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1 窑尾工艺系统的选择
目前,大型水泥熟料生产线窑尾大部分采用(窑尾+立磨的配置系统, 该系统的除尘系统有两种工艺流程,见图1) 带"旋风除尘器+电除尘器"的立磨除尘系统, 这是典型的窑尾+立磨粉磨工艺的除尘配置,见图1 中包含虚线的系统.从窑尾预热器出来的烟气先通过增湿塔和高温风机,然后分两路,一路直接进电除尘器,另一路通过立式磨,旋风除尘器和循环风再到电除尘器, 两路烟气通过一个汇风箱汇合后进入电除尘器。
不带旋风除尘器的立磨除尘系统(见图1中无虚线框部分)此种工艺系统与第一种工艺系统的主要区别为取消了旋风除尘器和循环风机, 其功能全部由电除尘器和主排风机承担,这一系统因流程更简单,占地面积少.能耗低和风机磨损少而得到推广应用, 海螺集团1999年以后建成的2500T/D ,5000D/T生产线均采用这种系统,运行效果很好.因此10000T/D’ 生产线也采用了这种工艺系统,这一系统由于立磨的通风阻力大和排尘浓度高, 因此要求电除尘器能承受高负压(13000Pa) 和高粉尘浓度(标况下1000g/m^3。
2 增湿塔的工作原理及用途
增湿塔,也称(喷雾增湿塔)或(蒸发冷却塔);是对烟气进行增湿处理的设备,在水泥工业,增湿塔的作用是配合各种除尘器, 使烟气的性质更适合除尘器的要求,是一种烟气的预处理设备,对水泥窑尾除尘系统来说,增湿塔有两种作用:一是降温调质,二是可起到预收尘的作用,当增湿塔内通入高温烟气后, 由水泵产生高压水通过安装在塔体上的喷水装置向塔内喷入一定量的雾化水，这些雾化水与塔内的高温烟气进行热交换而蒸发成水蒸气"由于蒸发的吸热作用使烟气温度降低而湿度增加， 同时大量的水蒸气吸附在粉尘表面，使粉尘表面电阻降低，从而降低了粉尘的比电阻。增湿塔的这种降低烟气温度，增加烟气湿度和降低粉尘比电阻的作用称为调质。另外，烟气由增湿塔的上部向下运动， 然后由下部灰斗上的出气口排出，烟尘中较大的颗粒在惯性力的作用下，沉降于下部灰斗，起到预除尘的作用"。
新型干法水泥生产线的窑尾预热器出口烟气温度在350C左右，粉尘比电阻均超过1012W.CM如直接使用电除尘器进行除尘。不但在钢结构上要考虑高温的力学性能，更重要的是除尘效率非常低，要达到排放要求，电除尘器会设计得非常大，运行也极不稳定, 利用增湿塔的调质作用对烟气进行预处理后再使用电除尘器进行除尘。不但结构上可采用普通碳素钢,而且有很高的除尘效率,运行状态稳定,电除尘器的规格也大为缩小,为节约能源! 常利用窑尾高温烟气对原料进行烘干。这对烟气的温度和湿度有一定的要求,使用增湿塔后,这些问题都能得到解决,当不进行原料烘干时,增湿塔直接将烟气调整到除尘器的适用条件(当进行原料烘干时,因为增湿塔的出口温度不受烘干物料的限制,当出磨烟气温度高而湿度较低时,还可以进一步降低增湿塔出口温度来进行调节, 使混和后的烟气适应除尘器的需要.因此,当工艺条件不在除尘器适用条件下,利用增湿塔的调质作用可使其变成O适用条件, 从而增加了除尘系统的适应性,在这种情况下,增湿塔是窑尾除尘系统中不可缺少的重要组成部分, 它的工作好坏直接影响到电除尘器的除尘效率和工作稳定性,反过来也会对生产工艺产生影响,所以正确的选型和运行增湿塔是保证生产和除尘的重要条件。
3 增湿塔的选型设计
3.1原始参数与设计选型
