窑尾废气处理系统.doc

出预热器的废气处理系统我国目前新型干法水泥生产企业，大多不带旁路放风系统，对于不带旁路放风系统废气处理的工艺设备主要有增湿塔、高温风机、废热利用设备系统、收尘器及后排风机等，而这些系统设备中风机及废气余热利用在实际生产中影响调整的因素不太多，为了更好了解其窑尾工艺实质，选择增湿塔和收尘器进行分析。1、 增湿塔随着干法悬浮预热器窑的发展，随之带来的高温、高浓度废气净化问题，就显得十分突出。实践表明，如果将窑尾的烟气直接通入电收尘器，其操作电压仅能升高2022KV，收尘器由于严重的反电晕现象而使收尘效率仅能达到70%76%左右。为了提高电收尘器的收尘效率，必须对烟气进行调质，使烟气中的粉尘比电阻降到10 11cm以下，以消除电收尘的反电晕。对于袋收尘器来讲，由于受滤袋材料的限制，一般小于260，而出预热器的温度一般为300 360，不能直接收尘，需要降温处理。由于袋收尘器收尘不受粉尘性质的影响，只要废气温度适合其范围即可。袋收尘器废气降温一般有以下几种方法： 掺冷风。只需要在管道系统中设置一个冷风阀即可，缺点是冷风掺入后，废气量增大，风机电耗增加，不经济。 增湿塔喷水降温。该法会增加袋收尘器废气湿度，如控制不好会糊袋。 烟气冷却器。它是利用机械风强制冷却管内的废气，但换热效率低，并要消耗一定的电能。 设置热能回收装置。例如：设置余热锅炉、烟道直流余热锅炉，其产生的蒸气、热水，可作它用，这是一项很有意义的降温措施。虽然对烟气调质的方法很多，但最经济、技术最成熟的方法还是用水作调质剂，利用增湿塔来进行烟气的调质、降温。 增湿塔降温干法回转窑采用的增湿塔大体有两种形式，一种为普通的增湿塔，根据气体运动方式又可分顺流与逆流两种形式；另一种为套筒式增湿塔，但采用的并不多，国内水泥企业大多采用普通顺流增湿塔。从国内外的使用情况可看出普通型的增湿塔结构简单、布置方便、气体阻力小，但最大的缺点是塔内结块或湿底，若喷水量较少，废气温度降不下来，增湿降温效果差。特别是在保温不良的情况下，蒸汽在塔壁结露，水和粉尘结合而形成湿泥巴块，严重时影响生产。国内各厂大都遇到这类问题，因此，在比较寒冷的地区采用普通型的增湿塔是有一定的困难的。普通型增湿塔的结构比较简单，由进出风口、导流板、均风板、壳体、排灰系统、供水及自控系统组成。高温烟气由顶部进入（如进口为直管，可不设导流板），经两道均风板使气流沿塔断面分布更均匀。水在高压下以雾状从喷嘴喷入塔内，细小的水滴与高温烟气接触并进行强烈的热交换，最后变为水蒸气。烟气中的粉尘颗粒表面吸附了一层水膜，部分吸附水较大的颗粒在重力和惯性力的作用下沉降到塔底，由排灰系统排出，混合气体由出风口排出，此时的混合气体比电阻值下降至10 11cm以下，温度也下降了很多，能很好地满足电收尘器及袋收尘器的要求。 影响增湿塔效果的主要因素：1） 增湿塔规格设计不当。在设备选型时，设计单位已经根据烟气量、喷水量、喷嘴雾滴直径和蒸发强度，确定了增湿塔的规格以及喷嘴规格和数量，若计算、选型正确，不会影响增湿塔增湿降温效果。如果原设计选型不当或窑进行了改造增产后，烟气量增大，原有增湿处理能力不够，则喷入的水在塔内停留时间缩短，致使水滴直到塔底还未完全蒸发，将会湿底。2） 喷嘴性能不好。喷嘴是增湿塔的关键部件，一个好的喷嘴应具备以下特征：较小的雾滴直径；较宽的流量调节特性，即：当水量在一定范围内变化时，雾滴级配始终如一或变化很小，如果使用的喷嘴水量调节比太小，当烟气量处于下限时，雾化效果差，水滴大，易湿底。较小的扩散角，方便喷嘴布置；要有较长的使用寿命；要有较大的液体喷口，颗粒堵塞的可能性小。因此，在选择喷嘴时，除了要注意喷嘴额定喷水量、设计压力、雾滴直径、扩散角、射程、喷口大小和喷嘴材质外，还应关注喷水量调节比。3） 塔内气流分布不均。烟气导入增湿塔都是从较小断面的风管过渡到较大断面的增湿塔筒体，如果不采取必要的措施，会造成气流沿塔断面分布不均匀，筒体中心气体流速过高，这部分气流中的水滴在塔内停留时间过短，来不及蒸发，容易导致湿料。因此，要求气流在塔内有良好的均匀性，一般是在进口锥体内安装气体分布装置，通常是放置两层多孔板，对于弯管进风还需要在进口直管部位设导流板。