氣燒石灰雙膛窯煙氣凈化超低排放技術(shù)

陸銀甫　韓天雨　孫志鉅

【摘要】文中介紹了氣燒石灰雙膛窯煙氣凈化工藝流程、煙氣凈化設(shè)備布袋收塵器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)、工作原理和基本結(jié)構(gòu)、過濾濾材的研究開發(fā)、煙氣凈化運(yùn)行效果。

【關(guān)鍵詞】布袋除塵器;煙氣超低排放;超細(xì)面層海島纖維

1、前言

石灰在煅燒時(shí)排放的煙塵中含有大量的有害氣體和10微米以下的粉塵，粉塵中又包含SO2; F2O3; AIO3等。這些有害氣體和粉塵對(duì)人體的危害很大，如果人們長(zhǎng)期吸入會(huì)引起支氣管和肺部等呼吸性疾病，幼兒更為嚴(yán)重，而且飄浮在空中的粉塵中還含有致癌物質(zhì)，若24小時(shí)呼吸平均濃度超過150mg/m3的有害粉塵對(duì)人體會(huì)造成致命危害。石灰雙膛窯煙氣凈化，它的主要優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)樗麄€(gè)煅燒過程是相當(dāng)于在一個(gè)密封容器中進(jìn)行，它的煙氣可從窯頂煙氣管道排出，通過超潔凈布袋除塵凈化，然后達(dá)到無(wú)害、無(wú)污染的達(dá)標(biāo)排放。

2、工藝流程

2.1石灰窯工藝流程

日照魯碧新材料科技有限公司日產(chǎn)1700噸活性石灰雙膛窯項(xiàng)目工程，建設(shè)內(nèi)容包括4座設(shè)計(jì)能力600t/d雙膛窯。燃料采用轉(zhuǎn)爐煤氣，窯系統(tǒng)主要由石灰石上料系統(tǒng)、雙膛窯體及燃燒加熱系統(tǒng)、窯頂煙氣凈化布袋收塵器、出料系統(tǒng)、窯體放風(fēng)及加料凈化布袋收塵器。

石灰石粒度40-80mm，其中粒度大于80mm和小于40mm的石灰石均小于5%。石灰石理化性能指標(biāo)表，見下表1

石灰石理化性能指標(biāo)? ? ? ? ? ? ? ? ? 表1

氣燒石灰煅燒雙膛窯生產(chǎn)工藝流程圖? ?圖1

2.2煙氣凈化工藝流程

廢氣主要在石灰石煅燒過程中產(chǎn)生，雙膛窯所產(chǎn)生的廢氣在廢氣引風(fēng)機(jī)的作用下向上流動(dòng)，在窯頂調(diào)節(jié)閥的分配下，約70%的煙氣進(jìn)入上內(nèi)筒與窯殼之間的預(yù)熱帶，經(jīng)過環(huán)形料層到達(dá)窯頂，并向窯頂廢氣管道由廢氣引風(fēng)機(jī)引出;30% 的煙氣則經(jīng)上內(nèi)筒內(nèi)部管道進(jìn)入換熱器，換熱后溫度降至300℃左右再進(jìn)入廢氣管道。窯內(nèi)所有廢氣都有廢氣引風(fēng)機(jī)引出，進(jìn)入廢氣引風(fēng)機(jī)的廢氣溫度一般在180-250℃左右，然而經(jīng)袋式除塵器過濾凈化，達(dá)到國(guó)家和地方最新排放標(biāo)準(zhǔn)后，由煙囪排放。

3、主要設(shè)計(jì)參數(shù)

本除塵系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)窯體內(nèi)排出的廢氣進(jìn)行過濾除塵。同時(shí)，窯體的石灰冷卻風(fēng)在換向期間經(jīng)由釋放閥、管道進(jìn)入本除塵器。廢氣、石灰冷卻風(fēng)進(jìn)入除塵器的時(shí)間點(diǎn)不同。

3.1廢氣參數(shù)（正常生產(chǎn)情況下）

①煙氣量：

74000Nm?/h

②煙氣溫度：120℃-180℃

③含塵量：? 5g/Nm?

