水泥窑尾及生料磨系统应用行喷脉冲袋除尘器的研究与实践

图 1 哈尔滨水泥厂 6 号窑窑尾废气处理工艺流程 为了避免增湿塔喷水事故造成高温烧袋,在袋除 尘器入口设置电动冷风阀。 一旦出现入口气体超温, 自动打开阀门掺冷风降温。
1.2 行喷脉冲袋除尘器的开发介绍 气箱脉冲袋除尘器在过滤风速、本体阻力等许多
===============================================
能耗、电耗。
避免,也要采用垂直交叉。
2)在窑尾工艺设计中,管道的结构应当优先考虑
3)在窑尾工艺设计中,管道与物料输送往往是互
自承重结构,减少支承,在布置中尽量缩短倾斜管道 相矛盾的,气顺则料不顺,料顺则气不顺,广义上讲,
的长度,因为倾斜管道越长,其结构也越不安全,视觉 窑尾管道也是工艺设备,设计人员要统一考虑。
的实施对水泥工业生产过程中的粉尘排放提出了更
3)喷水降温:气体的冷却效果好,除尘器处理的
严格的要求,已接近欧美发达国家水平。 主排尘点如 气体量增加较少。 但由于增加了气体中的水分含量,
窑头、窑尾、水泥磨及煤磨等,采用电除尘器处理废气 使气体露点温度升高,对滤袋的材质要求提高,既要
已经很难承担如此严格的排放标准要求。由于袋除尘 耐高温,又要耐水解。所以,必须准确计算出合适的露
结构指标对比见图 2。
图 ’ 3 种除尘器结构指标对比
由图 # 可以看出,行喷脉冲袋除尘器与反吹风袋 除尘器相比,质量降低 51.3$;比钢耗降低 %?@=22;比
面 积 降 低 42.7$,即 过 滤 风 速 提 高 42.7A;体 积 减 小
17.2$;占地面积减小 55.8$。
2.2 综合电耗指标
1 水泥窑尾及生料磨系统应用行喷脉冲袋除
尘器的研究
1.1 水泥窑尾 3 种降温措施优劣比较
1)掺 自 然 风 降 温 : 这 是 最 简 单 经 济 的 降 温 工 艺 , 但会增加需处理的风量 20%～40%, 使袋除尘器和排 风机规格加大,增加除尘器的投资和运行成本。
2)强 制 风 冷 交 换 器 :冷 却 效 率 较 高 ,冷 却 效 果 稳 定,不增加处理的气体量,但冷却风机需配置较大功 率的电动机,电耗高。 另外随着时间的延长风管内部 积垢会导致传热效率下降,因此,需要增大换热面积,
定阻清灰则是综合压差清灰程序控制, 配以 GO/0N 公司的压差检测器,带取样管自动清堵系统, 保证连续检测绝对精确,不会发出错误信号。 比传统
的压差清灰系统更经济实用。 采用压差清灰,可进一 步稳定设备运行,延长滤袋寿命。
’ 3 种窑尾除尘器的技术经济指标比较
以 2 500<=> 生产线窑尾除尘器为例,将哈尔滨水 泥厂的行喷脉冲袋除尘器、琉璃河水泥厂的反吹风袋 除尘器和鹿泉九里山水泥厂的电除尘器三者技术经 济指标进行对比。 2.1 结构指标
但是,最重要的是结构设计要能保证嵌风速和间 隙风速在袋室断面是均匀的,这 2 个限制风速值才有 意义。通过试验室测定,窑尾废气粉尘的颗粒组成中, 尘粒的粒径 3.2!m 以下的占 72.3%。
当颗粒的体积浓度小于 0.2%时, 理论计算值的 偏差才接近实际。 当颗粒浓度较高时,会发生干扰沉 降,实际上这正是我们需要的。 而且清灰时是整个尘 饼的清除。嵌风速和间隙风速只要不破坏脱落的尘饼 就是合理的,低于颗粒干扰沉降速度则是最佳的。 通 过清灰沉降试验,并结合考虑结构的经济性后,我们 确定合理的嵌风速一般低于 &.3m/s。 &.2.3 分室方案的确定
PTFE 纤 维 强 度 超 出 所 有 其 他 纤 维 50% 以 上 。 PTFE 不 受 所 有 化 学 品 的 影 响 , 连 续 耐 温 范 围 在 -240～260$,具有极低的摩擦系数,是目前认 为最好 的纤维。
P84 纤维有不规则的叶片状截面,因此比一般圆 形截面增加了 80%的表面积。 耐高温性很好。 可在 260$以下连续使用,瞬时温度可达 280$。 有一定的 耐水解性能。制造针刺毡滤料用于高温脉冲除尘器是 最好的选择。
与反吹风袋除尘器和电除尘器计算功率电耗作
