噴淋洗滌塔在石灰窯頂除塵治理中的應用

張銘洋,郭志剛,李曉光,李勝男,陳 星

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

我車間10臺石灰窯所產(chǎn)生的窯氣在滿足正常生產(chǎn)使用的情況下,大約有14 000～21 000 m3/h的富余量,粉塵含量400～700 mg/m3。石灰窯上料過程中料盅頻繁開啟,導致窯氣外溢造成粉塵污染[1]。自2004年開始,我車間就著手窯頂除塵治理工作,先后引入以布袋除塵器為主的干法除塵系統(tǒng)和以洗滌塔、靜電除塵器為組合的濕法除塵系統(tǒng),并取得了良好的使用效果,消除了窯頂粉塵外溢的環(huán)保風險。

1 干法除塵系統(tǒng)應用

2004年我車間引入干法除塵系統(tǒng),由布袋除塵器、配套的風機、窯頂復線和廢灰倉組成。布袋除塵器通過窯頂復線與石灰窯窯頂相連接,泄漏的窯氣從窯頂經(jīng)窯氣復線進入布袋除塵器內(nèi),經(jīng)過除塵凈化后的窯氣由風機出風口排出,廢灰進入廢灰倉。

由于石灰石和焦炭內(nèi)部含有一定的水分以及在運輸上料過程中經(jīng)貨場噴淋除塵作用下導致石灰石和焦炭中混有大量的水分,石灰石和焦炭經(jīng)石灰窯煅燒后產(chǎn)生的窯氣含濕量過高,并主要引發(fā)以下兩種問題現(xiàn)象:

1)窯氣含濕量大,布袋表面易形成絮狀結(jié)疤且不易在除塵器噴吹作用下掉落,嚴重的還會發(fā)生“糊袋”現(xiàn)象。尤其是冬季環(huán)境氣溫較低和夏季溫度較高時[2],布袋結(jié)露現(xiàn)象更為嚴重,從而使除塵器除塵效率和能力大大下降。同時還會增加系統(tǒng)運行阻力、風機的運行負荷及能耗,需要頻繁更換布袋來解決問題,檢修強度和費用支出較大。

2)窯氣中的水蒸氣冷凝后由氣態(tài)形成液態(tài)后進入到除塵風機中,長期運行會導致風機葉輪、軸及殼體等部件的腐蝕,并加速葉輪結(jié)疤導致葉輪失衡,同時風機進出口各法蘭接口處發(fā)生滴漏現(xiàn)象,檢修及崗位清理工作頻繁。

2 濕法除塵系統(tǒng)應用

為了提高設(shè)備穩(wěn)定運行周期,降低檢修強度及費用支出,在2018年增加了石灰窯窯頂濕法除塵系統(tǒng),即窯氣洗滌塔與濕式靜電除塵的二級除塵組合,如圖1所示。本系統(tǒng)中包含3臺篩板洗滌塔、2臺濕式靜電除塵器和3臺除塵風機以及各附屬管線等。

圖1 濕法除塵系統(tǒng)工藝流程圖

篩板洗滌塔內(nèi)部設(shè)有三層搭接組成的篩板裝置,每層篩板滿布φ6通孔,如圖2所示。在使用過程中,氣體自上而下穿過篩板及篩板上的液層,通過氣體的鼓泡使窯氣中的粉塵得到洗滌凈化。

圖2 篩板洗滌塔及篩板結(jié)構(gòu)示意圖

相較于干法除塵系統(tǒng),濕法除塵系統(tǒng)中各設(shè)備的使用周期得到明顯提升,窯頂除塵治理效果更加明顯,但是也出現(xiàn)了窯頂復線易堵塞、靜電除塵器“放電”運行周期短,運行周期為1～2個月,以及石灰窯窯頂仍存在冒煙的現(xiàn)象等問題。

