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烘干机收尘方案的选择与控制

浏览次数: 日期:2005年6月21日 21:45

烘干机收尘方案的选择与控制

 

合肥水泥研究设计院 杨刚 刘恩睿 葛骏浩


0 引 言
  
水泥工业生产中的原材料烘干目前仍多采用回转式烘干机,由于其烘干过程排放的废气含气尘浓度高、粒度粗、湿含量大、烟气变化无规律,故收尘相对困难,粉尘颗粒对设备管道磨损严重,收尘过程易产生结露和腐蚀现象。加之部分生产企业采用的除尘设备简陋,收尘效率较低,环境污染严重,难以满足生产及环保的需要。因此,分析和了解烘干机的废气特性,合理选择收尘设备和工艺最佳方案,是实现高效率烘干和清洁生产的先决条件。
1 烘干机含尘废气的特性
  
烘干机含尘废气的特性如表 1 。

烘干物料

含尘浓度 g/Nm3

废气温度 ℃

出机气体水分 %

露点温度 ℃

排气量 Nm 3 /t

粉尘粒径 µ m

<20

<88

粘土

80~100

100~150

13~15

50~60

2500

60

90

80~150

50~70

10~12

50~60

1400

70

95

矿渣

50~70

70~90

13~25

50~60

3500

20

40

1.1 湿含量大,露点温度高
  烘干机的废气含水率一般在 15% 以上,露点温度为 40~50 ℃ ,如果燃煤含硫量高,露点温度还会升高并产生酸腐蚀。为避免产生此现象,烘干机的操作应控制废气温度高于露点温度 20~50 ℃ 以上,即:使露点温度达到 70 ℃以上, 冬季要求甚至可高于 70~80 ℃ ,才能保证收尘器对高温、高湿废气的有效排放。
1.2 粉尘颗粒大、浓度高
  由于目前采用的通风收尘系统均为全负压状态,其风量较大,故废气中的含尘浓度较高,特别是对要求烘干产量大、水分要求低于 2% 时,烟气中的含尘浓度还会急剧增加,粉尘颗粒也相对偏大,如烘干煤和铁粉时的最高含尘浓度可达 100g/Nm 3 ,烘干矿渣的粉尘颗粒可达 60~80 µ m 。因此,烘干这类物料对风管及设备的磨损加剧,收尘更为困难。
1.3 烘干机间歇运转
  许多水泥厂的烘干系统经常采用一机多用方式对几种物料轮换运转,即一台烘干机每运转 10h 左右变换物料进行烘干作业。这种方法由于物料的烘干特性不同,极易造成收尘设备管理不严而出现结露、积灰等现象,特别是北方冬季更易冷结和堵灰,更不利于生产及设备的操作维护。
2 烘干机收尘系统工艺及设备分析
  
目前水泥企业烘干机收尘系统常用的三种主要工艺见图 1 。

图 1 烘干机收尘系统的三种主要工艺

  这三种收尘工艺中,一级旋风收尘器适用于矿渣、碎石等原料的烘干。当用于烘干粘土、煤铁粉等物料时,由于这类物料的粉尘颗粒较细,单靠重力离心分离收尘,其收尘效率较低,一般只有 60 ~ 70% ,而采用传统的多管旋风收尘器分风不均,气体在每个筒中的流量、流速不稳定,易产生串流和堵灰现象,直接影响收尘效率。虽然 CLK 型扩散式旋风收尘器的效率有所提高,但由于出灰口偏小(一般只有 120mm )当粉尘水分较高,收尘量偏大时易出现粘堵现象,造成旋风器的失效。现在通常选用镶有刚玉混凝土衬里的高效耐磨旋风收尘器(一般筒径 1540mm ,出灰口在 350mm )作一级收尘,其处理风量大,具有抗磨损、抗反风等特点,用于矿渣烘干的收尘可达到 250 ~ 300mg/Nm 3 ,投资也只是其他收尘设备的 1/6 。表 2 三种收尘系统的使用效果比较

收尘系统工艺及设备

入口浓度 g/Nm 3

出口浓度 mg/Nm 3

抗结露情况

维修量

投资情况

使用单位

一级高效耐磨旋风收尘器

50 ~ 80

250 ~ 300

较好

量少

肥东县水泥厂(矿渣)

