水泥廠窯尾通風凈化除塵系統設計

   一、前言

   水泥工業是我國工業排塵的主要來源，粉塵排放量約為其產量的2%～3%，全國的排放總量超過千萬噸。人體長期接觸水泥粉塵易引起各種疾病；水泥粉塵會造成土地堿化，嚴重污染環境，水泥生產工藝過程中，無論是破碎、烘干還是粉磨、煅燒都會產生大量的粉塵,由于各道工序都是干燥作業,因此形成了揚塵點多、面大、范圍廣的特點。而水泥窯尾窯頭廢氣量約占整個水泥生產線廢氣量的60%，其中窯尾廢氣約占整個水泥生產線廢氣量的36%。由于窯尾廢氣溫度高、煙氣量大，比較難治理。因此，設計水泥廠窯尾除塵系統，對減少職業危害，保護環境，具有重要的現實意義。

   水泥窯運轉正常的情況下，窯尾煙氣溫度在350度左右；窯況異常時，煙氣溫度會更高。窯尾煙氣中粉塵濃度高，折合成標況時一般在40～80g/m3；且粉塵中含有大量高溫分解成分，細粉多，20～30um以下的顆粒占50％以上。此外，由于冷卻方式的不同，如采用增濕塔、對原料進行烘干、摻冷風和余熱發電等，冷卻后的煙氣水份含量會有很大的不同。煙氣露點溫度也因冷卻方式不同而變化。過去國內水泥生產線窯尾不論其規模大小基本上都是采用電除塵器。

   20世紀70年代，僅有少量的水泥生產企業窯尾煙氣采用了袋除塵器，但這些廠的處理煙氣量一般都在200000m3/h以下。2000t/d模的干法水泥生產線窯尾煙氣處理應用袋除塵器始于90年代北京水泥廠，根據當時引進的美國富樂技術生產的反吹風袋除塵器，后來山西水泥廠2000t/d干法水泥生產線建設時其窯尾煙氣量采用了低壓分室脈沖噴吹布袋除塵器。從此大型干法水泥生產線窯尾煙氣治理應用低壓分室脈沖噴吹袋除塵技術得到水泥工作者的認同。《水泥工業大氣污染排隊放標準》的發布,極大的促進了窯尾袋除塵器的推廣應用。窯尾煙氣除塵系統經歷了電除塵器、袋除塵器兩大技術的應用本設計根據水泥廠粉塵的性質,分析及設計除塵方案，對除塵系統進行布置，并根據各方面的計算研究,設計出包括集氣罩、送風管道、除塵器和風機在內的一套通風除塵系統。

   二、窯尾除塵系統的設計

   目前所用的除塵裝置按除塵機理可以分為機械式除塵器、濕式除塵器、過濾式除塵器、電除塵器和袋式除塵器.其中，電除塵器和袋式除塵器這兩種高效除塵裝置在我國水泥行業得到了最為廣泛的應用。現對電除塵器和袋式除塵器優缺點對比如下。

   1、除塵器的選擇

   電除塵器是利用靜電實現粒子與氣流分離的一種除塵器。電除塵器適用于微粒捕集，工業應用中除塵效率在99%以上,處理煙氣量大，自動化程度較高，阻力較其他高效除塵裝置要小，一般在100～300Pa之間。但由于水泥窯煙氣含有大量的水分和腐蝕性氣體，“粉塵比電阻”的變化也很大，存在極板高溫放電現象，易使電除塵器腐蝕、結露，造成其維修量大、維修費用高，使用壽命短。且電除塵器很難適應比電阻不斷變化，除塵效率隨之受到影響，對水泥生產線工藝控制要求十分嚴格，直接造成生產成本的提高。

