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1、水泥炉窑除尘技术与设备分析摘要：水泥在中国大规模建设过程中发挥着重要作用，但水泥生产中排放的烟气对环境的污染非常严重，超标排放的现象依然普遍存在，而合理的除尘技术及设备设计是解决问题的关键。文章根据水泥的生产特点，通过分析目前常用的水泥炉窑除尘技术和设备的应用情况，对今后水泥炉窑除尘技术及设备的设计给予积极建议。关键词：水泥炉窑；除尘；烟气Technology and Equipment Analysis of Cement kilnAbstract: The production of cement kilns whose duet pollution was serious was sti
2、ll occupied importantly in Chinese wide building. The phenomenon of excessive discharge was common, and the design of unreasonable dust cleaning system was the key factors. Based on the traits of Cement Kiln, positive proposal for design of Technology and Equipment was tabled by analyzing applicatio
3、n of dust cleaning Technology and Equipment.Keywords: Cement Kiln; dust cleaning; flue gas近些年，随着改革开放，国民经济进入高速发展阶段，全国各地的大规模土木工程也如雨后春笋般出现，水泥制造业应运步入辉煌时期。据环境统计报告显示，1995年立窑水泥产量业已达到3.8亿t，占当时全国水泥产量的80%，虽然到2000年和2005年，立窑水泥占全国水泥总产量的比例下降到70%左右，但其实际产量却在不断增长，2000年达到4.5亿t，2005年达到6.4亿t1。而立窑水泥生产中的粉尘污染也日趋严重，我国水泥粉尘排
4、放量占工业粉尘总排放量的70%，其中立窑水泥占全国水泥业的70%以上。2004年政府迫于环保压力重新修订水泥工业大气污染物排放标准，规定水泥烟尘排放低限标准为50mg/m3，同时要求除尘设备必须与主机设备同步运行。而大部分立窑水泥厂的生产设备比较简陋，除尘效果不理想，烟尘难以达到排放标准，所以新标准的制定对这些立窑水泥厂的除尘技术及设备都是极大的挑战。立窑水泥生产线由于建设较早，当时对环保要求也不高，因此只有少数装有除尘器，且多采用沉降的方式除尘。随着更为严格的排放标准出台和人们环保意识的逐渐增强，尤其是靠近大中型城市的立窑厂， 设置电除尘器和袋式除尘器的逐渐增多。但是，立窑操作不稳定，湿度大
5、易结露，热工制度也不完善，工况参数变化大，这些都是影响电除尘器和袋式除尘器。立窑水泥生产过程中烟尘弥漫，是水泥厂的主要污染源头，不仅含有大量粉尘，还含有SO2和HF等有毒、腐蚀性的气体，给周边环境和居民健康造成严重影响，所以立窑水泥厂关键要做好粉尘的排放回收工作。笔者从立窑水泥的生产特点出发，通过比较分析以下常用除尘技术和设备，对水泥立窑除尘给予建议。1立窑水泥的生产特点2水泥立窑为半干法生产，采用干磨成球煅烧工艺，操作方式有明火、浅暗火、暗火及深暗火煅烧等，立窑的烟尘组成见表1。表1 立窑烟尘组成生产能力料球水分（%）烟气粉尘产量（t/d）热耗（kJ/kg）组成（%）温度（）露点（）烟气量（