石灰冷卻風(fēng)：

① 溫度：40度，

②風(fēng)量：18000-23000 Nm?/h。

廢氣除塵系統(tǒng)采用負(fù)壓式，除塵器采用低壓脈沖布袋除塵器，除塵器濾料耐溫180度。

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和使用經(jīng)驗(yàn)，除塵器、除塵風(fēng)機(jī)的負(fù)荷能力選型為165000 m?/h。

3.2 凈化設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2.1雙膛窯主管廢氣凈化收塵器

見表2

3.2.2雙膛窯放風(fēng)及上料煙氣凈化收塵器

見表3

凈化設(shè)備粉塵治理執(zhí)行《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/2376-2013），見表4。

4、凈化設(shè)備工作原理和基本結(jié)構(gòu)

石灰石煅燒雙膛窯煙氣收塵器主要由上部箱體、中部箱體、提升閥組件、風(fēng)道部件、清灰機(jī)構(gòu)、灰斗及進(jìn)風(fēng)導(dǎo)流系統(tǒng)、耐高溫的濾袋等構(gòu)成。

凈化袋式除塵器采用分室，中間風(fēng)道進(jìn)氣結(jié)構(gòu);含塵煙氣由中間（邊進(jìn)風(fēng)）進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入風(fēng)道，通過氣流分配機(jī)構(gòu)均勻進(jìn)入各室進(jìn)氣口、經(jīng)進(jìn)氣閥后進(jìn)入各灰斗，由于受設(shè)置在灰斗中的導(dǎo)流板導(dǎo)流及折擋，此時(shí)大部分較粗顆粒粉塵，由于慣性碰撞和粉塵重力的自然沉降等的作用而落入灰斗，一部分細(xì)小塵粒隨氣流上升進(jìn)入各過濾室，經(jīng)過濾袋過濾阻擋后，塵粒被阻留在濾袋外表面，凈化后的氣體通過濾袋內(nèi)部進(jìn)入凈氣室，再通過排氣閥，匯入出風(fēng)通道，經(jīng)出風(fēng)口排入大氣?；叶分械姆蹓m經(jīng)卸灰閥以下的輸送設(shè)備送至窯灰儲(chǔ)存?zhèn)}。

隨著過濾時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，濾袋外表面附積的粉塵不斷增加，達(dá)到一定的厚度，從而導(dǎo)致袋式除塵器本身阻力也逐漸升高。當(dāng)阻力達(dá)到預(yù)先的設(shè)定值時(shí)，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，首先使一個(gè)室清灰，命令一個(gè)噴吹單元的排氣閥關(guān)閉以切斷該室的過濾氣流，接著給出指令打開電磁脈沖閥，壓縮空氣以極短的時(shí)間0.1～0.2秒，通過噴吹管和特制的噴嘴向?yàn)V袋噴入，由于壓縮空氣的誘導(dǎo)作用把凈氣箱中大量的凈空氣吸入濾袋，濾袋面自上而下順序開始膨脹，并順序達(dá)到極限位置，此時(shí)又在濾袋張力的作用下產(chǎn)生反向加速度，這樣濾袋產(chǎn)生了高頻振動(dòng)變形，使濾袋外側(cè)所吸附的塵餅變形脫落。在粉塵沉降一定時(shí)間后，排氣閥打開，此噴吹單元再次于過濾狀態(tài)，而下一個(gè)室的噴吹單元?jiǎng)t進(jìn)入清灰狀態(tài)，如此周而復(fù)始地排氣閥關(guān)閉→清灰→停止→沉降→排氣閥開啟→過濾，使收塵器阻力始終處于一定值范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

5、智能化清灰控制技術(shù)

自動(dòng)化、智能化控制技術(shù)，針對(duì)新的布袋除塵器在剛投入使用的時(shí)候，其過濾阻力都相當(dāng)?shù)男?，一般只?00～300Pa，這是由于新的濾袋上沒有粉塵，而濾袋纖維之間的空隙比較大，布袋的透氣性好，部分粉塵可以穿過濾袋直接排空，因此在濾袋使用之初的阻力小，粉塵排放濃度比較高，這是所有的濾袋廠家生產(chǎn)的濾袋的共性。濾料質(zhì)量的高低，在每平方米克重相同的情況下，主要看濾料加工時(shí)纖維的均勻分布程度。