   袋式除塵器是通過濾分離粉塵，使含塵氣體得到凈化的裝置。袋式除塵器的最大優點就是除塵效率高，入口含塵濃度對排放濃度影響不大，除塵效率在實際應用中一般也可達99.9%，粉塵排放濃度可達到10mg/Nm3以下甚至更低，所以袋式除塵器的除塵效率最高。袋式除塵器的最大缺點是需要更換濾袋，且需要定期清灰。袋式除塵器阻力較大，一般平均在1200Pa以上，增加了日常維護的費用。水泥窯煙氣溫度變化很大，而袋式除塵器卻要求水泥窯的操作控制相對穩定，溫度過高容易燒袋，溫度過低容易糊袋。對于粉(煙)塵的防治，袋式除塵器的除塵效果要優于靜電除塵器，且由于機立窯煙氣特殊性質，電除塵器不僅要解決腐蝕、結露、爆炸等問題，其達標運行的穩定性也不如袋式除塵器好。袋式除塵器雖然需要更換濾袋，但隨著技術的不斷發展，濾袋壽命提高到2年甚至更長時間，滿足了用戶的要求。同時由于目前袋式除塵器本體結構、清灰方式和各閥門的改進，濾料、濾袋和清灰控制系統的技術進步以及輔助清灰技術的應用，使得水泥窯采用袋式除塵器的技術日臻成熟和完善，特別是袋式除塵器不受粉塵比電阻的限制，也適合窯尾的除塵。

   2、排放煙氣含塵濃度的計算

布袋除塵器分級效率<不同粒徑下的分級效率%>

水泥企業熱力設備廢氣排放標準

    排出煙氣濃度n = 5×(1-99.5%)= 0.025g/m3= 25 mg/m3；結論：根據此表，袋式除塵器滿足最高要求150mg/m3排放標準，考慮到煙氣流量較大，采用脈沖噴吹袋式除塵器。

   3、除塵系統的結構分析：除塵系統主要由四部分組成，分別是：捕集污染氣體的捕集裝置(集氣罩)，連接系統各組成部分的送風管道，使污染空氣得以凈化的凈化裝置，和為氣體流動提供動力的引風機等。

   三、除塵系統設計

   集氣罩的設計根據水泥窯尾粉塵的擴散情況和溫度，選擇熱過程的傘形低懸集氣罩，結構如圖：因為水泥窯尾直徑為1.2m，而橫向氣流的干擾不大，低懸罩口每邊比熱源尺寸大150～200mm，設定集氣罩的直徑為1.5m。集氣罩口距離塵源約為0.16m，集塵罩的擴張角度定為40°。

   四、風機的選型

   根據所計算的系統風量和壓力來選擇風機型號。通風機的風量按下式計算：

   考慮到除塵器和風管漏風計算風量Q=L×1.05=7678.5×1.05=8062.4m3/h；風機風量Lf=(1+K1)×Q=(1+0.15)×8062.4=9271.7m3/h

式中：Q—管道系統的總風量；K1—考慮漏風所采用的安全系數，除塵管道系統一般取0.15。風機風壓Pf=1.15×ΔP=1727.7×1.15=1986.8pa；根據算得風量與風壓的值，考慮實際情況適當的增大其額定值，選擇C6-48No8C型離心通風機。

風機主要參數

   五、結語

   水泥窯尾除塵系統的設計過程，根據實際情況選擇適合的凈化裝置。通過分析計算，所設計的除塵系統包括有：

   1)直徑為1.5m的傘形低懸集氣罩,罩口距離塵源約為0.16m，擴張角度為40°。2)送風管道直徑為450mm,總長20m，其中有3個圓形直角彎頭。3)除塵器選擇脈沖清灰式袋式除塵器。

計算數據如下：

   設計只針對此水泥窯的含塵風量,對于其他水泥窯，需要根據具體風量重新選擇合適的除塵器和風機。還可進一步對其中煙氣的流動特性進行研究。在實際應用中，可根據現場實際情況適當調整通風凈化系統方案，如更改送風管道路線，并根據由此產生的壓力損失變化，調整引風機的型號等，以適應實際需要。由于選擇袋式除塵器作為凈化裝置，為防止燒袋、糊袋，需采取措施將煙氣溫度控制在80～120℃之間；其次濾袋需要定期清灰，清灰方式主要有脈噴與反吹風兩種。由于水泥窯煙氣波動性很大，反吹風式袋除塵器在窯尾煙氣的治理中更具有適應性。一般情況下，采用袋式除塵都能基本滿足達標排放的要求。