此AG亞洲網站一改常用v15,v0線單一組合形式)而是根據電場內粉塵濃度分布)設置不同的電暈線的組合形式) 在粉塵濃度最高的電場空間內)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"采用v25電暈線,工況已達到普通電除塵器的環境時)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最佳。
     6.3特殊的阻流設計
     通常情況下,電除塵器的殼體內壁四周都設置有阻流板防止氣流旁路。對於常規電除塵器而言,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。對於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" 僅此一項造成的環境汙染和給水泥生產廠家帶來巨大的經濟損失是可想而知的。為防止旁路"這台電除塵器不僅設計了兩側邊緣擋風板" 頂梁下導流板"灰鬥上阻流板外,還在第一、二電場之間,設置了梯形截流牆。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,使後置電場內的粉塵濃度大大降低,達到常規電除塵器的工況,起到高效除塵的目的。(截流牆的布置見圖7)。
     6.4預灰鬥的設計
     前麵已經介紹過" 含塵氣體進入電除塵器前經過三層分布板"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"會造成進氣口內集灰"從電除塵器的橫截麵上看"會有部分斷麵氣流不暢"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。在進氣口下麵設計了四個預灰鬥" 使分布板收集下來的粉塵及時經下麵的拉鏈機運走"保證電除塵器的正常工作。
     6.5電除塵器的耐高壓設計
     電除塵器一般多用於負壓操作)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,在內部產生結露"粉塵結塊,其結果是除塵性能下降。對於高負壓電除塵器"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"在設計和製造過程中" 殼體結構設計必須滿足這種高負壓強度要求"采用優質鋼材"精工細作"嚴把質量關"使電除塵器在高負壓狀態下)變形小$密封好"這樣設計製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鬥,如有漏風將把灰鬥內收集的灰帶進出氣口排放。根據測定,通過灰鬥料層漏出的風,粉塵濃度高達300-400mg/m^3;此含塵氣體若進入電場,那麽,隻要漏1%的冷空氣,電除塵器的粉塵逸出量就是300-400mg/m^3所以,電除塵器的灰鬥下部鎖風更為重要。為了增加電除塵器的鎖風效果,AG亞洲網站在拉鏈機下部串聯了兩台回轉下料器,見圖8,並要求轉向相反,保證了電除塵器灰鬥下部的氣密性,從而保證電除塵器的除塵效率。

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