处理烟气量:820000m^3/h,(单台10000T/D 生产线共用2台); 进口气体温度:230~350C,O高450C;出口气体温度 :230C(联合操作),90-120C(直接操作); 塔内烟气流速:3.22m/s; 含尘浓度(标况下):正常65g/m^3;O80g/m^3;喷水量:O38.4t/h.根据以上参数我公司选用了2台9.5X39m增湿塔,气体经过增湿塔的速度为12.11m/s这一速度可以保证喷枪喷出的雾水与气体充分进行热交换,达到除尘器的O佳除尘状态。
3.2结构设计
增湿塔一般由五部分构成,(见图2)分别是:塔体,喷水装置,水泵站,控制装置,保温层.其中塔体,喷水装置.保温层这三部分由我公司设计并供货。
3.3塔体
增湿塔的塔体(图3)大部分是一个圆筒形的构造物,塔体分成三部分.即进气口及分布板,筒体,下部灰斗。
3.3.1进气口及分布板
进气口及分布板见图4进气口位于塔体的O顶部由圆形的进气管与上部锥体组成,为了增加气体的均布性,我们设计时在进气管内层沿气流方向设置三层导流板,,在锥体内还设置两层分布板,以便烟气能沿增湿塔断面均匀分布, 分布板采用多孔板式,多孔板气体均布性好,制作安装方便。
3.3.2 筒体
增湿塔的筒体是一个圆筒型的构造物,喷枪喷入的雾化水和高温烟气在这里进行热交换,为使这种热交换达到预定的要求,筒体应满足一定的规格尺寸要求,即用内径和有效高度来表示, 其中有效高度是指喷嘴的安装位置到灰斗上沿的距离。
3.3.3下部灰斗及出气口
下部灰斗包括灰斗#输灰装置和锁风装置， 有些增湿塔的出气口设计在筒体上"有些增湿塔的出气口与灰斗组合在一起。本次设计采用出气口与灰斗组合在一起的结构，这一种灰斗结构复杂"加工困难"但能增加筒体的有效高度" 减少增湿塔的重量和成本" 对提高增湿塔的除尘效率也有好处， 输灰装置采用可逆式螺旋输送机" 有两个出料口" 正常工作时"螺旋输送机正向运转"粉尘由正常出料口排出。发生湿底等不正常现象时"螺旋输送机反向运转"粉尘由另一端的事故出料口排出"以清除废料和�；は掠紊璞�，锁风装置一般采用双翻板阀"防止湿底时积灰。
3.4 喷水装置
喷水装置是增湿塔的核心" 能将水泵站提供的具有一定压力和流量的水进行雾化并按一定的布置和扩散角喷入筒体内" 本条生产线增湿塔的喷枪均匀布置在塔体的四周。增湿塔的喷水装置主要有喷枪管路过滤器"以及各类阀门和指示仪表等组成。按其结构有回流式和压力式两种"本条生产线选用回流式喷枪结构示意见图5�；亓魇脚缜褂苫亓髋缱炀哂心谕夤艿那固搴头偶敖汗艿茸槌�。从水泵站来的压力水从枪体的外管进入喷嘴的旋流体形成高速旋转的流体"通过喷嘴孔的挤压撞击等机械作用和孔内外的压差作用使水雾化"一部分水通过回流到水泵站。喷水量的大小通过回流水的多少来调节" 回流水越多则喷水量越少"回流水越小喷水量越大。由于回流式喷枪的喷水量通过回流水来调节的" 故其水压力是稳定的"不会因喷水量的调节而影响雾化效果。
3.5 保温层
保温层在整个塔体的外部" 保温层的设计与安装质量对除尘器的使用好坏有直接影响。保温层由保温材料骨架和外装饰板等组成"使增湿塔的工作状态不受环境的影响。由于保温材料的作用"塔体被保持在一个较高的温度下" 避免从喷嘴喷出的水雾接触到塔体时凝聚成水流"有利于雾化水的蒸发"所以增湿塔的保温非常重要。在海螺10000T/D生产线上增湿塔保温层厚度为100mm。
4 电除尘器的工作原理及影响因素
