双流体增湿喷雾系统在水泥窑高温废气冷却中的应用

双流体增湿喷雾系统在水泥窑高温废气冷却中的应用摘要:在水泥熟料生产过程中产生的大量高温废气必须经过增湿冷却处理才能获得较好的收尘效果,传统的增湿喷雾设备由于设备自身工艺参数的制约,通过的流体介质只能为清水(自来水或井水)。本文介绍了一种新型增湿喷雾智能化系统在高温水泥窑废气处理过程中的应用,该系统适用的流体介质可用全部的生活污水代替清水,既满足了生产要求,又节约了珍贵的水资源,同时有利于提高收尘质量,对于其他相关行业也具有一定的借鉴意义。

关键词:水泥窑增湿塔电收尘器大孔径双流体喷枪变频泵送智能控制

1 背景与现状

干法水泥窑在生产过程中会产生大量的高温含尘废气(350℃左右),由于烟气湿度小,携带的粉尘比电阻高,如果不对烟气进行调质处理,会严重影响对废气的除尘效果。目前对烟气比较有效的调质处理方法是对烟气进行喷水增湿,烟气的增湿一般是在称为增湿塔的装置内进行,增湿塔是一钢制筒式装置,烟气从上部通入,截面风速一般在2.0m/s左右,高压水从上部以雾状喷入塔内,烟气与水雾进行强烈的热交换,雾化后的细小水滴在增施塔内的停留时间约为11s～15s,使水滴蒸发成水蒸气,烟气中的粉尘吸附水蒸气,从而降低粉尘的比电阻,适应电收尘的操作要求,提高收尘效率,净化废气排放质量。

增湿塔是大型干法水泥窑在生产过程中的主要耗水点,耗水量一般为水泥窑产量的20%～22%,以我公司日产1000吨窑为例,日耗水量约为200吨～220吨,年耗水量约为6万吨,此部分消耗水为地下井水,如果将生活污水经过简易过滤处理作为增湿塔的消耗水源,即可节约珍贵的水资源,又可为企业取得可观的经济效益。传统的增湿塔喷水雾化系统采用高压水泵—喷枪组合模式,以天津市水泥实业公司日产1000吨干法水泥窑为例,该系统喷枪24支,出水孔径为∮0.8mm,配套两台高压水泵,单台高压水泵装机容量为45kW,两台互为备用。高压水泵—喷枪组合模式要求喷枪出水孔径尽可能降低,通过高压促使喷出的流体充分雾化,因污水中有大量不确定形状及尺寸的颗粒物存在,上述系统对污水的适应能力很差,只适用于清水介质;即使对污水进行精细过滤,喷枪也很难长期在增施塔内部高粉尘浓度的环境恶劣下工作,极易造成喷枪的出水孔堵塞,影响增湿和收尘效果。

2 双流体增湿喷雾系统的工作原理与特点

随着水泥工业的技术进步,对水泥工业高温废气增湿处理技术及装备的开发近年来取得了显著的成果,一种专利产品大孔径不锈钢双流体喷枪及变频泵送智能控制系统能很好的适应污水、河水、湖水及泥浆的物态特征,在大型干法水泥窑的增湿塔与篦冷机的废气冷却工

序得到广泛的推广应用,该系统的控制目标是根据烟气温度的变化自动调节喷枪的喷水量,保证增湿塔出口温度维持在设定的温度范围内。

工作原理:冷却水自水源水箱经过过滤器过滤后由变频水泵升压并调节到一定的压力和流量,经出口管路送到喷枪,在压缩空气的作用下雾化,产生非常细小的雾化颗粒,水雾在高温烟气中迅速蒸发,吸收烟气的大量热量,使烟气温度迅速降低并维持在一定的温度范围内。当出口测温组件检测烟气温度超过温度设定值时,在控制器的控制下,变频水泵自动调节转速,增大供水压力和流量,使喷水量增大,从而使烟气温度降低到控制范围内;当出口温度降低超过温度设计值时,在控制器的控制下,变频水泵自动调节转速,减小供水压力和流量,使喷水量减小,从而使烟气温度回升到指定范围内。工艺流程示意图如图1所示。

该系统的主要特点为双流体喷枪独特的专利结构设计,喷枪为不锈钢材质,水、气双腔结构,工作气压约为4.5公斤左右,靠压缩空气带动常压水在喷头出口实现水的完全雾化,每支喷枪的实际最佳喷水量为0.9～3.2t/h,喷枪出水孔为∮4.8mm,平均雾化颗粒为150μm,最大雾粒为250μm,可以在4s之内完全蒸发,流体阻力较小,单台变频水泵的装机容量仅为7.5kW,适用于江、河、湖水、污水等流体介质,为水泥行业进一步实现污水的综合利用提供了较好的技术保障与装备保障。

该自动喷雾系统主要包括供水系统、供气系统和电气控制系统3

大部分。

供水系统:包括过滤单元,在供水水箱与水泵之间,安装并联管路过滤器;水泵单元,该系统配置2台不锈钢进口立式离心泵,一用一备,采用变转速调装置,保证该系统安全正常的工作;流量检测单元,采用高性能的液体流量计精确检测水流量,检测信号送至电气控制柜监测流量。

供气系统:由空压机、气体压力调节阀、电磁控制阀、压力检测组件等组成。作用是按喷枪的工作条件要求向喷枪提供一定量和压力的压缩空气,用于冷却水的微细雾化。

电气控制系统:采用以PLC控制软件为逻辑处理中心,实现自动喷雾控制。

3 应用效果

该双流体增湿喷雾系统目前已成功的应用于日产5000吨级干发水泥窑的窑尾废气冷却和窑头篦冷机的废气处理工艺环节中,较传统装备可降低废气温度20℃～30℃,有利于下道工序收尘器收尘效率的提高,减少污染;同时因可适应江、河、湖及生活污水等水质,可大量节约净水资源,仅以天津市水泥实业公司日产1000吨干发水泥窑为例,年耗水量约为6万吨,可全部实现用生活污水替代地下井水,按目前的

地下水价格4.60元(含排污费)计算,每年可节约水费27.60万元,经济效益十分可观;该增湿喷雾系统同时还可应用于煤矿、码头、露天堆场等货物装卸及倒运过程中的降尘作业,效果显著,具有一定的推广价值。