水泥生产对环境产生的污染有粉尘、废气、废水和噪声四个方面,其中危害最大的是粉尘污染。可以说,水泥生产过程的每一环节,从原料进厂到成品及散装出厂都存在粉尘污染。了解在不同的气体条件和粉尘性质下袋收尘器的性能,对正确、合理地使用工业除尘设备至关重要。
1 水泥厂粉尘污染特点
(l)浓度高。生料磨、水泥磨、旋窑所处理的物料都是粉状的,并且都有气体通过,于是大量的粉尘被气体带出,浓度大都在20g/m³以上。把袋收尘器作为成品的收集装置时,气体浓度可达1000g/m³。
(2)温度高。现在广泛兴建的预热预分解窑窑尾废气温度在350℃左右,余热锅炉窑的窑尾排风约在220℃左右。
(3)湿度高、露点高。如用于同时烘干生料磨和烘干机的排风,其露点都较高,尤其象矿渣烘干机,排风露点可能超过60℃。湿度高就易出现结露现象,引起滤袋堵塞,阻力升高,并使设备锈蚀。
(4)易燃。煤磨系统的放风中带有极细的煤粉,稍有疏忽就容易引起燃烧甚至爆炸事故。
2 不同条件下的袋收尘技术
2.1常温条件下的袋收尘技术
水泥粉磨系统用的袋收尘器是温度不高而浓度较高的代表。粉尘浓度过高时,使袋收尘器的通过阻力较高,对此过去许多厂是在袋收尘器前增加一级旋风筒,先收下大部分粉尘,使进人袋收尘器的气体含尘浓度下降,以求降低收尘器的阻力,使用中发现这种办法的效果并不理想。
旋风筒对粗颗粒有很高的收尘效率,而对细颗粒效率则很低。经过旋风筒后,气体中的粗颗粒所剩不多,而细颗粒大部分仍留在气体中。我们知道,影响过滤阻力的是细颗粒,旋风筒对此则无能为力,仅表现为袋收尘器阻力下降少许,大约20%。同时由于粉尘中的粗颗粒较少,反而使清灰变得困难了。因为单纯的细颗粒粘附性强,不易从滤布上掉下来,这样袋收尘器的阻力虽稍有降低,而旋风筒本身的阻力却有80~150mmH2O,显然这种办法得不偿失。
让含尘气体通过某种过滤织物,气体就会从织物的纤维中通过,而把粉尘的颗粒留住,透过去的气体就与粉尘分离而变成“干净”气体,这就是过滤除尘作用。这种现象通常称作为“过滤”过程。任何滤布,都由纤维原料制成,有的纺织成布,有的不纺而成毡,它们的纤维之间存在着有规则或不规则的孔洞,孔径虽小,但总有限度,因为纤维本身具有大于10μm的直径,因此孔洞不太可能小于它。一般粉尘颗粒都很细,小于10μm的颗粒可能占50%~95%,因此大量的粉尘从纤维间通过,但是其细微的颗粒却很容易粘附在纤维上,使纤维的空隙变小。愈粘愈多空隙愈小,最终把空隙全部占满,此时气体通过的路径只存在于粉尘颗粒之间,颗粒愈细则空隙愈小,愈能挡住最小的颗粒,这种现象通常称为“捕捉”过程。在新的收尘器刚使用时,可以看到这种现象。由于滤袋全新,刚接通后大量的粉尘就从纤维间逃走,除尘效率暂时较低,但是用不了多久,滞留的粉尘一旦形成了初始过滤层,则只有极少数的粉尘能透过去,此时甚至用肉眼看不到烟气,表现出很高的收尘效率。
我们认为,只要条件许可,应增加收尘器的过滤面积,降低过滤风速,这样才可以得到较好的经济效果。
大家知道,收尘器的阻力与过滤风速成正比,也随粉尘层的厚度增加而增加。如果使过滤面积增加15%,相当于过滤风速降低了13%,积灰层的厚度同样降低13%,这样过滤阻力就可降低20%左右。现以处理风量为20 000m³/h的收尘器为例,XDC型,出厂价80000元,旋风筒10000元,共90000元,总阻力约250mmH20。如果把过滤面积放大15%,则袋收尘的造价增为92000元,取消旋风筒,总阻力降为130mmH2O,设备价相当,但每年却可减少用电10万KWh(以7000计算)。由此可见,不应采用旋风筒作为预收尘设备。