电除尘器是利用高压静电来进行气,尘分离的,电场内设计有线状的放电极(阴极)和板状的收尘极(阳极)当在电极间加上直流高压后$由于放电极和收尘极的形式不同使电极间产生一个不均匀电场 当施加的直流电压达到一定数值时$ 放电极周围局部区域的电场强度足以使气体击穿产生电晕放电$生成电子和正%负离子，其中正离子很快到达放电极中和而大量的电子和负离子在电场力的作用下向收尘极方向运行形成电晕电流。当含尘气体通过电极间的通道时，电晕电流中的电子和负离子就会吸附到粉尘上$使粉尘荷电。正离子由于其作用区域很小，绝大部分吸附到电晕极上荷电的粉尘在电场力的作用下向收尘极运动，O后沉积在收尘极上并将电荷释放出来。当粉尘沉积到一定厚度时，通过振打装置将粉尘打落到灰斗排出完成除尘过程。电除尘器的除尘效率与电场的结构型式、供电装置的特性等有关。但与烟气和粉尘的性质关系更大。如烟气和粉尘的成分,温度,湿度,浓度,粒度和比电阻等。其中粉尘的比电阻的影响O为突出粉尘比电阻在10^4-10^11欧姆.cm 之间时,电除尘器的工作效果O佳, 比电阻低于10^4欧姆.cm 的粉尘到达收尘极表面后会很快释放电荷，并获得收尘极的正电荷，从而与收尘极相互排斥而重返气流。当再次荷上负电荷运动到收尘极后又重复以上过程，形成粉尘在收尘极上的跳跃现象$O后可能随着气流带出收尘器。除尘效率下降比电阻高于10^11欧姆.cm 的粉尘到达收尘极表面后释放电荷很慢。当粉尘不断积厚时$粉尘层产生一个强电场，这一电场不但减弱了电极间的电场强度，排斥其它粉尘继续向收尘极运动，还会在粉尘层空隙间发生局部击穿，产生大量的正离子与电场内的负离子中和其结果是电晕电流增大。电压降低，电场内闪络频繁，粉尘的二次飞扬严重，这就是所谓的反电晕现象。导致电能增加，除尘性能恶化，甚至无法工作，因此，要使电除尘器具有良好的除尘效率，必须注意粉尘比电阻，比电阻不在适合的范围内时，应对烟尘进行调质处理。通过增湿塔处理后，可以保证电除尘器O运行。
5 10000T/D水泥生产线窑尾电除尘器的特点
(1)设备规格大10000T/D水泥生产线窑尾采。用高浓度电除尘器$ 共用两台双室四电场的电除尘器$单台规格(m)为2X31/12.5/4X9/0.4;它是迄今为止水泥生产线O规格的电除尘器。
(2) 处理风量大。每台电除尘器处理风量能力为860000m^3/h(联合操作)是高浓度水泥生产线处理O风量的电除尘器。
(3) 处理烟气的含尘浓度高。进入每台电除尘器的烟气含尘浓度高达597g/m^3而常规的电除尘器的入口含尘浓度不超过80g/m^3。
(4) 该台电除尘器要承受高负压。该电除尘器所要承受的负压高达12000pa是O至今为止电除尘器设计中壳体所承受的O高负压。
6 高浓度电除尘器与常规电除尘器的设计区别
6.1气体分布板与常规的电除尘器不同
含尘气体进入常规电除尘器电场之前 先经过气体分布板，使气流能均匀地进入电场1达到很好的除尘效果。而窑尾高浓度电除尘器，在进气口处加了两层槽型折射板，使气流在槽型折射板间相互碰撞，气流速度迅速降低并改向，大量粉尘经惯性碰撞而降落，约有20%-30%粉尘沉淀下来，起到预除尘的效果。使进入电除尘器的粉尘浓度大大降低，减轻了电场的负荷，使整台电除尘器的除尘效率提高。此外，进气口中部还加了一层折叶板$使气流预均布$再经过多孔板使气流得到进一步均布。这样，气流进入电除尘器前经折流预除尘及均布装置，使气体含尘浓度下降没，同时气流均匀地进入电场内部1有利于电除尘器的除尘(布置见图6)。
6.2电晕线的特殊设计