一般冶煉煙氣粉塵有一定的粘性和濕度，為提高清灰效果，我們采用了特殊的結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的噴吹清灰技術(shù)，使清灰強(qiáng)度進(jìn)一步提高;一是采用淹沒式脈沖閥，噴吹效果好，清灰能力強(qiáng)，壓力損失小，噴吹壓力和時(shí)間可調(diào)，脈沖閥噴吹使用壽命100-150萬(wàn)次。當(dāng)濾袋使用一段時(shí)間以后，濾袋上會(huì)形成粉塵層，初層滲透在濾袋的纖維之中搭橋，將煙氣中的粉塵阻擋，并過濾下來(lái)，形成新的粉塵層，當(dāng)濾袋清灰時(shí)新形成的粉塵層在壓縮空氣的作用下被清理下來(lái)，而滲透在濾袋纖維之間的粉塵大部分不能被清除，繼續(xù)保持在濾袋纖維之間，為濾袋過濾過程中提高除塵效率起主要作用。這一點(diǎn)對(duì)所有的濾袋都是相同的，關(guān)鍵在于本技術(shù)的布袋除塵器有我們的獨(dú)到之處。

粉塵的作用是相同的，但是如果粉塵在濾袋上的分布不均勻，除塵效率就無(wú)法保證。技術(shù)人員在長(zhǎng)期工作實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，普通除塵器濾袋上的粉塵分布是不均勻的，一般表現(xiàn)為一側(cè)多，對(duì)稱的另外一側(cè)少，少的一側(cè)的骨架附近有少量的粉塵，有照片為證（見圖3）。如果您的布袋除塵器的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)非常豐富，您會(huì)發(fā)現(xiàn)，在不清灰的情況下，有的布袋除塵器的阻力不會(huì)上升到很高，一般在1400Pa以下或者更低;有的布袋除塵器的阻力則會(huì)因?yàn)闆]有清灰而上升到3000Pa以上（估計(jì)很少有人見到），即使兩種布袋除塵器應(yīng)用的系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)壓頭都差不多。不難想象，照片中的濾袋上粉塵分布不均勻，粉塵多的一側(cè)雖然不斷有粉塵聚集，但是粉塵少的一側(cè)是難以發(fā)揮作用的，當(dāng)含塵氣體穿過濾袋上粉塵少的一側(cè)時(shí)，由于濾袋上難以形成粉塵初層，致使粉塵隨煙氣一道直接穿透濾袋經(jīng)風(fēng)機(jī)被排入大氣中，對(duì)濾袋而言，最直接的影響就是阻力無(wú)法提高。

造成上述情況發(fā)生的最主要的原因是除塵器內(nèi)氣流分布不均，技術(shù)人員對(duì)除塵器內(nèi)部的流場(chǎng)作了大量分析，并對(duì)除塵器進(jìn)行了多次改進(jìn)，并最終實(shí)現(xiàn)了除塵器內(nèi)部煙氣和粉塵的均勻分布，我們實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)目標(biāo)：a. 除塵器箱體內(nèi)同一水平面上的氣流上升速度基本相同，使煙氣在除塵器箱體內(nèi)的氣流分布均勻;b. 除塵器箱體內(nèi)煙氣中的粉塵濃度分布均勻，這一點(diǎn)確保了粉塵在除塵器濾袋上的分布均勻（見圖4），也給除塵器除塵效率的提高提供了一個(gè)最主要的先決條件。

