增湿塔自动喷淋系统工艺和控制流程简介.doc

相关专业篇中国水泥2006年第6期增湿塔自动喷淋系统工艺和控制流程简介韩国华 陈晓东 邢桂文 田晨旭 鲍海哗（1河北省建筑材料工业设计研究院，石家庄 050051；2北京四方联科技有限责任公司，北京100039；3浙江耀江建筑设计研究有限公司，浙江31005）当今的水泥干法回转窑生产中，窑尾的废气排放量比较高。对含有超标粉尘的窑尾废气进行治理的最有效方法就是使烟气通过电收尘器或袋式收尘器进行收尘处理。在入收尘器前，一般需要对烟气进行降温预处理，主要原因是一级筒出口烟气温度一般在36030，高于滤袋允许温度，会使滤袋烧毁和过早老化；而使用电收尘器的话，由于烟气的干燥和高温，粉尘比电阻比较高，烟气在通过高压电场过程中粉尘不容易电离，从而影响收尘效果。在收尘器前使用增湿塔对高温烟气进行增湿降温处理是目前最普遍的做法。针对不同的收尘器，需要控制的增湿塔出口目标温度有所区别，使用电收尘器，增湿塔出口温度一般控制在15010；如使用袋收尘器，则增湿塔出口温度控制在18010。在目前的增湿塔自动喷淋系统中，主要有两种形式的控制系统，一种是回流式，一种是压力式，这两种不同形式的控制系统主要是由喷水装置的类型决定的，即回流式喷水装置和压力式喷水装置。下面对这两种控制系统分别做较详细的介绍。 1 回流式控制系统该系统适用于回流式喷水装置，主要由循环水箱、高压离心泵、增湿塔塔体、供水环管、回水环管、回流式水枪、温度检测热电偶、电动两通阀、电动三通阀、电动调节阀、控制柜及系统控制软件组成。图1 回流式系统示意图图1 回流式系统示意图系统在增湿塔入口及出口各设置一个温度检测点，由合适量程的热电偶做为一次检测元件，实现温度信号的采集。供水管路自水泵经电动三通阀接供水环管，三通阀可构成两个通路，一个是供水通路（通电时构成），即水泵出水与供水环管的通路，另一个是排水通路（断电时构成），即供水环管与排水管的通路，排水管返回水箱；回水管路自回水环管经电动调节阀返回水箱；另外与回水管路并行一根排水管也返回水箱，排水管路上装有电动两通阀，通电截止、断电打开。增湿塔顶部均匀分布着回流式水枪，水枪的个数主要取决于总喷水量、水雾扩散角及塔体的内径，水枪的进水管接塔顶的供水环管，回水管接回水环管。泵房内的高压离心泵由循环水箱向系统供水，水泵一般采用一用一备方案，水箱内装有一个浮球阀来控制水箱的进水量，从而保证水箱的储水量一定，水箱内还装设一个液位检测装置检测水位。控制柜的核心控制器件为可编程逻辑控制器（Programmable Logic ControllerPLC），主要由它来进行数据处理及发送控制指令。系统在增湿塔入口烟气达到某一温度时，控制柜得到该信号后发出相应控制信号，开启水泵向管路供水，并使电动三通阀、电动两通阀及电动调节阀通电工作。系统正常工作喷雾时，水由水箱泵出，经过电动三通构成的供水通路进入供水环管并到达回流式水枪。一部分水经喷嘴雾化喷出，用来给高温烟气降温增湿，其余未被雾化的水经水枪回流管进入回水环管，经电动调节阀返回水箱。电动调节阀是调节塔内喷水量的关键执行元件，因为水泵工作时电机转速是恒定不变的，这样总的供水量就不变，在总供水量一定的情况下，雾化水所占比例与回流水所占比例是此消彼涨的关系，只要通过控制调节阀的开启度来控制回流水量的多少，就可以间接控制喷水量的多少。塔内喷水量多少的控制，是依据增湿塔出口的温度变化情况定的，热电偶检测增湿塔出口温度经变送器变送为420mA标准信号送给PLC，PLC对此信号进行PID运算后，对应输出一个420mA控制信号，该信号就控制着电动调节阀的开启度，进而控制了喷水量的多少。一般来说系统启动后水泵就一直工作，调节阀也一直随增湿塔出口温度的变化做着调节，但当储水箱由于某种原因存水过少、水位过低时，水箱内的液位传感器就会给PLC发出报警信号，PLC在接收到低水位信号后，同时处理以下几件工作。一是发出一个开关量信号，使水泵停止供水；二是发出一个开关量信号，使电动两通阀断电，这时电动两通阀因失电而开启，排水管路畅通，使已经到达水枪的水由排水管快速排出，以免这部分水在压力减小、又不能及时排出（因为调节阀的阀位随出口温度变化，不能保证需排水时正好全部打开）的情况下由喷嘴未经雾化直接流入增湿塔内；三是发出一个开关量信号，使电动三通阀断电，这时电动三通阀的供水通路关断而排水通路开通，其作用与电动两通阀的排水作用相同。当水位回升到一定高度时，系统又会重新启动水泵供水，各阀门再次切换至供水时的状态。回流式控制系统的管道压力一般在4MPa左右，水枪的调节范围为1:10，因此其优点是喷水量调节范围大，比较适合于烟气温度变化大的工况，多用于2000t以上的生产线及窑尾余热利用等较复杂的回转窑系统；由于系统开启后水泵基本上都是在满负荷状态下工作，电机转速恒定，不管喷水量如何变化，水泵能耗都一定，其中一部分是有用的，即用于喷水的部分，另一部分可以说是做了无用功，仅仅是把水从水箱内抽走又送回了水箱，所以说回流式控制系统的缺点是能耗大。