一级高效耐磨旋风收尘器+ 二级组合电收尘器

50 ~ 80

150 ~ 200

一般

一般

较大

凤台县水泥厂(原料)

一级抗结露袋式收尘器

80 ~ 100

80 ~ 100

较少

较大

东关水泥厂(矿渣)


  一级抗结露袋式收尘器对处理含尘浓度高的烟气最简单有效。随着我国玻纤滤袋的引进和开发,综合憎水、耐折、耐磨损等几种特定性能生产的玻纤类滤料如 CW300 — FCA 玻纤布等,都具有织物光洁、平整、均匀、极易清灰等特点,成为过滤高浓度、湿粘性粉尘的理想滤料。分室静态清灰方式可彻底解决清灰不完全和二次扬尘现象,其中分箱脉冲多点喷吹及高压空气反吹等方法在各室之间依次轮流清灰,清灰时间、次数、压力均由微机控制。该收尘设备工艺简单,收尘效果好,如 FGM96-6 型、 XKHDC400-4 型、 LFEF4 × 23 等收尘器的废气排放浓度都低于 60 ~ 80mg/Nm 3 。
  一级旋风收尘器+组合电收尘器可用于废气中粉尘颗粒比较粗、湿含量过大的物料的烘干收尘,具有效率高、抗高温、抗粘堵等特点,一般废气排放浓度低于 150mg/Nm 3 。这种收尘工艺的一级收尘器负担较重,必须适当加大设备的处理能力。另外,烘干原煤时需要加设防爆、防腐、防锈等装置。而对于高浓度、大风量的含尘烟气则不宜使用该工艺。
3 烘干机收尘系统主要工艺参数的控制
3.1 烘干工艺参数
  针对不同物料及其特性,采用不同的操作控制参数进行烘干,使含尘废气的温度和粉尘粒度能够适应于收尘器的设备特性,最大限度地提高收尘效率,是用好设备的关键。例如在分级收尘或过滤收尘工艺中,不同物料采用的烘干操作参数见表 3 。

物料

物料水分 %

热风温度 ℃

机内风速 m/s

废气含尘浓度 g/Nm 3

处理风量 10 4 m 3 /h

入机

出机

入机

出机

粘土

15 ~ 20

2.0

900 ~ 1000

120 ~ 150

5 ~ 6

80

1.2 ~ 3.0

矿渣

18 ~ 25

1.5

700 ~ 800

80 ~ 120

7 ~ 8

60

2.1 ~ 4.5

13 ~ 18

3.0

400 ~ 500

60 ~ 80

5 ~ 7

90

1.2 ~ 1.5

铁粉

15 ~ 20

2.5

800 ~ 900

100 ~ 120

5 ~ 6

80

1.2 ~ 1.5

4.2 气流速度与过滤面积
  干燥介质的流速越高,对流传热量越大,越有利于将热风炉内产生的高温烟气带入烘干机,以促使料温及蒸发速度上升。适当地提高气体流速不仅可降低气体中心湿含量而且在物料周围形成低负压环境,促使物料内水分向外扩散,传统烘干机气流速度较低( <3m/s ),对流换热系数必然较小,若只单纯地加大排风量,提高气体流速,易产生粉尘污染。因此在提高风速的同时应将所选择的处理风量及过滤风速均匀下降,且气流不产生变化,避免压力不平衡产生二次飞扬,当入机物料水分偏大时,处理风量一般取上限值。
4.3 管道压损与系统漏风
  连接烘干机及收尘器及引风机之间的管道布置,应尽可能紧凑,多选择垂直或倾斜安装,风管与水平面的夹角一般不小于 55 °,弯头连接时应光滑减少 90 °弯管,尽量避免水平布置。生产中风速控制宜保持为 11 ~ 15m/s ,管道截面积可大于或等于引风机入口尺寸。收尘系统漏风特别是旋风收尘器漏风会直接影响收尘器风量与风速的平衡,扰乱旋风筒内的气旋状态,使已收集的粉尘重新飞扬。有些形式的收尘器漏入冷风易产生结露。一般情况下,当收尘器漏风率大于 5% 时,其收尘效率趋于零,这也是许多收尘设备效果不理想的重要原因。因此,烘干收尘系统应减少管道的压力损失,加强锁风,严格控制漏风率。
4 烘干特种材料的收尘控制
  随着水泥生产技术及收尘设备的不断发展,诸如粉煤灰、电石渣、磷石膏等一类工业废渣的利用日益引起广泛重视。这类物料的含水量往往很高,烟气湿度和粉尘浓度更大,收尘更加困难,故其烘干、收尘系统应着重注意以下几个问题。
4.1 湿度
  粉煤灰、电石渣及磷石膏等材料初水分最高可达 60% ,这使烘干机的废气湿含量必然很高。因此,在选择收尘设备时,首先应具备“收水”能力并且采取防粘、防堵等措施。当物料的粘性较强、水分超过 40% 时,烘干机内的物料应先经高温包壳,即:先进行物料表面的干燥,再进行破碎、烘干,这样可以避免粘堵下料管和扬料板。
4.2 温度