一简单比较(不计排灰锁风装置电耗)。除尘器综合电
耗比较见表 1。
计算基础不同可能有偏差,但肯定地说,袋除尘
器的综合电耗并不比电除尘器高。
综上比较可见,;B8 型脉冲袋除尘器,无论与电
除尘器还是反吹风袋除尘器比较,在一次投资、运行
费用、除尘效果和回收成本方面都有一定优势,是水
依据实验数据,就清灰效果来看,逐行喷吹清灰 完全可以采用单室在线清灰。 但是,窑尾袋除尘器应 作为生产工艺主设备来考虑, 必须有在线检修的功 能,同时考虑特殊情况下要离线清灰。 这时设备阻力 的波动要尽量小,使烧成系统和粉磨系统的工况波动 尽量小,因此应该采用足够多的并联除尘室。
当然,从经济上分析,也不允许分室过多。哈尔滨 水泥厂 6 号窑尾袋除尘器设计 24 个室,各种清灰模 式切换非常方便。实践证明在线清灰和离线检修时阻 力变化很小,对系统的影响几乎为零。 &.2.4 重点结构给予特别的考虑
高温袋除尘器不同于一般的常温袋除尘器,除采 用耐高温滤袋外,其他结构也必须考虑耐高温结构开 发,特别是关键件的保护尤为重要,像气缸和脉冲阀, 需要隔热保护。
脉冲阀在工作中大部分时间阀片直接接触到高 温气体,将会加快膜片老化,缩短寿命。 对此,我们在 喷管中采用自助气流冷却装置解决了这一问题。应用 实践证明,它保证了脉冲阀正常稳定地发挥其功效。 1.4 强化设备的密封和保温结构
+38+
2005.No.11
水泥窑尾及生料磨系统 应用行喷脉冲袋除尘器的研究与实践
王作杰 (天津水泥工业设计研究院,天津 300400)
中图分类号:TQ172.688.3 文献标识码:B 文章编号:1002-9877(2005)11-0038-04
GB 4915－2004《水泥工业大气污染物排放标准》 这将使钢材消耗量较大。
玻璃纤维是一种无机纤维, 其主要成分是 SiO2。 它最突出的优点就是耐高温,尺寸稳定性好,拉伸断 裂强度高。玻璃纤维在耐化学侵蚀方面,除了氢氟酸、 高温强碱外,对其他介质都很稳定。
作为过滤材料,无碱玻璃纤维可于 280$的工况 条件下长期使用,瞬间高温可达 350$。
玻璃纤维在 280$下其收缩率为 0, 要比其他合 成纤维滤料的尺寸稳定性优越得多。使用玻璃纤维滤 料时不必担心透气性和过滤面积的变化,以及收缩而 加大布面张力和滤袋伸长而使滤袋折皱,加快滤袋破 损等影响。
袋除尘器的结构开发, 必须合理确定 ’ 个风速, 即阀口风速、过滤风速、嵌风速和间隙风速。
除尘器阻力是本体阻力和过滤阻力的总和。过滤 风速直接影响过滤阻力,滤料材质不同、滤料织法及 处理方法不同,其规定压力下的透气量不同,其初始 阻力一定不同。滤料的初始阻力决定于滤料本身的透 气量,而工业生产中过滤阻力的高低更重要的是受滤 袋上粉尘附着率的影响。运行中的阻力则比初始阻力 大许多倍。 因此,过滤阻力又是滤料阻力和滤料附着 尘饼阻力的总和。
滤风速,因此 ,造成设 备体积庞 大,对于大型 ( >4 000
哈尔滨水泥厂 6 号窑窑尾废气处理工艺,采用增
t/d)生产线尤其如此。 因此,我国许多科研设计院所 湿塔降温方案,其工艺流程见图 1。
及环保厂家纷纷引进或研发新型高效袋除尘器。我院
于 2001 年初开始研制行喷脉冲袋除尘器。2003 年 11
因为系统废气用于生料磨系统原料烘干,并且采 用增湿塔降温, 这样大大提高了废气的露点温度。 我 们按照辊式磨的工艺系统计算,因漏风量很小,又不 考虑掺冷风,完全靠喷水气化降温时,气体中水含量 很高,水露点温度达到 58!。
出磨气体温度一般在 80"90!。 如果没有良好的 保温和密封,必然造成除尘器内结露。 如果环境温度 太低,对设备保温和密封要求应进一步提高。 例如哈 尔滨冬季最低气温达到零下 40!, 冬季一般平均气 温也在零下 25!左右。 我们在考虑设备保温时除采 用 加 厚 壳 体 保 温 层 (11022)外 ,设 备 顶 部 专 设 保 温 房,同时满足了多种防寒要求,即,一是保证气缸和清 灰脉冲阀连续正常工作;二是给工人创造了温暖的顶 部检修空间;三是加强了设备整体保温效果。 1.& 多元清灰程序控制