另外，回流式系统的投资也较大。2 压力式控制系统该系统适用于压力式喷水装置，主要由储水箱、高压离心泵、增湿塔塔体、压力式水枪、温度检测热电偶、控制柜及系统控制软件组成，其中控制柜内装有用于调节水泵电机转速的变频器。图2 压力式系统示意图压力式控制系统相较以上介绍的回流式控制系统简单的多，系统组成与回流式系统类似，只是没有双环管水路系统，也减少了阀门控制环节。系统在增湿塔出、入口处各设置一支热电偶，用来检测气体温度；水箱内同样装有浮球阀和液位计来控制水位。下面介绍一下该系统的工作过程。当增湿塔入口处的热电偶检测到烟气温度高于某一值时，控制柜内的PLC就发出指令开启水泵供水，水泵开启后管道内就有了压力，只要此压力在水枪雾化的压力范围内水枪就可正常喷雾，且压力越大，雾化效果越好。压力式系统与回流式系统最大的区别是水泵电机转速是可调的，增湿塔内的喷水量控制就是靠调节水泵电机转速来实现的。系统工作时，增湿塔出口烟气温度由热电偶检测、变送器变送为420mA标准信号送给PLC，PLC对此信号进行PID运算后，对应输出一个420mA控制信号，该信号作为变频器的给定值，也就是水泵电机转速的设定值，这样一来，水泵电机就随着增湿塔出口温度的变化，在变频器的控制下变速工作，从而改变着管道压力（此压力必须满足水枪的雾化压力，因此电机转速受到一定限制），也调节了喷水量。另外，当增湿塔入口温度过低或管道压力过低时，该系统会自动停止水泵工作，避免湿底现象发生；当水箱液位计检测到过低水位时，系统也会发出一个开关量控制信号给水泵，使水泵停止供水。压力式控制系统的管道压力要低于回流式控制系统的管道压力，一般在23.5MPa左右，水枪的调节范围为1:4，因此该系统喷水量调节范围较小，比较适合于烟气温度变化不大的工况，多用于小型旋窑生产线。但是，压力式控制系统能耗较小，因为该系统没有什么电动阀门，水泵一般也不会满负荷运行，而是随工况的变化随时调整着转速，多数情况下是低速运行的，有时甚至不运行，所以综合起来压力式控制系统电耗要少的多。中国水泥2003年12期新型高效烘干机张鑫 北京四方联科技有限责任公司新型高效筒式烘干机为单筒、顺流、抄板转筒烘干机，具有烘干质量（终水分）100合格及超强的烘干能力和高效节能的显著效果，最高可达同规格普通型烘干机产量的3倍。从已经完成的1.2 m8m(10m)，1.5 m8m(12m)，2.2 m12m，2.4 m18m，3.0 m20m等多种规格新型高效烘干机改造实践看，该烘干机是一种值得推广的高效节能设备。1 回转圆筒烘干机存在的问题物料烘不干，终水分超过控制指标，导致生料磨产量降低，制粉的平均耗电高，严重时发生堵磨事故。产量不高，而平均烘干电耗、煤耗高，属高能耗、笨重的烘干设备。维修工作量大。烘干机首端易烧坏变形，进料管易烧坏，维修和更换均影响正常生产。烘干作业废气净化系统出现结露、湿底和泥浆堵塞，不仅影响生产，锈蚀严重，还缩短了设备寿命，维修费用高。为实现烘干物料终水分达到所要控制的指标，用户自行加长转筒长度，要求设计和制造厂加长转筒的长度，不仅增加了设备重量、电耗和投资，而且增加了土建投资费用和施工周期，造成现场工艺布置的困难和拥挤。为解决烘干车间问题而制定的各种措施，有的成效不显著，有的效果不稳定；对某些公开推广的技术和产品，由于存在个别不成功的实例，致使用户对圆满解决烘干车间的问题缺乏信心。2 新型高效烘干机的特点以确保物料烘干终水分符合要求为前提。首先从物料通过烘干机停留时间中分离出“有效烘干时间”，并根据热工分析确定物料达到烘干要求所必须的“有效烘干时间”。根据物料的性状和具体条件，设计适宜的扬料装置并确定合理的形状和布局，确保机内物料与热介质的热质交换状况最佳。对具体、特定的烘干作业系统，在确保必须的“有效烘干时间”的同时，采取缩短停留时间的措施，为提高烘干机的通过能力创造条件。把烘干作为一个系统来设计，按烘干机的最高通过能力进行设计和配套，严格要求相关设备达到性能指标，确保烘干产量最高时，热工状态依然在控制的最佳状态。根据生产实践中经常产波动的特点，提供切实可行的跟踪措施，确保烘干作业的热工状态长期处在受控状态，从而取得平均耗能最低的效果。该型烘干机相关技术指标见表1。表1 新型高效烘干机能力表（t/h）烘干机规格（m）湿料水分（）681012141620251.21020161411108751.51242353024201814102.21287726149413628222.4181531271098672625039320340250200165140120100803 新型高效烘干机的应用实例该型烘干机首先应用于非金属矿，烘干物料水分100合格，烘干产量成倍提高，不仅圆满解决了某石棉矿多期技改工程遗留的原矿烘干的老大难问题，而且彻底改变了烘干作业落后的面貌。