當洗滌塔的篩板堵塞后,系統(tǒng)的風量、管道內(nèi)的氣體流速會明顯降低,管道堵塞現(xiàn)象更加凸顯,窯頂冒煙以及靜電除塵器“放電”的現(xiàn)象會明顯加劇。經(jīng)分析判斷,我們得出的結(jié)論是:篩板洗滌塔的結(jié)構(gòu)不適合我車間目前的生產(chǎn)環(huán)境,篩板易堵塞導致洗滌塔的除塵能力與效率降低,并且會導致整套系統(tǒng)的氣體流速降低,致使窯氣復線內(nèi)部結(jié)疤堵塞較快。為此,我們決定將篩板洗滌塔改為具有除塵效率穩(wěn)定、系統(tǒng)阻力小、氣液交換充分、節(jié)能等優(yōu)勢的噴淋洗滌塔。

3 噴淋洗滌塔的應用

3.1 與篩板洗滌塔相比,噴淋洗滌塔的優(yōu)點

1)內(nèi)部構(gòu)件少、質(zhì)量輕。與篩板洗滌塔相比,噴淋洗滌塔內(nèi)部用噴淋管替代篩板裝置,構(gòu)件少,安裝方便,且安裝精度要求相對較低。

2)內(nèi)部構(gòu)件結(jié)疤可能性較低,運行阻力小。噴淋管代替塔盤裝置,改變了氣體以鼓泡的形式通過塔盤裝置液層,降低了系統(tǒng)運行阻力。同時,也避免了塔盤裝置篩板小孔由于水中雜質(zhì)或窯氣中的粘性固體顆粒堆積,造成塔盤裝置結(jié)疤堵塞等導致系統(tǒng)運行阻力上升、除塵能力下降等問題。

3)采用多層霧化過濾工藝,使得氣液交換充分,除塵效率穩(wěn)定。

3.2 與篩板洗滌塔相比,噴淋洗滌塔的缺點

噴淋洗滌塔一般采用較小的氣液比即可達到使用要求,所選擇的噴嘴規(guī)格也相對較小,當沖洗水中雜質(zhì)較多或顆粒較大時,容易造成噴嘴及管道堵塞的現(xiàn)象。為了保證設(shè)備穩(wěn)定運行,需定期進行檢查、清理。

3.3 噴淋洗滌塔的選用

綜合我車間生產(chǎn)窯氣富余量、場地空間、沖洗水中含有腐蝕性介質(zhì)以及采購成本等因素,我車間選用的噴淋洗滌塔規(guī)格為φ2200×8353,塔體整體選用鋼襯PO的結(jié)構(gòu)形式(8 mm碳鋼鋼體+6 mmPO內(nèi)襯),塔內(nèi)件全部選用316L不銹鋼材質(zhì)。內(nèi)部主要構(gòu)件包括:除霧器沖洗裝置、除霧器、窯氣除塵噴淋裝置、氣體分布器和進氣管。詳見圖3。

圖3 噴淋洗滌塔結(jié)構(gòu)示意圖

除霧器沖洗裝置:本沖洗裝置位于洗滌塔頂部,共包含4組均布的1/2′螺旋霧化噴嘴,主要用于除霧器沖洗,防止除霧器結(jié)疤堵塞。外部與沖洗水主管道連接,管道上次設(shè)有電動球閥、過濾器和電磁流量計,通過DCS遠程控制電動球閥開關(guān)定時對除霧器進行沖洗清理,防止除霧器因結(jié)疤導致堵塞,通過流量計進行水量實施監(jiān)測并進行調(diào)節(jié)控制。

除霧器:我們所選的除霧器為ME折線型三通道結(jié)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)簡單、易于沖洗、除霧效率高且板片臨界速度較高的特點。除霧器位于洗滌塔靠近頂部、窯氣噴淋裝置下部位置。主要作用是利用水膜分離原理,液滴由于慣性與除霧器板片發(fā)生碰撞實現(xiàn)氣水分離,高效捕獲窯氣中漿液霧滴,最大限度的減少窯氣中的漿液含量,對下游設(shè)備穩(wěn)定運行有著重要作用[3],結(jié)構(gòu)及工作原理詳見圖4。