在工艺布置时，为了减小增湿塔高度而采用侧进风形式，在圆锥体上方的过渡段内，更要设置导流板，这些导流板还必须与进风气流平面垂直。4） 喷水量为实现自动控制。喷水量的控制，就是当烟气量和烟气温度变化时，保证喷入的水量能使烟气温度降到塔出口的设定值范围，并使喷出的雾滴直径始终保持在要求的范围内，能完全被蒸发而塔底保持干燥状态。绝大多数增湿塔是借塔的烟气入口温度和出口温度控制喷水量，特别是塔的出口温度始终是控制的目标。由于热电偶的滞后性，特别是当生料磨时开时停，烟气量大起大落，还不能完全实现自动化。因而大多数增湿塔喷水量的控制是半自动或靠人工控制，不是喷水量不足就是喷水过量而引起湿底，但当窑况正常时，还是能较好的满足控制需要。目前国外是以塔的出口温度和烟气量这两个参数大的变化作为控制目标，喷水量的控制以基本实现自动化。2、收尘器处理窑尾废气的收尘器，一般选用电收尘或袋收尘器。这两种收尘器收尘效率都能很好地符合我国目前制定的环保要求；都能满足处理水泥生产的腰围废气量；都能处理经过调质后的烟气；操作过程实现了自动控制。但是目前国内大部分企业仍选用点收尘器，这主要是从设备的一次性投资、运行费用、维护费用等方面进行经济比较后而决定的。一次性投资方面：通过对700t/d、1000t/d、2000t/d、等规模的新型干法生产线窑尾废气处理系统投资比较来看，袋收尘一般比电收尘要高一倍以上。运行费用方面：主要是收尘器的阻力所造成的风机电耗的上升，电收尘器的阻力一般为200260Pa，而覆膜滤袋的袋收尘器阻力为1600 Pa左右，通过对风机克服收尘器阻力电耗的比较来看，袋收尘器的年耗比电收尘器高41%60%。维护费用方面：电收尘器的使用寿命一般在10年以上，在正常工况使用下，每年的维护费用约为一次性投资的6%，甚至更低。当袋收尘器采用进口覆膜滤袋时，其使用寿命一般为34年，在袋收尘器的总投资中，滤袋的费用约占总投资的66%70%，每年仅滤袋的更换维护费用约为设备投资的20%26%，另外还有一定的日常维护费用。从上面的数据明显可以看出，袋收尘器技术经济指标低于电收尘器。但袋收尘除尘效率高，特别是对6微米以下的粉尘颗粒的捕集效果更佳，还具有对窑工艺变化适应能力强，对环保要求适应性强及运行维护简单可靠等优点。简单比较：1）、对窑工况变化的适应能力客观地讲，无论是电收尘器还是袋收尘器均有很高的捕尘效果，只要设计选型正确、产品质量优良、维护操作合理，均能保证国家规定排放标准。相比较而言，由于设备结构及除尘清灰机理不同，当窑工况失稳，热工参数偏离原设计指标波动变化时，袋收尘器的适应能力则要强些。电收尘器的除尘面积一般根据下列公式计算： Q ln（1-） A= 3600W式中 A为极板面积 Q为处理废气量 为收尘效率 W为粉尘驱进速度对于收尘器来讲A为定值，当入除尘器废气量或含尘浓度超过原设计值时，其除尘效率就会下降。实际生产中，窑尾废气不可能一直保持在设计指标范围内，当喂料（煤）量、系统漏风超过设计指标时，均有可能是窑尾废气量超标，从而使收尘器收尘效率下降，排放浓度超标。要解决入电收尘器废气量或含尘浓度增加而导致收尘效率下降、排放超标时的问题，必需增加板面积以增加沉淀面积A,这对正在使用的电收尘来讲是非常困难的。而袋收尘器是按照选定的过滤风速来确定滤袋过滤面积的，其滤袋过滤面积基本不受废气量或含尘浓度影响。当入袋收尘器废气量增加时，其过滤风速增加，阻力上升，速度加快，此时，只需将滤袋清灰周期缩短，清灰次数增加，即可满足收尘要求，其收尘效率是不影响的。另外，废气的性质（温度、湿度等）变化对电收尘器的影响要大些，一般控制入电收尘器烟气温度为120160、湿度10%16%，过高或过低均对电收尘器运行不利。温度过高，湿度过低，则粉尘比电阻升高，有可能使电场频繁火花放电、电晕电流增大、除尘效率下降；温度过低，湿度过高，有可能是粉尘在极板和电晕线上产生黏附使振打清灰困难，严重时会收尘器影响正常工作。袋收尘器对废气温度、湿度变化的范围要求较宽，尤其是一些新型滤料的应用，如玻纤膨体纱、微孔薄膜复合滤料等，其工作温度为（露点+30）260（瞬时可达280），允许湿度要求也较电收尘器宽。综上所述，可以说袋收尘器较点收尘器对窑况变化及烟气性质变化的适应性要强些。2）、对环保要求的适应性随着人们对生存环境质量要求的不断提高，政府必然会根据国情逐步地提高环保标准。