长袋脉冲清灰袋除尘器在水泥工业常温废气处 理系统已取得成功,但是在窑头、窑尾等高温条件下 一直得不到认同,特别是在国内根本没有应用,其原 因之一是滤料问题。 近年来滤料的发展相当快,但用 于脉冲清灰、经济实用的高温滤料迟迟没有应用。
我们对国内外近年所有应用于工业除尘的滤料 进行了研究, 从用于水泥窑尾废气处理系统允许工 作温度分析,再考虑其抗氧化、耐水解、耐酸碱性能和 强度等综合指标, 我们确定了如下 3 种材料进行对 比:PTFE、P84 和 GLASS(玻璃纤维)。
应用试验类比统计和范宁公式计算来确定过滤 风速和阀口尺寸。
嵌风速(滤袋下端袋室断面风速)和间隙风速(袋 室断面风速,外滤式袋除尘器滤袋外间隙风速),是脉 冲喷吹清灰袋除尘器结构设计重点考虑的参数。它们 有两重意义,其一是要满足在线清灰时一定粒径集合 的粉尘必须可以沉降到灰斗;其二是要考虑含尘气流 不可以对滤袋造成磨损。 气体入袋室的方式不同,清 灰方式不同,对这 2 个风速的限制是不同的。
泥窑尾除尘的最佳选择。
表 1 3 种除尘器综合电耗比较
?C
作为生产工艺设备的窑尾袋除尘器,可靠性是第 一的。 在线清灰是此类除尘器的最大特点,但是离线 清灰程序是必不可少的。因为,第一,嵌风速和间隙风 速再低,在线清灰时的二次飞扬也是存在的,致使清 灰不彻底。 第二,由于程序调整不当或其他原因引起 滤袋积灰过厚,这时整机阻力上升,需调用离线清灰 程序。因此,我们的设备控制器均写入了在线、离线和 定时、 定阻多元清灰程序。 该系统采用 345 进行控 制 , 硬 件 部 分 选 用 67080N6 公 司 的 67 9300 系 列 53: 和 ;3270 触摸屏。 控制系统由程序控制单元、过 程控制单元组成,具有程序控制、过程控制和清灰过 程监视等功能。
上也不满足审美的需要;尽量避免管道交叉,如无法
(编辑 王艳丽)
2005.No.11
王作杰!水泥窑尾及生料磨系统应用行喷脉冲袋除尘器的研究与实践
*39*
方面有绝对的优势; 反吹清灰窑尾袋除尘器在袋长、 抗高温结构等方面有优势。我们吸取这 2 个除尘器优 点,在开发过程中进行了几方面的工作。 1.2.1 过滤材料的研究和选择
月首台 TDM-96/Biblioteka Baidu4 窑尾脉冲袋除尘器成功应用于哈
尔滨水泥厂 6 号窑 2 500t/d 生产线。 该生产线于 2004
年 1 月 5 日达标。 6 月底通过黑龙江省有关部门组织
的生产验收。 目前生产线连续正常运转,窑尾废气排
放含尘低 于 11.8mg/m3(标态 ),袋 除尘器运行 阻力低
于 1 300Pa。
花板和装设喷吹管的过墙孔板设计为整板,按每 排袋孔与本排喷管过墙孔直线开孔后折板成型,实现 准确对位。
滤袋龙骨架设计为单段高密结构,最大限度地减
)40*
2005.No.11
小滤袋在工作中的弯折曲率,从而延长滤袋的寿命。 1.3 喷吹清灰装置的开发
喷吹清灰装置的开发借鉴了澳大利亚GO/0N 公 司喷吹试验数据,自行开发了加装了专门的定位端座 和集束引流喷嘴的喷管结构。
器所具备的低排放和无事故排放的性能,使得水泥厂 点温度和入袋除尘器温度,并严格控制。 由于增湿塔
全部采用袋除尘器成为必然趋势。
有足够的水雾蒸发空间和很好的气流均布装置,可以
早期,我国窑尾应用分室风机反吹清灰袋除尘器 依据出气温度对喷水量反馈准确自动控制。 因而,比
取得了成功。 但是,由于结构和清灰方式限制了其过 掺冷风降温更经济,比热交换器降温更实用。
玻璃纤维耐折性较差,但可以从控制纤维的直径 和表面化学处理以及合理的滤袋支撑结构 3 个方面 来提高其耐折性能,目前已经取得了很好的效果。
玻璃纤维或玻璃纤维覆膜滤料,非常适合水泥工 业的窑尾。特别是采用增湿塔降温的窑尾废气处理系 统。 而且,从经济上分析,玻璃纤维滤料成本最低。
因此,我们首选玻璃纤维织物%PTFE 覆膜滤料。 &.2.2 确定袋除尘器的本体结构