含尘气体通过电除尘器的电场空间时 粉尘粒子与其中的游离带电粒子碰撞而荷电,于是在电除尘器内便出现两种形式的电荷,粒子电荷和离子电荷,常规电除尘器的入口含尘浓度=<80g/m^3所以,一般用v15或v0 电晕极组合" 在稀薄的粉尘环境内)就能使粉尘颗粒均匀的荷电)达到除尘的目的。随着烟气中含尘浓度的增加) 粉尘离子所形成的电晕电流虽然不大)但形成的空间电荷却很大)接近于气体所形成的空间电流) 严重抑制电晕电流的产生)使远离电晕区的尘粒不能获得足够电荷) 降低除尘效率。烟气含尘浓度过大)还会出现电晕闭塞现象)使荷电离子及尘粒不能顺利趋向沉淀极板) 效率大大降低。实验表明"当电晕线采用尖端放电时"能够产生强大的电风"促使带电粒子向沉淀极运动"增大驱进速度"提高除尘效率。为此我们一改常用v15,v0线单一组合形式)而是根据电场内粉尘浓度分布)设置不同的电晕线的组合形式) 在粉尘浓度O高的电场空间内)采用电晕线为长刺的v40线"使放电强度加大)粉尘充分荷电，在粉尘浓度较高的电场内"采用v25电晕线，工况已达到普通电除尘器的环境时)用v15电晕线"就能满足荷电的要求)达到预期的除尘效果。这样设计使整个电场都能均匀荷电"电场空间都能得到充分有效利用" 使电除尘器的除尘效果达到O佳。
6.3特殊的阻流设计
通常情况下，电除尘器的壳体内壁四周都设置有阻流板防止气流旁路。对于常规电除尘器而言，如果有0.5%的旁路气流，出气口的气体含尘浓度将大大增加，降低除尘效率。对于高浓度电除尘器来讲，防止气流旁路更为重要" 如果有0.5%的旁路气流"风量按860000m^3/h, 入口含尘浓度按597g/m^3 计算"水泥厂每天排尘860000X597X0.5%X24=61.61T 显而易见" 仅此一项造成的环境污染和给水泥生产厂家带来巨大的经济损失是可想而知的。为防止旁路"这台电除尘器不仅设计了两侧边缘挡风板" 顶梁下导流板"灰斗上阻流板外，还在第一、二电场之间，设置了梯形截流墙。这种设计)不仅防止气流旁路，而且能够阻挡第一电场的高浓度带电粒子进入第二电场，使后置电场内的粉尘浓度大大降低，达到常规电除尘器的工况，起到O除尘的目的。(截流墙的布置见图7)。
6.4预灰斗的设计
前面已经介绍过" 含尘气体进入电除尘器前经过三层分布板"起到预收尘的效果!这样进气口的下部沉集了大量粉尘"如不采取措施"会造成进气口内集灰"从电除尘器的横截面上看"会有部分断面气流不畅"从而引起气流不能均布"电除尘器很难正常工作"达不到理想的除尘效率。在进气口下面设计了四个预灰斗" 使分布板收集下来的粉尘及时经下面的拉链机运走"保证电除尘器的正常工作。
6.5电除尘器的耐高压设计
电除尘器一般多用于负压操作)在正常情况下"电除尘器所承受的负压不超过2000pa 如果壳体的强度不够" 可能会引起壳体变形" 极间距无法保证"使电除尘器的除尘效果难以保证。当壳体密闭不严时，就会从外部漏入冷空气，使进入电除尘器的风量增大，风速加快，烟气温度降低，在内部产生结露"粉尘结块，其结果是除尘性能下降。对于高负压电除尘器"壳体所承受的负压高达12000pa所以"壳体更易变形和漏风。为保证电除尘器能正常的工作"在设计和制造过程中" 壳体结构设计必须满足这种高负压强度要求"采用优质钢材"精工细作"严把质量关"使电除尘器在高负压状态下)变形小$密封好"这样设计制造大大增加了电除尘器壳体的耐压能力"减少变形漏风)保证除尘效率。
6.6 电除尘器的锁风设计
高负压下电除尘器出口端的灰斗，如有漏风将把灰斗内收集的灰带进出气口排放。根据测定，通过灰斗料层漏出的风，粉尘浓度高达300-400mg/m^3;此含尘气体若进入电场，那么，只要漏1%的冷空气，电除尘器的粉尘逸出量就是300-400mg/m^3所以，电除尘器的灰斗下部锁风更为重要。为了增加电除尘器的锁风效果，我们在拉链机下部串联了两台回转下料器，见图8，并要求转向相反，保证了电除尘器灰斗下部的气密性，从而保证电除尘器的除尘效率。