以二类地区水泥窑排放为例，1985年国标为150mg/m（标况），1997年修订的国标为100 mg/m，排放控制提高了1/3。目前，世界上先进国家对水泥窑排放控制要求更严，其中德国、法国、瑞士、葡萄牙、日本等水泥窑排放标准均为60 mg/m（标况），英国为40 mg/m，意大利电收尘为16 mg/m。从上述国家控制来看，随着我国经济的发展，我国对排放控制要求日趋严格也是必然的。3）运行维护的可靠性水泥窑运行过程中， 在开窑或不正常窑况时，在燃料量增加、空气量不足或者燃料与空气混合不均时，在窑温过低使燃料燃烧不完全时，特别是当分解炉或窑头跑煤时，往往产生较大量的CO可燃气体，以及过多的未燃尽煤粉进入收尘器内沉积。另外， 大多数窑尾收尘器是负压操作，在设备管道不严密处漏入空气。不论是电收尘器还是袋收尘器，如果机内存在上述两种情况（即机内有可燃物质和助燃空气），一旦遇上明火，都同样存在燃爆的可能。对电收尘器而言，因高压电场的放电火花将激发它的燃爆，其燃爆的可能性更大些，因此，窑尾必须装设CO及O分析仪，以确保电收尘器安全运行。而对袋收尘器来讲，因其机内不具备产生明火的条件，相对电收尘器其安全性要大些，对其控制要求就不需要如此严格，其操作运行相对要简单可靠些。收尘器长期运行过程中，总不免回发生一些故障，如电收尘电极变形或位移、阴极线的松动、断线、电极积灰过多、绝缘瓷瓶破损等以及袋收尘器破袋、掉袋等。对电收尘器来说，一旦出现突发性故障，影响整机运行时，就必须离线维修。而大型袋收尘器采用的是分室结构离线清灰(如2000t/d水泥窑窑尾大布袋收尘器一般分1416个室)，某一室发生故障而离线维修，对整机运行基本没有影响，仅过滤风速略增加而已。2、出预热器废气处理的工艺布置对于没有旁路放风工艺的窑尾系统的工艺布置一般有以下两种方式：a) 增湿塔后置工艺, 增湿塔在高温风机后，收尘器之前； b) 增湿塔前置工艺，增湿塔在预热器之后、高温风机之前；因此，分析窑尾工艺布置的优缺点，只要分析增湿塔与高温风机布置位置的优缺点即可。1) 增湿塔前置工艺布置的优点： 大大改善窑尾高温风机的工作条件窑尾高温风机是烧成系统的关键设备，它的工作状况直接关系到整条生产线产量和水泥孰料质量以及系统的稳定。在实际生产中，高温风机故障率比较高。出预热器废气首先经过增湿塔，增湿塔将废气温度由360400降低到300以下，减少废气高温对风机的影响，同时减少通风体积，降低风机负荷。另外，废气中含有较多粉尘，通过增湿塔将一部分粉尘收集下来，减少风机风叶结灰和磨损，风机叶轮失衡的隐患大大减少，从而提高风机的工作可靠性和使用寿命。增湿塔后置工艺，当预热器出口废气温度超过高温风机使用温度上限时，只有通过冷风阀加入冷风来降温，不仅降温效果不理想，而且由于增大了风量，从而也增加高温风机及窑尾设备的工作的负荷。 减短窑尾管道通常增湿塔高度在40m以上，将增湿塔紧贴预热器框架，使预热器一级旋风筒直接增湿塔相接，从而减短窑尾管道（如1000t/d孰料生产线，预热器顶部标高超过70m，只需30m左右的管道，便可与风机相联）。同时，因窑尾管道减短，减少管道上膨胀节和框架上的混凝土支撑，降低生产线投资。 增湿塔更容易操作由于增湿塔一般是通过控制增湿塔出口温度来调节喷水量的，增湿塔后置工艺布置，原料磨或煤磨启动时，增湿塔入口废气突然减少，增湿塔水量往往由于不能及时调整，水雾不能完全蒸发，可导致湿底，造成排灰堵料或湿料进入均化库，而影响均化，采用增湿塔前置工艺布置，增湿塔入口废气量和温度相对稳定，只要增湿塔本身不出故障就不会出现湿地现象。且增湿塔入口与预热器一级旋风筒之间的风管有一段较长的直段，增湿塔入口不需设置导流板就能使增湿塔内气流均布分布。 其他方面增湿塔后置工艺布置的生产线，因工艺布置原因，增湿塔距预热器塔架较远，增湿塔需要单独设置爬梯。增湿塔前置工艺的增湿塔紧靠预热器塔架后，可以从塔架直接步入增湿塔平台，增湿塔本体不必另设爬梯，不仅减少增湿塔制安装费用，岗位巡检工巡检时能做到一举两得，减少巡检工的劳动强度。(b)工艺布置的缺点：首先，这种布置给烧成系统增加了一个环节，当窑内煅烧不正常或不理想时，往往要调整窑尾风机风量，风机调整后烧成系统反应时间相对加长，从而稍微延缓调整时间。其次，