旋风水膜除尘器在焙烧炉尾气处理中

1、旋风水膜除尘器在焙烧炉尾气处理中的设计及应用陈晓辉（长岭炼化有限责任公司催化剂厂）摘要：通过对旋风水膜除尘器设计思路及应用的全面分析，提出了一种处理高温分子筛粉尘的新途径，对于进一步实现装置的环保及清洁生产做出了积极的探索。关键词：旋风分离 水膜 除尘器 分子筛 焙烧炉尾气化学工业是国民经济的支柱产业，同时也是能源消耗高、废弃物处理量大、环境污染较为严重的产业。上世纪八十年代以来，世界各国都非常重视节能、环保和安全技术的开发与应用，加大了资金和人员的投入，使化学工业逐渐从“末端处理型”向“生产全过程控制型”转变。焙烧炉作为一种重要的单体设备，在化工生产过程中对产量和质量的控制起着举足轻重的作用

2、，同时它又是粉尘排放和造成大气污染的主要来源。常用的除尘方法有湿法捕尘、电除尘法、布袋除尘法等。但对于炼油催化剂生产过程中的高温高湿尾气，这些方法往往具有局限性，不能完全满足环保法规的要求。2003年，长岭催化剂厂对一套分子筛生产装置进行了改造，焙烧尾气的处理量增加了一倍，原有的填料塔喷淋捕尘设备已远远达不到生产要求。但由于资金有限，很难在这方面付出很大的投入，因此，如何能在最少的投资条件下解决尾气粉尘排放的问题成为了工程技术人员急需解决的难题。本文探索了一种新除尘设备的设计和制造，并在工业生产线上进行了实际连续运行，获得了较好的应用结果。1 焙烧炉尾气除尘器的选择尾气处理量为5800Nm3/

3、h，粉尘粒径为3um5um、尾气温度为250350，且粉尘气体中含有大量氨氮及硫化物。为选取合适的除尘设备，结合一次性投资、系统运行阻力、适宜的粉尘粒径、氨氮处理能力等各方面因素，并对常见的除尘设备进行了仔细比较，比较数据见表1。表 1 常见的除尘设备投及资及使用性能项目设备名称适宜粉尘粒径/m氨氮处理能力系统运行阻力/MPa一次性投资/万元金属布袋除尘器/5070文式饱和器中510多级旋风分离器310/1520电除尘器/>50通过对表1的比较分析认为以上除尘设备在不同的工作场合各有优劣，考虑到投资能力以及装置原有配套设施的现场分布情况，特别是氨氮处理能力对环保和节能降耗的要求，上表所列

4、的除尘器均不能满足生产实际的需要。经参考硅酸盐生产行业的微粉处理文献，决定自行设计一套单级旋风水膜除尘器。2 旋风水膜结构特点及工作原理2.1 旋风水膜除尘器工作原理收稿日期：2005-05-20作者简介：陈晓辉，1991年毕业于湘潭大学化学工程专业，工程师，现从事催化剂工艺管理工作。粉尘粒径是影响除尘效率的首要因素，粒径越大粉尘就容易被捕捉分离。焙烧后的高温尾气夹带粉尘与除尘器入口处主喷嘴的高压喷雾水流接触后，焙烧尾气中的大部分粉尘将被雾化水凝集捕捉，同时水雾将焙烧尾气中的氨氮吸附于水中；焙烧尾气从除尘器上部切向进入并沿除尘器器壁旋转向下进入筒体，除尘器上部有副喷嘴喷入的环行切向水流在除尘器

5、内壁形成水膜，旋转进入除尘器的凝集粉尘及水雾在离心力的作用下粘附于水膜上，并沿除尘器器壁逐步沉降至底部的浆液排出口排出；因有水膜存在，消除了干式旋风除尘器的粉尘在器壁处被二次夹带从而降低除尘效率的问题；已净化的气体在除尘器下部中心位置形成上旋气流由除尘器顶部的中心排气管排出。同时，在除尘器直立圆锥筒体与倒立圆锥筒体之间设置有反射屏，可防止进入除尘器倒立圆锥筒体的部分上旋气流将除尘器底部已收集的尾气粉尘重新夹带的问题；这部分已净化的焙烧尾气通过反射屏中心出口与已在除尘器下部形成的上旋气流汇合，一起从除尘器顶部的中心排气管排出,从而最大限度地提高除尘器对焙烧尾气粉尘的捕捉、分离效率。2.2 旋风水

6、膜除尘器结构12345671直入切向进气部分 2直立圆锥筒体部分 3倒立圆锥筒体部分 4中心排气管 5主、副喷嘴 6反射屏 7浆液排出口图 1 旋风水膜除尘器结构 3 旋风水膜除尘器的应用 旋风水膜除尘器流程布置及说明分子筛焙烧过程中，由于物料翻转及水分蒸发，并同时通入有300kg/h的过热蒸汽，因此风机在抽走蒸发水分的同时，也会带走部分分子筛细粉。因装置尾气管道实际长度分别为炉1001约为120m、炉1002约为60m，管径为350mm，风量为5800Nm3/h，理论风速为16.75m/s。将旋风水膜除尘器就近安装在炉尾，所配工艺管线长度仅为15m并进行保温，则即保证了旋风水膜除尘器的除尘分