圖4 除霧器結(jié)構(gòu)及工作原理

窯氣除塵噴淋裝置:包括三層相同的噴淋裝置,我們選用的噴淋裝置主要為3/8′螺旋霧化噴嘴和沖洗水管道,螺旋霧化噴嘴具有耐腐蝕性強、耐磨性好、不易堵塞且霧化效果好的優(yōu)點[4]。3層噴淋裝置縱向等間距分布于除霧器與氣體分布器之間,通過噴嘴的規(guī)格(主要是噴射角度、水壓、水量等)確定噴嘴的數(shù)量及沖洗水管道管徑,從而使的每層噴淋裝置的沖洗水能夠全覆蓋洗滌塔的橫截面,橫向按等角度α=20°錯開排列布置,使所有噴嘴在洗滌塔橫截面內(nèi)分布均勻,在選擇α的角度值時,應綜合考慮噴射角、噴嘴數(shù)量、水壓等因素,從而使沖洗水在洗滌塔內(nèi)盡量均勻,避免因水量不均而影響氣體在洗滌塔內(nèi)的分布。外部與沖洗水主管道連接,管道上次設(shè)有調(diào)節(jié)閥、過濾器和電磁流量計,根據(jù)石灰窯頂壓、系統(tǒng)抽氣量等參數(shù)變化,判斷系統(tǒng)風量變化,通過DCS遠程控制調(diào)節(jié)閥開度以及流量計檢測,進行水量調(diào)節(jié)。窯氣除塵噴淋裝置布置示意圖詳見圖5,其中C1-C2、C3-C4、C5-C6分別為3層相同的噴淋裝置,結(jié)構(gòu)詳見圖6。

圖5 窯氣除塵噴淋裝置布置示意圖

圖6 噴淋裝置結(jié)構(gòu)示意圖

氣體分布器:設(shè)在進氣管緊上方,結(jié)構(gòu)為呈正三角形排列的φ80圓形通孔,我們所選用的氣體分布器開孔率為進氣管截面積的2.5倍。其作用是將進入塔內(nèi)的窯氣進行均布引流,使窯氣均勻分布到整個洗滌塔內(nèi)部,提高氣液接觸面積并使氣液接觸均勻,從而提高除塵效果。

進氣管:DN900的進氣管設(shè)在洗滌塔下部位置,出氣口在塔中心位置,目的是使氣流從塔中央向四周均勻分布,使塔內(nèi)氣流均勻,必要時也可增加氣體分布帽。

4 效果查定及工作方向

目前,我們已經(jīng)完成對濕法除塵系統(tǒng)3臺窯氣洗滌塔的全部改型更換工作,并取得了良好的效果。近1年內(nèi),在生產(chǎn)產(chǎn)量、化工操作相同的條件下,未出現(xiàn)窯頂復線結(jié)疤堵塞現(xiàn)象,且石灰窯窯頂冒煙次數(shù)大幅下降。

洗滌塔改型前后進口含塵濃度基本相同,洗滌塔改型后出口(即靜電除塵器進口)含塵濃度均低于300 mg/m3,達到了靜電除塵器的設(shè)計工作能力要求;系統(tǒng)風量及氣體流速大幅提升;用水量增加12 m3/h;洗滌塔除塵效率由84.5%提高至91.7%,靜電除塵器運行周期由1～2個月提高至4個月。

表1 洗滌塔改型前后檢測數(shù)據(jù)

下一步,我們的工作方向有兩點,一是著手研究改造噴淋洗滌塔的窯氣除塵噴淋裝置,通過增加沖洗水管道內(nèi)水壓和降低螺旋霧化噴嘴的規(guī)格,在保證除塵效果和效率的前提下,降低用水量,達到節(jié)約水資源降低生產(chǎn)成本的目的;二是重點研究窯氣脫硝降碳排放技術(shù),進一步提高企業(yè)綠色生產(chǎn)的能力。