水泥厂除尘技术
在水泥生产过程中 ,无论是立窑工艺还是旋窑工艺 ,均产生大量粉尘 ,粉尘是水泥厂最严重的污染源 ,也是环保控制最重要的指标。除尘作为烟气净化的一项重要内容 ,笔者结合多年设计与研究经验 ,对水泥生产中常用除尘技术进行归纳比较 ,以便工程方案设计优化。
1 重力除尘和惯性除尘
烟气流中固体颗粒物的质量浓度有较大差值 ,利用气流减速所形成重力沉降或气流方向变化时颗粒物产生的惯性力和离心力可将固体颗粒物从气流中分离出来 ,除尘效率一般为60%左右 ,常作为初级除尘 ,常见的装置有以下几种：
（1）沉降室 沉降室是消除烟气中大颗粒物的一种简单设备。它利用颗粒物的重力大于气体对它的浮力原理而将颗粒物沉降分离出来 。颗粒沉降速度与其几何形状有较大关系 ,几何形状与烟气流对它的携带有关。计算沉降室尺寸时 ,沉降室的断面积决定了烟气速度 ,其长度又决定了烟气在室内的停留时间。由沉降距离和不同颗粒物的沉降速度可以求出每种颗料沉降时间 ,与烟气在室内的停留时间相比 ,得知这个沉降室能将多大颗粒沉降下来。因此 ,沉降室宜做得宽而矮 ,但又不能做的太长 ,以免占地太多 ,沉降室一般适合去除100微米以上颗粒物。
（2）挡板 在烟气通道中 ,设计一个或多个挡板 ,气流冲击挡板时 ,其中的颗粒物动能消失而降落。为提高分离效果 ,挡板还可用水膜润湿做成湿式挡板 ,以吸收酸性气体和其它可溶气体。不过由此产生的污水需处理才能排放 ,沉渣可送入成球盘成球 ,变废为宝 。
（3）旋风分离 旋风分离是曲型的惯性分离。由于惯性力的作用 ,颗粒物被抛向旋风筒筒壁 ,而顺筒壁下落至下灰筒排出。一般适合去除15微米以上颗粒物 ,而一般烟气中15微米以上颗粒物占总量的85% ,因此 ,它作为前级分离时效果较好。旋风分离器还 可以做成湿式的 ,即在旋风分离器中喷水或在外筒壁上方注水 ,在筒内壁上形成水膜 ,以利颗粒物的捕集和收集排出。
2 过滤除尘
让烟气进人纺织物袋子内,袋子能透气而不能透过颗粒物 ,它可除去10微米以下的颗粒物 ,尤其是小于1微米的粒子 ,其效果更佳。过滤袋材质不同,透气度也各有不同,常用过滤比来衡量效率高低。选择滤袋时 ,要考虑温度参数和对磨损、酸碱耐受力等因素。袋式除尘器总压降一般为588-980Pa,总的除尘效率可达99%。过滤除尘的过程还有冲击、扩散、重力吸引和颗粒物相互摩擦所产生的静电吸引等作用,这样才能完成全部过滤过程。随着粉尘在袋子表面上的聚集,气流阻力就越来越大,为此必须定时清除袋子上的积灰。常见除灰方法有偏心振动、压缩空气吹洗、超声波振荡等。使用中故障主要有烧袋、糊袋。
3 静电除尘
利用强电场使气体发生电离即电晕放电,此时烟气中颗粒物带电,然后,带负电荷的颗粒物在电场中向带正电荷的集尘极板放电 ,再经振打落入灰斗 ,完成除尘任务。静电除尘器根据结构形状可分为板式和管式 ,按除尘方式又分为干、湿二种,一般多用干式板型除尘器。在电除尘器内,其烟气速度一般在1m/s左右,整个除尘阻力约为196Pa,除尘效率可达99%或更高,其能源消耗也不大 ,是理想的除尘设备。但它一次性投资较大,控制、操作、维修要求的技术性高,对SO2等有害气体无能为力,因此静电除尘器是作为除尘要求较高的环境下使用的设备。
4 湿式除尘器
湿式除尘设备是让固体颗粒与液滴充分接触,气体穿过水层,在强烈的湍流状态下进行传质交换,以达到清洗作用等。湿式除尘器可清除5μm以上颗粒物 ,效率一般为90%-95%。对SO2等有害气体去除率可达80%。近年来,湿式除尘器在水泥行业得到广泛使用 ,正逐渐取代以往占主导地位的布袋收尘器。目前常见湿式除尘器有二大类：
（1）湿式洗涤塔除尘器 喷雾是一种低能耗的洗气法,沿烟气流的逆向喷雾,可使液滴直接拦截固体颗粒。喷滴的大小与液滴接触颗粒的几率有关,但液滴过细,其拦截力较差,或形成润湿的颗粒的重力不够。较理想的液滴为100微米左右。另一方面,雾状的液滴和烟气中颗粒物在混合空间中由于分子布朗运动也有利于液滴与颗粒物碰撞接触。因此,清除效果在一定范围内与液滴颗粒大小成反比。图1为笔者单位研制的高效烟气洗涤塔简图,塔内设三层喷水,二层填料,填料为轻质多面塑料球,烟气在塔内停留时间大于12s。除尘效率可达99%以上,脱硫率达85%,洗涤塔还起烟气冷却作用。洗涤水沉渣送入成球盘成球媛烧后作为水泥熟料,洗涤水循环使用。
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(2)文丘里湿式除尘器 图2为文丘里湿式除尘器的简图。该装置的核心是文丘里缩放喷管,气流先经过收缩区压缩。通过喉部时速度达60-200m/s,此时在喉部喷人的水滴,将被高速气流的动能冲击成水雾,并强烈地紊流入气流中。喷水量约0.2kg/m3烟,烟气带走的液滴通过旋风分离器分离,除尘效率可达95%,但文丘里管磨损严重,维护费用大 ,水泥厂很少使用。
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通过上述对各种除尘器的比较 ,笔者的结论是 ,传统的袋收尘、电收尘由于维护费用高,一次性投资大,对SO2等有害气体无能为力等缺陷,在工程中要逐渐淡出,尤其对烧成烟气要淡出。大力推广新型湿法洗气装置,进一步完善湿法洗气废水循环利用及沉渣综合利用 ,在安徽省已有成功范例。
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