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1、会刊冶金工业循环经济发展论坛暨庆祝冶金环保网建网、创刊3 0 周年大会石灰窑尾高温烟气湿法净化设计要点王海涛陈盈盈( 中冶集团建筑研究总院)( 上海宝钢工程技术有限公司)摘要介绍了石灰窑窑尾高温烟气湿法净化的设计要点和主要设备计算方法，论文对设计 和管理有重要参考价值宝钢5 。回转窑湿法净化是作为窑点火、停窑和预热机以后的除尘设备发生故障时窑的排烟而设置的除尘系统。窑内9 5 0 1 C 的高温烟气由预热器的辅助烟囱引出，进入湿式除尘器的冷却器，在冷却器里经水冷却后降为3 0 0 的烟气再进入文氏管洗涤器，而后再经分离器将气水分离，从分离器出口的气体温度是7 8 “ C ，经湿式除尘器净化后的
2、气体排入大气。泥浆则利用泥浆泵打入浓缩池，沉淀后的水循环使用。1 系统组成1 1 系统特点除尘净化系统采用的湿式除尘器由冷却器、文氏管洗涤器和分离器组成。其特点是：这套湿式除尘器系统，间歇操作，但保持随时可以开动。在文氏管洗涤器的喉部设有可调节的翻板阀，可以通过调整挡板的角度而使除尘器的压力损失接近所规定的值。该除尘器使用特殊结构的喷嘴，不积滞灰尘，并且可以使用循环水，净化烟气。污水进入石灰窑公用水处理系统，不单设污水处理装置。1 2 湿式除尘的主要技术参数处理风量：8 85 1 5m 3 h ( 标况) ；入口烟气温度：3 0 0 ：烟气中粉尘成分：C a O 、C a C O 。烟气中粉尘
3、密度：0 7t m 3入I S 烟气含尘浓度：5 - 2 0g m 3 ( 标况) ；除尘器工作压力：一1 25 0 0P a ；除尘器阻力损失：51 0 0P a ；除尘器出口烟气温度：8 0 ；出口烟气含尘浓度： 9 9 ，直流复挡分离器分离水滴效率 9 7 ，因此完全可以满足环保排放标准的要求。2 1 冷却器设计冷却器的主要作用是将冷水直接雾化喷向高温烟气以降低烟气温度，在冷却降冶金工业循环经济发展论坛暨庆祝冶金环保网建网、刨刊3 0 周年大会会刊温的过程中同时有凝聚较耜尘粒的作用。因此设计要点是冷却计算。设计中入口烟气量按8 85 1 5m h ( 标况) 、温度3 0 0 来计算。(
4、 】) 以冷却水为介质的蒸发冷却塔。烟气自冷去D 器的顶部或下部进入、由底部或顶部排出，喷雾装置设计为顺喷，即冷却水雾流向与气流相同。冷却器内断面气流速度宜取4 0m s 以下。以便烟气在塔内有足够停留的时间，使其水雾容易达到充分蒸发的目的。蒸发冷却器的有效高度决定于喷嘴喷入的水滴蒸发的时间，而蒸发时恻取决于水滴粒径的大小和烟气热容量。因此，为降低蒸发冷却器的高度，必须尽可能减少水滴粒径，使英雾粒在与高温烟气接触的很短时间内，吸收烟气显热后全部汽化，并被烟气再加热而形成为一种不饱和气体。( 2 ) 烟气放出热量珐的计算高温气体从，g l 下降到殛所放出的热量Q g 按下式计算Q g 去C p
5、出= 去( C r t g ，- C p t 9 2 ) 。式中绕烟气放出热量，g J h ；标准状态下气体的体积流量，m y h ：e 从0 t 气体的平均定压摩尔热容，k J ( k m o l ) ：，高温烟气入口温度，；酝高温烟气出口温度，( 3 ) 有效容积矿计算在喷嘴喷出的水滴全部蒸发的情况下，蒸发冷却器的有效容积V 可按下式计算：g = j Vr A t ，( 2 )式中级高温烟气放出热量，k J h ： s 一蒸发冷却器的热容系数，k J ( m ：。h ) 。当雾化性能良好时，可取6 7 2 8 3 8k J ( m h )之间；p 一蒸发冷却器的有效容积，m 3 ；o 一水
6、滴和高温烟气的对数平均温度差，。 ”譬，2式中广入口处烟气与水滴的温差：分出V 1 处烟气与水滴的温差。( 4 ) 喷水量计算蒸发冷却器的喷水量W ( k g h ) ，可按下式计算： 一一上L 一一一( 4 )r + c 。( 1 0 0 一，。) + c ，( ，r 2 1 0 0 )式中，在1 0 0 。C 时水的汽化潜热为2 2 5 7 k J k g ；G 水的质量比热容为4 1 8k J ( k g ) ：G 在1 0 0 。C 时水蒸气的比热容为2 1 4k J ( k g ) ：- 喷雾水温度，；蠢f 一高温烟气出口温度，。 根据计算，得冷却器外形尺寸为40 2 0m m X