7、离效率，又可方便将携带超稳粉尘、富含氨氮的旋风水膜除尘器排出口浆液返回打浆罐(V-1021)进行循环再利用。 旋风水膜除尘器的理论除尘效率（a）旋风水膜除尘器的自然长度，即气流自然返回长度L计算：e Do2(a×b) 1/ 3 （式1）Do除尘器筒体直径 Do = 0.7 m A除尘器进口高度 a = 0.7 mB除尘器进口宽度 b = 0.17 m de中心排气管直径 de = 0.309 m 将以上各值代入式1 可得： L = 1.139 m（b）旋风水膜除尘器筒体圆锥部分等量直径dc 计算：dc = Do( DoD2 ) ( hcLh )( Hh ) （式2）D2除尘器排灰口直

8、径 D2 = 0.08 mhc排气管插入深度 hc = 0.77 mh 除尘器筒体长度 h = 1.4 mH 除尘器高度 H = 4.06 m 将以上各值代入式2可得：dc = 0.58 m（c）旋风水膜除尘器尺寸比的函数 C 计算： C = ( ×Do2 )( a×b ) 2 1( deDo )2 × ( hcDo )a( 2 Do) × ( hcLh )Do × 1( dcDo )( dcDo )2 ( hDo ) ( deDo )2×( LDo ) ( hcDo ) （式3）将以上各值代入式3 可得：C = 27.9 （d）旋风

9、水膜除尘器速度分布指数 n 计算： Do )×( T283) （式4）T绝对温度 取工作温度为300 则T = 300273 = 573 ( K ) 将以上各值代入式4 可得：（e）旋风水膜除尘器修正的惯性参数 计算：= ( c )×d2×j ( 18××Do ) ×( n1 ) （式5）c 粉尘固体颗粒的密度 c=1500/g=153.06 kg · s2/m4 工作温度300时气体的密度 /g=0.063 kg · s2/m4工作温度300时气体的粘度 = 2.97×10-6 kg · s/

10、m2 j气体进口速度 j = 16.75 m/sd粉尘固体颗粒的直径 d = 5×10-6 m n速度分布指数 n = 0.55 将以上各值代入式5可得： = 2.654×10-3（f）旋风水膜除尘器的除尘效率计算：=1exp2×(C×)1/(2n+2) （式6）将以计算的C、及n值代入式 6 可得：=0.58=58 % 旋风水膜除尘器在生产应用中的效果2003年7月装置改造完成后，旋风水膜除尘器即投入生产使用，随着生产能力的逐步提高，除尘效果也越来越突出，具体数值见表2。表2 旋风水膜除尘器应用数据汇总焙烧进料量 此表列出的数据不太恰当。最好将焙烧进料

11、干基(每小时流量)、出料干基、焙烧尾气含尘量、除尘量列出，这样得出除尘效率，数据才一目了然。 (湿料)/kg .(8h)-1480064008000840010000焙烧出料量 (干料)/ kg.(8h)-138565100641266057947除尘量/kg.(8h)-1352505619728884除尘效率/%3.4 旋风水膜除尘器计算除尘效率与生产应用效果的对比及应用结果通过对旋风水膜除尘器理论计算除尘效率与表2实际生产应用效果的对比可以看出，旋风水膜除尘器理论计算除尘效率值与实际生产应用的除尘效率值基本一致，说明旋风水膜除尘器在实际生产应用中达到了设计的预期效果；此外，从表2中还可看出

12、，随着生产处理量的增加，旋风水膜除尘器的除尘效率也同时上升，这与理论除尘效率计算值并不矛盾，在理论除尘效率计算公式中忽略了随着生产处理量的增加除尘器的除尘效率也同时上升这一环节。旋风水膜除尘器的生产应用效果主要体现在两个方面：（a）分子筛粉尘的捕集通过表2实际生产数据可以看出，随着焙烧量及相应工艺过热蒸汽量的增加，则粉尘的浓度将增大，而除尘器的除尘效率也相应提高，从而降低了分子筛粉尘的跑损，稳定了焙烧工序的单程收率，废气中的粉尘含量也达到国家环保要求。（b）旋风水膜除尘器在捕集粉尘的同时，由于水膜的冷却、饱和作用，有大量的NH4+ 、SO22- 溶解于水中，其中除尘器下料口物料经打浆后PH值平

13、均为5.3，在后序工艺过程中可使硫铵投料量降低40%（）。4 结论采用旋风水膜除尘器可使焙烧炉的尾气中的粉尘含量除低55%以上，结合后序的填料捕尘塔湿法捕尘使废气中粉尘排放达到环保要求，同时减少了氨氮排放，减少产品单耗，降低了成本。这一设备在我公司催化剂厂虽然是第一次使用并获得了成功，随着设计的进一步完善，催化剂厂其它生产装置的除尘环保生产工艺中也同样可以借鉴使用。仪长管道11月底实现向安庆、九江输油8月12日，中国石化管道公司仪长管道工程项目部向各项目分部下发了仪长管道应急救援预案。这个预案对仪长管道今年11月底实现向安庆、九江石化输送原油时可能遇到的意外情况，规定了解决的程序和方法。这标志着仪长原油管道分段投产的各项准备工作已进入全面实施阶段。 随着沿江流域进入汛期，施工难度也加大。截至8月11日，仪长管道分段投产涉及的545km管道组焊工作已接近尾声，按管道公司仪长管道工程项目部安排和部署，工程建设已转入了以站场施工为重点的攻坚阶段。 仪长管道途经江苏、安徽、江西、湖北、湖南五省，自仪征向安庆、九江、武汉、荆门、长岭5家石化企业输送