近几年在水泥行业推广应用，已为部分厂圆满地解决了物料烘干问题，并开发了部分新品。为尽可能节能基建投资，在成功地提高了常用规格烘干机的能力之后，计划再进一步缩短转筒长度，减少建筑面积，节省土建投资。试验选用1.2m8m烘干机烘干矿渣和原料。由于烘干原料的用户坚持要求扩大一个规格，改用1.5m8m烘干机，因而进行了两种规格烘干机的实验，设计烘干指标相同。厂方要求烘干矿渣终水分5%即可，生产标定时分别按2%和5%控制，标定的结果超过了设计指标。设计与标定结果见表2.试验证明当湿矿渣水分高达27%，湿页岩水分达14%时，都能在8m长的转筒内烘干至要求的水分，说明缩短转筒长度是可行的，热工设计是符合规律的，节省烘干车间土建投资是完全可能的。表2 几种烘干机性能比较烘干机规格（m）DJH高效节能型1.28DJH高效节能型 1.58普通型1.512组合扬料板型1.512内循环式（双筒）2.06.5振动式7.00.8设备重量（t）11.514.518_1812电机功率（kw）7.5111118.511157设备售价（万元）14.518_设计指标湿料水分（%）10152025301015202530101520253015201220_产量(t/h)141075414107547.45.24.03.32.7810684.55.5_蒸发水分(kg/h)1300160013001600740106011761470135018006501117_蒸发强度(kg/m3.h)13018088119354955.569.363.784.93560_实测指标烘干物料矿渣页岩煤矿渣粘土矿渣粘土煤原料铁料炉渣湿料水分(%)2727.514121520181520182012121516.2822.7干料水分(%)14.61.514552.02.52.52.5222.074.12干料产量（t/h）4.4145.20610.011.04.063.810117.666.1486.17.09.4946.800蒸发水量（kg/h）15721644145313755181125602152924061437131369975095016111634蒸发强度(kg/m3.h)173.7181.7102.897.324.45328.472.111367.861.937.54050_为利用低温废热进行的低温烘干实验，选用的物料是湿石英粉，湿料水分18%，要求终水分1%，采用1.0m2.2mDJH高效节能烘干机。在仅有2.2m长的转筒内，热介质温度250300，废气温度80100，获得终水分1%，单位体积蒸发水分强度达到59kg/m3h，该指标超过了普通高温烟气烘干机的综合特性指标，为国内首创。水泥生产中产生的低温废气余热的回收利用，是水泥生产节能降耗的重要方法之一，选用新型高效烘干机，利用低温度废气烘干原料和混合材，工艺简单可靠、投资低、运行费低、是水泥生产厂节能降耗的最佳途径之一。由上述可知，新型高效烘干机是以热工参数控制为最佳值，提供了机械设计参数和准确的配套设计资料，并考虑了实际生产中的波动和跟踪措施，不仅实现了一次设计投产达标，而且经得起长期生产实践检验。载于中国水泥2006年5期烧成窑尾车间厂房土建加固设计和施工要点鲁晓琳1 陈晓东2 邢桂文2（1.河北省建筑材料工业设计研究院，石家庄 050 051；2.北京四方联科技有限责任公司，北京 100 039）0 前言HY水泥有限公司拥有一条2.835m带CSP复合式悬浮预热器回转窑生产线，原熟料设计产量为220t/d，设计热耗为4 390kJ/kg熟料。改造前实际产量为252t/d，热耗为3 996kJ/kg熟料。2 005年该公司委托北京四方联科技有限公司进行技术改造工程设计，在对原回转窑不扩径、不加长的前提下，改造后工厂熟料生产规模将达到1 000t/d，热耗将降低到3 553kJ/kg熟料。本次改造，业主在要求技术先进、成熟、可靠的同时，还提出实施过程中尽量减少停产损失，充分利用原有的设备和建构筑物，用最短的工期、最低的投资完成技术改造。经过认真分析，影响工程进度和投资的主要关键环节是烧成窑尾，尤其是窑尾土建工程。由于改造后窑尾预热器和分解炉的生产能力由252t/d提高到1 000t/d，设备规格加大，数量增多，原有的厂房长、宽、高分别只有7.5m、6.0m、32.0m，已经不能满足工艺布置要求。因此，确定合理的窑尾厂房土建设计方案至关重要。1 土建设计方案比较与选择原有的厂房结构为钢筋混凝土结构。