粉塵的分布均勻和濾袋上粉塵初層的形成是保證良好指標(biāo)的必要條件，但是不是充分條件。經(jīng)驗(yàn)證明，控制系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)保持良好指標(biāo)運(yùn)行同等重要：科學(xué)的清灰控制方式，合理清灰壓力，能讓您在舉手投足之間使您決定凈化系統(tǒng)排放濃度滿足5mg/Nm3-30 mg/Nm3排放要求。我們知道，不同的脈沖閥和不同壓力的壓縮空氣，決定不同的清灰效果，我們對(duì)他們的脈沖閥的工作性能非常熟悉，可以分別設(shè)計(jì)出相適應(yīng)的噴吹結(jié)構(gòu)及噴吹方式;同時(shí)，ф130×6000mm，ф160×6000mm-甚至ф160×8000mm的濾袋工作情況也被技術(shù)人員熟知，因此在一定的脈沖清灰工作壓力下（由技術(shù)人員設(shè)定），我們能使濾袋上的部分粉塵得到清除，同時(shí)又能保持濾袋上的粉塵初層。在此條件下，通過調(diào)整脈沖控制的清灰頻率，可以輕松實(shí)現(xiàn)您所需要的排放濃度30mg/Nm3或者5 mg/Nm3。另一方面，導(dǎo)流、擋流板擋流作用，極大改善了氣流上升速度，煙氣的流動(dòng)方向與粉塵的沉降方向垂直，大大減少了清灰時(shí)的兩次揚(yáng)塵和兩次吸附現(xiàn)象，保證每條濾袋都保持最高的工作效率，提高了清灰效果;四是采用了較小的噴吹單元，減少了噴吹面積，最大限度地減少清灰時(shí)對(duì)窯處理風(fēng)量的影響。

圖3中左側(cè)為迎風(fēng)面，基本上沒有粉塵，右側(cè)背風(fēng)面堆積的粉塵太多，已經(jīng)垮掉

圖4照片中濾袋上粉塵已經(jīng)均勻分布

6、超潔凈排放濾料

6.1濾袋結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)

所設(shè)計(jì)出的超細(xì)針刺氈單位面積克重≥550g/m2，其中迎塵面纖維層首選采用海島纖維，其次由規(guī)格型號(hào)0.8dtex×51mm（30%）和1.3dtex×51mm（70%）的兩種超細(xì)纖維組成，基布采用高強(qiáng)低伸型長(zhǎng)絲基布，底面纖維層由規(guī)格型號(hào)1.5dtex×51mm（50%）和2.0dtex×51mm（50%）的兩種纖維組成，制成針刺氈后再經(jīng)拒水防油浸漬熱定型整理，最后壓光成氈。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖（圖5）如下：

注：① 為迎塵纖維面層，首選采用海島纖維，其次由30%的0.8dtex×51mm和70%的1.3dtex×51mm兩種規(guī)格超細(xì)纖維組成;

② 為高強(qiáng)低伸型長(zhǎng)絲基布;

③ 為底層纖維面層，由50%的1.5dtex×51mm和50%的2.0dtex×51mm兩種規(guī)格纖維組成;

6.2濾袋制作要求

● 濾袋的縱向縫線牢固、平直且不少于三條，搭接處采用雙層互鎖密封縫紉式，邊緣加耐高溫密封膠封口。

● 濾袋袋口的環(huán)狀縫線牢固，且不少于四條。濾袋袋底的環(huán)狀縫線縫制三圈以上。

● 濾袋的縫線在100mm內(nèi)的針數(shù)不少于25±1針。

● 濾袋的縫制過程中不跳線，無(wú)浮線，不掉道。制成后的濾袋，外觀平整無(wú)扭轉(zhuǎn)。

● 濾袋袋口、袋底加強(qiáng)層大于100mm。

● 為防止PM2.5粉塵逃逸，縫線處需涂膠貼膜處理。

7、除塵器運(yùn)行及檢測(cè)參數(shù)表五（運(yùn)行負(fù)荷大于80%）

日產(chǎn)1700噸活性石灰雙膛窯項(xiàng)目工程凈化設(shè)備共有四套，運(yùn)行最長(zhǎng)的二套已達(dá)二年，全部設(shè)備運(yùn)行正常，并經(jīng)山東國(guó)評(píng)檢測(cè)服務(wù)有限公司檢測(cè)，數(shù)據(jù)見下表5

結(jié)語(yǔ)：

日產(chǎn)1700噸活性石灰雙膛窯項(xiàng)目工程進(jìn)行煙氣凈化處理的結(jié)果，由山東國(guó)評(píng)檢測(cè)服務(wù)有限公司檢測(cè)、除塵凈化處理后由60m煙囪排放，煙氣中煙塵的排放濃度進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果均低于《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/2376-2013）中規(guī)定的排放濃度限值，符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。從而證明，其性能指標(biāo)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能在石灰雙膛窯項(xiàng)目工程凈化除塵中得到廣泛應(yīng)用。