7、91 0 0I n m 。冷却水用石灰厂已会刊冶金工业循环经济发展论坛暨庆祝冶金环保网建网、创刊3 0 周年人会有浊循环水，耗水量为2 0t h 。2 2 文氏管设计由于烟气量较大设计中选用调径文氏管，其主要特点是气体流量可以调节，从而保证了有较高的除尘效率。文丘罩洗涤器的形式很多，此次设计中采用手动可调矩形文氏管。依据工程具体情况对调径文氏管做了改进即把手动齿轮调节改为双向丝杠调节，从而使文氏管喉口在长时间使用后依旧可调，而且可将喉口截面积进行细微准确的调节，以平衡系统阻力。根据计算喉口尺寸确定为14 0 0m5 0 0m m 。文氏里洗涤器用水量为1 5 0t h ，水压0 4M P a
8、。( 】) 文氏管压力损失估算文氏管的压力损失是一个比较复杂的问题，下面是应用较多的计算公式。廿：塑2 里0 1 3 3L 07 9 I 1 6 式中卜文氏管的压力损失，P a ；D ，喉管处的气体流速，m s ：S 喉管的截面积，2 ：p 广一气体的密度，k g m 3 ；喉管长度，m 。( 2 ) 文氏管除尘效率对5 “m 以下的粒尘，其除尘效率可按下面经验公式估算。刁= 一9 2 6 6 & P 14 3 ，1 0 0 ( 6 )式中，7 除尘效率，： 卜文氏管压力损失，P a 。2 3 分离器设计设计中分离器采用复挡分离器的结构形式。如附图所示。附图复挡分离器复挡分离器的除液滴机理与旋
9、风除尘器相同，其构造是有多层同心园挡板工作原理是含有液滴的气体切向进入分离器后，分为几部分在挡板恻的通道内旋转。在离心力的作用下，液滴甩向挡板并形成液膜顺着侧壁流下，液膜同时将液滴捕集下来。增加了挡板即增大的接触面积同时控制气流在分离器内只旋转四分之三圈就排出系统，而液滴及液雾被捕集效率人犬提高，故比单一旋风分离器压降小、效果好。 具体其外形尺寸4 0 2 0 姗X 88 5 5m i l l ，内设三层挡板，进出口尺寸为进口1 6 2 0F i l m9 2 0m m ，出口为l8 2 0m m ，进排气流速分别为2 5 m s 和2 0 m s 。根据液滴在旋转流场内的运动方程，且假设只考
10、虑气体阻力，阻力系数C 。= 2 4 R e ，就可得到液滴向外移动的径向速度为： 。：丛22 ：壁旷面苕。i设气流切向速度u 。，服从强制涡规律，即有：D = 2 x t o R ，代入上式整理后而得： i d R ：华西R，【M ， 陬回n冶金工业循环经济发展论坛暨庆祝冶金环保网建网、创刊3 0 周年大会会刊设考虑某一挡隔板通道，该通道的外壁半径为R o ，内壁半径为R ，以为液滴的初始位置。对上式从B 积分到R o ，且 取f ：! 堡型和：旦，则可得：p - “2 柚。妒兄。十，s ( 割剀所以粒级效率可以写成：琅= 而P - R , ：( 击卜卜a ，訾胪式中u 。气体在通道内的切向
11、速度，d 液滴直径，m ；P 液滴密度，k g m ： ；。气体的动力粘度，P a s ；卜一气体在该通道内的旋转圈数，取决于挡板长度。根据试验，复挡捕沫器压降不超过一个气体进口速度头，表示为 P = 攀佻)2 4 污水处理窑尾高温烟气净化的污水不单独处理，而是进入石灰焙烧污水处理系统。石久焙烧污水主要来源是原料洗涤，原石通过洗石机、振动筛和螺旋分级机等设备的洗涤分级过程，把其中夹杂的泥沙洗到废水中。用水量按l ：】比例，即lt 原石用1t 水。设计规模为1 8 0t h ，水沈后污水含泥沙浓度3 5 。污水处理系统采用投药、混凝、浓缩、沉淀、脱水的处理方法。污水进入污水中间槽，由泥浆泵送入浓
12、缩池，浓缩池的上清水流入贮水池用泵加压后供洗石机循环使用，浓缩的泥浆经泥浆泵送入高位泥浆分配槽后，自流进入转鼓真空过滤机进行脱水，产生的泥饼通过皮带输送机运至泥饼堆场以备外运。为了提高浓缩池的沉降性能，在浓缩池内投加高分子絮聚剂( P A M ) ，其投药浓度约为l ，投药量l - - 5m g L 。污水处理主要设备如下：浓缩池：大小为2 0m 3 0m ( 直径周边水深) ；转鼓真空过滤机：大小为3 0f f l 4 8 8m ( 直径表面长度) ，过滤面积4 8 一：真空泵：真空度7 3 3 3k P a ，抽气量为0 8m m 。m i n 。3 结语设置石灰窑高温烟气的湿法净化系统的目的，在于防止回转窑点火，停窑和事故处理时高温烟气进入袋式除尘器烧毁、糊堵滤袋。2 0 0 6 年2 月回转窑投产运行结果表明湿法除尘的烟气净化系统和水循环系统一次试车成功运行正常，达到了预期目的。除尘系统排放气体含尘浓度 5 0m g m 3 ，满足国家和宝钢的环保要求。石灰窑尾高温烟气湿法净化设计要点石灰窑尾高温烟气湿法净化设计要点作者：王海涛， 陈盈盈 作者单位：王海涛(中冶集团建筑研究总院)， 陈盈盈(上海宝钢工程技术有限公司)本文链接：http:/