6、g/m3）含尘量（g/m3）粒度（%）CO2COO210u80u130290400046001220152523410601803050251043710156075从表1可以看出，立窑生产具有以下特点：（1） 水泥立窑废气中粉尘的浓度一般为37g/m3而且颗粒较粗，烟气量大，机立窑烟气量为21045104m3/h；与一般废气相比较，立窑废气的温度高，一般为60180，有时高达450，湿度大到12%20%，且烟气参数随各立窑水泥厂配料和煅烧方式的不同而出现较大变化。（2） 烟气中除含12%20%的水分外，还含有大量的SO2、CO、O以及煤焦油烟雾等，造成烟气露点高，易出现结露现象，致使烟气极其
7、粘稠，导致除尘设备上的粉尘不容易清理。（3） 由于立窑采用氟、硫复合矿化剂配料煅烧，故废气中含有有害的腐蚀性气体SO2、HF等，腐蚀性较强，比电阻变化幅度较大；同时立窑操作条件波动较大，使烟气的湿度、温度、烟气成分、含尘量变化很大，因此难以选择除尘设备的型号，给烟气的回收处理增添了困难，使得水泥立窑烟尘回收治理成为难题。2主要的水泥炉窑除尘技术及设备立窑常用的除尘设备有：降尘室、高压静电除尘器、旋风喷雾式湿式除尘器、袋式除尘器等。2.1降尘室3降尘室主要是利用烟囱自然抽风和粉尘颗粒的重力沉降作用而使粉尘与气体分离的除尘设备。它具有结构简单，磨损较小，无能耗的优点，但一般只对直径50um以上的粉
8、尘颗粒有效，所以除尘效率较低，且占地面积大，故通常只做粗净化。降尘室的除尘效率主要与气流速度、粉尘颗粒直径及其在降尘室的滞留时间有关。为了降低气流速度、延长粉尘在降尘室的滞留时间，以提高除尘效率，一般降尘室的截面积和长度会很大，或者增加室内横向、竖向隔墙的数量。水泥立窑截面风速一般为0.30.5m/s，气体停留时间为2040s，除尘效率只有50%左右，烟囱出口处粉尘浓度为12g/Nm3，有的水泥厂采用暗火或深暗火煅烧工艺，粉尘排放浓度会低于1g/Nm3，但是仍高于国家标准150mg/Nm3。所以降尘室单独使用时无法达到预期的除尘效果，经过改良后可作为一级预除尘设备。2.2旋风喷雾式湿式除尘器4
9、旋风式除尘器是利用含尘气流旋转所产生的离心力分离气流中的粉尘，主要对1020um直径的粉尘起作用。较除尘室虽具有体积小、维护方便等优势，但总体除尘效率依然不高。湿式除尘主要是通过尘粒与液滴的碰撞、截留、扩散以及凝聚等机理使尘粒从烟气中分离。烟气与液滴接触后，尘粒表面形成水膜，增加了颗粒直径以及粘结性，从而分离粉尘的目的。虽然湿式除尘投资少、工艺简单、运行费用低廉，且对温度变化、易粘附、易结露等具有很好的适应性，但普遍存在喷嘴堵塞，烟气排放浓度仍未达标等问题，在寒冷地区还要防止冬季结冰。为提高湿式除尘器的利用率，水泥厂通常会结合湿式除尘机理，在旋风除尘器的基础上，增加喷雾结构，不但可以提高除尘效
10、率，还具备一定的脱硫功效5。含尘气体由低压大流量高温轴流风机从两个方向送入除尘塔，粉尘接触液滴后增重，在旋转的过程中逐渐移向塔壁，被循环水流冲入灰水分离器；未接触液滴的粉尘在上升的过程中受到雾化水的喷淋后，吸附水滴沉降，同样进入灰水分离器，经分离得到污泥和轻度污水，污泥移入双轴搅拌机继续使用，避免造成二次污染，轻度污水泵至塔顶作为循环水流冲洗塔壁的粉尘。与普通湿式除尘器相比，旋风喷雾式湿式除尘器采用水膜冲击塔壁粉尘，去掉了污水喷头，避免出现堵塞；低压大风量高温轴流风机的使用解决了立窑烟囱倒烟的困境；清水经高压雾化喷出后，增加了水滴与粉尘接触的概率，从而提高了除尘效率。但能耗高、阻力大及烟气带水