  对这类物料的烘干,通常要求热风温度达到 900 ~ 1100 ℃,废气温度在 200 ℃左右,才能保证系统烘干效果,又不至于使收尘器因含水量过高而产生结露现象。实践表明,收尘器对此选择耐高温、抗结露的材料非常必要。在操作控制上,也要求清灰的间隔时间和次数比烘干其他物料的清灰时间更长,次数更多一些,收尘才能更加有效。热风温度与物料的水分的蒸发速度关系如图 2 所示。
4.3 粉尘浓度及颗粒径
  工业废渣烘干中的粉尘浓度一般高达 200g/Nm 3 以上,粉尘中约占 95% 的颗粒粒径 < 20 μ m ,极易受水分和静电作用而结团,这是影响收尘的一个重要因素。因此,在确定设备及滤料时,应选择处理风量大,清灰风压及振打强度比正常高出 20% 左右,能够在 250g/Nm 3 的含尘浓度下正常使用的收尘器。电石渣、粉煤灰等轻质物料的颗粒较细,废气含尘浓度为 60~120g/Nm 3 , 95% 的颗粒粒径 < 20 μ m ,干燥后在风速及负压相对较大的状态下,易随风抽入收尘器,使其捕集的粉尘量可占到产品总量的 80% ~ 90% ,从而导致收尘器的负荷增大,最终影响收尘的效率。粉尘粒度对其收尘效率影响见图 3 。

  根据这类物料的特性,可优先选用能处理高浓度粉尘的气箱脉冲收尘器。但滤料要满足于粉尘细、水分大,透气性差等特点,对此建议选用进口附膜技术的生产的玻纤滤料,效果较好。
4.4 气体温度与系统防结露
  对烘干含水量高的物料,无论是使用抗结露袋式收尘器还是电收尘器,由于其只能适应废气湿含量在 15~25% 的范围,因此,当废气湿含量超过这一范围时,则有必要采用一些辅助措施来强化烘干和收尘效果。例如:在烘干前采用油水分离器先分离出部分水;在烘干的初始阶段即保持 900 ~ 1100 ℃的高温烟气进行强制快速脱水;或适当延长烘干机的高温区域等等,都不失为促进水分快速蒸发,提高烘干热效率的有效措施。提高烘干初始阶段的高温烟气和延长烘干机的高温区域,也是实现“先结壳、后脱衣”烘干设想的必要条件,这就对烘干机的供热方式提出了较高的要求。长期的生产实践证明,高温型节煤沸腾炉可在节煤 50% 的条件下,达到稳定的高温供热,对实现烘干机的高产、节能有其较大的实用价值。
  为确保收尘器及风机能在不结露状态下工作,废气温度应控制在 120 ~ 150 ℃,另外,收尘器的处理风量可较正常状态增加 25% ~ 30% ,过滤风速控制在 0.8 ~ 1.2 m / min 为宜。
5  
  烘干机的废气湿含量高,粉尘浓度大,易粘堵、易结露,因此,收尘一致是水泥厂烘干技术改造中的难点问题。但只要认真分析其原料特性和工况条件,选择适宜的收尘设备和合理控制操作参数,着重抓好“供热、清灰、保温和控风”四个关键环节,则完全能够实现系统的高效率烘干和收尘,做到增产、节能条件下的清洁生产。

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