经分析，可行的土建设计方案有三种：方案一：新建钢筋混凝土结构法。完全拆除原有厂房，在原地新建一个钢筋混凝土框架结构厂房；方案二：完全拆除原有厂房，在原地新建一个钢框架结构厂房；方案三：利用原有厂房进行加固，并在原厂房顶部增加四层平面，在原厂房侧面增加辅助框架，布置改造后的预热器和分解炉。我们对三种设计方案，在满足技术和设计规范的前提下，重点围绕业主提出的几项要求，进行了综合比较，结果见表1。 土建设计方案比较一览表 表1序号比较项目方案一方案二方案三备注1停产时间（天）15514280加固法停产时间最短，可以先施工后停产，其它方案必须停产后施工2停产损失费用（万元）16715386加固法的停产损失费用最少3土建拆除费用（万元）552加固法只拆除部分楼板和次梁4土建投资费用（万元）11416288加固法最节省5总费用合计（万元）286318176加固法减少停产损失费用和节约土建投资费用总和，比其它方案低6安全可靠性可靠可靠可靠7经济性一般一般好8技术合理性最合理最合理合理如果只考虑技术的合理性，加固法不是最合理的技术方案9施工技术要求低高程度不等在加固法中，截面扩大法要求低，而湿式外包钢法和粘钢法要求高10比较结果第二选择第三选择首选综合比较后选择加固法如果只考虑技术合理性这一因素，拆除原有厂房新建框架结构厂房更加合理，但考虑到本工程属技术改造而非新建工程这一特点，在同样都能够保证结构可靠安全的前提下，加固法具有停产时间短、土建费用低、施工技术要求不高、综合经济性好等优势，有利于实现业主合理的预期目标，因此采用对原有厂房进行加固的设计方案。图1中粗线所示部分，即为利用原厂房进行加固的部分。2 加固方法比较与选择图1 改造后窑尾厂房对混凝土结构进行直接加固的设计方案，常采用的有七、八种之多。根据水泥工厂的建筑和生产特点，较为常用的方法有加大截面法、湿式外包钢法、粘钢法。上述三种方法的特点见表2。、 拟采用的土建加固方法比较一览表 表2比较项目加大截面法湿式外包钢法粘钢法加固原理在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。将型钢或钢板包在被加固构件的外边，当加固钢筋混凝土梁时一般采用湿式外包法，即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构件粘结成一整体，加固后的构件，由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高，因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。是在构件承载力不足区段（正截面受拉区、正截面受压区或斜截面）表面粘贴钢板，这样可提高被加固构件的承载力，且施工方便。优点施工工艺简单、适应性强，具有成熟的设计和施工经验，工程造价低；适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固。受力可靠、施工简便、现场工作量较小，适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。 施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响，适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。缺点现场施工的湿作业时间长，对生产有一定影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。但用钢量较大，且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所，施工技术要求较高，工程造价较高。加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平，施工技术要求较高，工程造价较高。由于该公司拟自行组织土建施工，考虑到施工队伍的技术力量，以及降低造价等因素，按照加大截面法加固方案进行设计。3 加固设计方案 加固设计根据业主提供的原厂房结构施工图，当地的地质、抗震、气象等资料，以及工艺、设备专业提供的工艺布置图、设备荷载、平面活荷载等技术资料，按照有关的技术和设计规范，采用中国建筑科学院编制的多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件（SATWE、JCCAD、2 005年网络windows版）完成加固工程设计。3.1 原有基础加固设计方案基础平面布置方案见图2，地基梁加固方案见图3，基础拉梁、地基梁与柱加固方案见图4。 图2 基础平面布置图 图3 地基梁加固方案图 图4 基础拉梁、地基梁与柱加固方案图3.