11、问题仍未解决。清水循环水除尘塔立窑立窑 水泵清水泵灰水分离器储水箱 轴流 轴流 风机风机 送入搅拌机图1 旋风喷雾式湿式除尘工艺图2.3高压静电除尘6高压静电除尘器是利用静电力将气体中的粉尘与气体分离。高压直流电在除尘器的正负极之间形成强大的静电场，电离后的气体作用于粉尘，使其带电并向相反电极移动、沉积，然后用集料斗收集电极上沉积的粉尘。高压静电除尘器根据收尘极的形式分为管式和板式。管式电除尘器是在圆管的中心安入电极，而圆管内壁成为收尘极的表面，并且常用多排管并列而成；板式电除尘器是在一系列平行通道间安装放电极。按照清灰方法又可分为湿式电除尘器和干式电除尘器。湿式电除尘器利用喷水、喷雾以及溢流
12、等方式，在收尘极上形成水膜，将粘附在极表面的粉尘颗粒冲走；干式电除尘器利用振动等方法，使沉积在收尘极表面上的粉尘脱落，收集在灰斗中。根据气流方向可分立式和卧式两种，除尘效率均达90%。立式电除尘器一般制成管状，气流由下而上，常在正压下操作；卧式电除尘器中气流水平流动，具有分离效率较高，维修方便等特点。其中卧式立式高压静电除尘器主要是利用除尘器和其顶部排气筒形成的烟囱效应，达到自然抽风的效果，无需引风机，具有投资少，运行费用低，日常维护简单等优点，其工艺图如图2所示。虽然高压静电除尘器处理气体的范围大、效率高的优点非常突出，但也有不足之处：设备体积大，结构比较复杂，设备调运、安装以及维护治理水平
13、较高；其次对粉尘有一定的选择性，无法捕获比电阻较小的粉尘；而且在某些企业的实用效果达不到设计要求。自动喷水器排气管立式高压静电除尘器立窑烟气进气管立窑成球盘干灰尘图2 立式高压静电除尘工艺图2.4袋式除尘7袋式除尘器是利用粉尘通过滤布时因筛分、惯性、粘附、扩散及静电等作用来手机废气中的粉尘来达到净化的目的。袋式除尘器具有以下优点：除尘效率高，高达99%以上；适应强，可以捕获不同性质的粉尘；使用灵活，处理风量由数百到数十万立方米不等；结构简单，主要由箱体、滤袋、清灰装置、灰斗和除尘装置组成，维护简单；工作稳定，便于回收干料，无需处理污泥、腐蚀等问题。常用的袋式除尘主要分为脉冲喷吹式袋除尘器和反吹
14、风式除尘器。脉冲喷吹式袋除尘器的机理：含尘烟气由进风口经除尘器本体下部进入灰斗，大颗粒烟尘由于惯性碰撞,自然沉降入灰斗，其他尘粒随气流上升进入各个袋室，经滤袋过滤后，粉尘被阻留在滤袋外面，净化后的气体由滤袋内部进入箱体，再通过袋口和上箱体出风口排入大气。滤袋外面所附积的粉尘随时间不断增加，从而导致除尘器本身的阻力也逐渐升高，当阻力达到设定值，清灰控制器发出信号，压缩空气经脉冲阀、 喷吹管上的喷嘴以极短的时间向滤袋喷射，使滤袋高速膨胀、高频振动，外加逆气流的作用，使滤袋外侧所附尘饼变形脱落。反吹风式除尘器的机理：含尘烟气由进风口经除尘器本体上部进入进气室，大颗粒的烟尘因惯性落入灰斗，其余烟尘进入
15、滤袋，经内表面过滤净化后的气体进入袋室经出气管道进入大气。除尘器运行一段时间后，滤袋内表面捕集的粉尘层增厚，除尘器的运行阻力上升，当增加一定值后，微机关闭排风阀，打开反吹风阀，使原来膨胀的滤袋在反吹风的作用下压瘪变形，达到清掉滤袋内表面附着粉尘的目的。其工艺流程如图3。上述两种除尘器虽然都是布袋除尘器，都采用压缩空气进行清灰，但两者原理有明显的不同，脉冲喷吹式除尘器的烟气由除尘器本体下部进入(下进风)，粉尘是被阻留在滤袋外面，滤袋由瘪至膨胀进行清灰，反吹风式袋除尘器的烟气由除尘器本体上部进入(上进风)，粉尘被阻留在滤袋内表面，滤袋由膨胀至瘪进行清灰。烟气达标排放含尘气体反吹风式除尘引风机变频风机排灰