在常温下可选用的袋收尘器是很多的,国内已大量采用气箱脉冲式和XDC型反吹风式。所谓气箱脉冲式,就是把脉冲式收尘器分隔成几个室,顶部设有集气箱,用一个大口径的(φ63)脉冲阀引入脉冲压缩空气,依次对每一室进行脉冲反吹清灰。这些袋收尘器目前在国内得到了广泛而普及的应用,实践证明,它们已完全能取代进口产品。
常温下的过滤材料可选用涤纶绒布,或者针刺涤纶毡,后者性能较好。过滤风速可选择0.8~1.2m/min。
2.2高温条件下的袋收尘技术
回转窑窑尾的烟气是高温条件的代表,并以分解炉预热器窑和余热锅炉窑两种窑型最为典型。余热锅炉窑的废气温度约为220℃,不会超过250℃,可以直接进人玻纤袋收尘器。分解炉窑窑尾温度为350℃左右(五级预热器的低一点,四级预热器的高一点),超过了玻纤袋的耐热限度,烟气必须先经冷却,降到260℃以下,才能进人玻纤袋收尘器。冷却的方法有两种,一种是喷雾冷却,采用现有的增湿塔作为冷却设备。喷雾冷却的缺点是使烟气的湿度增高了,要求有较好的防结露措施,同时还会因喷嘴或控制不妥造成塔下集灰水分大增。这一方法现在已经不采用了。现在采用的方法是强制空气冷却技术,让高温烟气从排管内通过,并用轴流风机强制冷风从排管外通过,以热交换的方式使烟气降温。其设备占地面积、造价与增湿塔相似,电耗也与增湿塔不相上下。其优点是烟气较干,控制容易,阻力低,热交换效率高。控制方法是根据进人袋收尘器的烟气温度的高低,增加或减少轴流风机的运转台数。用排管自然冷却效果不如强制风冷的效果,可降温80~100℃左右,超温时掺人冷风。
到目前为止,可供选用的高温过滤材料还只有玻璃纤维布,它的使用温度<260℃,还有几种合成纤维如诺曼克斯,又称芳纶1313,学名为耐酸聚酞氨,可承受200℃的高温,原料需进口,价格不菲,所以不宜大量使用。
玻纤滤袋缺乏韧性,不耐折,根据这一特点逆气流清灰是唯一可采用方法,逆气流的压差必须适当,应经过调整后确定。在日常管理中滤袋的存放、搬运、更换要避免尖锐物、硬物的磕碰,不能垫座及脚踩。以前在织机上直接织成的圆筒袋,因圆袋上下层过渡处经常拉套而易破,现在已不再使用,取而代之的是用斜纹布经三针缝机缝成的圆筒袋。
玻纤袋收尘器可以设计成正压操作,也可以设计成负压操作。在粉尘磨损性不大的情况下,应尽量采用正压式。因为在正压下,对收尘器内滤袋的检查和更换都比负压式方便得多。有的厂采用矿渣配料,为遗给舔寸风机的磨损,可选用负压式。
随着袋收尘器技术的发展,目前在我国大型脉冲袋收尘器的研制正逐步形成气候。滤料本身以及脉冲阀等关键产品的质量和寿命提高,将会给这类收尘器的广泛使用提供保障。
2.3高湿条件下的袋收尘技术
所谓高湿度,是指收尘器的工作温度接近被处理气体的露点。袋收尘器一旦结露,水分即浸人粉尘层中,颗粒之间的通道被水堵死而使收尘器阻力大为增高,湿粉粘性使清灰变得非常困难,结成湿饼的粉尘难以从滤袋上掉下。实际上除了水收尘器外,任何收尘器都不可能在露点下正常工作。
保证收尘器内不结露是高湿条件下收尘技术的关键。在收尘器外部包上隔热材料,减少热量损失,是必须采用的技术。有一种经验认为进气温度高于露点20℃,加上良好的保温措施,可以保证收尘器不结露。而冷风的漏人更不能忽略。事实上,保温不难而控制漏风则较难,但这往往不为人们重视。可以通过计算来说明散热与漏人冷风对气体降温的影响(表1)。
假定条件:
环境温度,一10℃;
散热系数,4.18J/m²·h·℃;
处理风量,4000m²/h;
散热面积,30m²;
进气温度比露点高20℃。
可以看出,在寒冷的条件下,并不是太好的保温即可使散热降温很少,而渗人冷风使气温迅速下降,同样是进风温度比露点高20℃,温度愈高,降温后愈是接近露点。对于进风80℃,露点60℃,当漏风达到20%时,器壁已经接近露点,可能出现局部结露现象。
通常不能只是笼统地要求超露点20℃,必须强调控制冷风的漏人。由表1可以看出,随着漏风率的增加,漏风温降迅速上升。因此在收尘器使用过程中,需严格控制漏风。在使用现场经常可以看到卸灰阀失灵,而使漏风增大,操作工可能对此毫无觉察,或者因为收尘器还在正常工作而不在意,时间一长,必将直接影响收尘器的正常使用。必须强调,并非保温不重要,而是保温的重要性已为人们所认识,并且容易做到。
烘干机排风采用电收尘器收尘时,常可看到在卸灰阀的上方,极板的腐蚀比较厉害,虽然整机结露不常发生,这种现象说明了因漏风而致局部结露是经常出现的。
2.4煤磨放风的袋收尘技术
煤磨放风除尘是水泥厂老大难问题。煤粉易燃、易爆,煤磨袋收尘器所收集的是经过细粉分离器分离后留下来的比成品更为细小的煤粉。成品煤粉的平均粒度可能是60μm以上,而收尘器收下的煤粉粒度为14μm左右(表2),更易燃烧。
防燃防爆是煤粉放风收尘的技术关键,温度过高是煤粉燃烧的首要原因。煤磨排风温度是煤磨系统的主要控制对象之一,通常控制在80℃左右,进人收尘器的气体温度不会超过90℃。当温度超过时,说明情况反常。收尘器的出口、进口和集灰斗各有一个测点用Pt100热电阻测温,信号被送至控制台。一般指定90℃为报警温度,当任何一个测点温度超过90℃时,控制台和现场同时会发出声光报警,此时岗位工必须应答,即按一下应答按钮,声光报警即刻停止,并给10~15min的时间让岗位工查明超温原因,采取措施使系统恢复正常。假如没有人按答应按钮,控制台没有收到答应信号,声光报警将持续发出,并在1~2min后发出切断引风机电源的指令,引风机自动停止,迫使煤磨停运。引起超温的原因很多,如煤磨进风温度过高,煤磨喂料口堵塞,更换了煤的品种等等,并不一定是燃烧的前兆或说明燃烧已经发生,应该由岗位工来判断超温的原因和应采取的措施,也并非一定需要停磨处理。
在常温下煤粉也在缓慢地氧化并放出热量,当热量散发出去时,煤粉的温度不会升高很多,就一直处于缓慢氧化状态。煤粉愈细,缓慢氧化速率就愈高,而细粉成堆,内部空隙率大,容氧量大,散热却更差,使堆内温度升高而转变成激烈氧化,也就是燃烧。
煤磨收尘器的另一个技术措施是防止煤粉在收尘器的管道、灰斗等处的堆积。为此在设计中凡有煤粉的地方,不应有倾斜角小于70°的可以大量集灰的地方。值得一提的是灰斗下的卸灰阀必须可靠,当卸灰阀失灵不能排灰时,不要只看到收尘器照样运转而不及时修理,因为灰斗内的煤粉会因为不能卸出而堆积,自燃而着火。排灰阀属于必须抢修的部件,不得延误。
为烘干水分,煤磨系统总是有热风来源的。一般情况下,采用双风机系统,主风机承担煤磨、粗粉、细粉回路,并有部分排风;另一风机,即收尘器风机把排风吸人袋收尘器。有时磨机或分离器有故障需停机检修时,主风机将停止,此时如果收尘风机继续开着,热风将通过管道直接进人收尘器,收尘器内温度会迅速升高而引起燃烧。故收尘风机必须与主风机连锁,随主风机的停止而停止。
静电积累引起火花放电也是引起爆炸燃烧的原因,因此煤磨收尘器必须用防静电织物缝制的滤袋。
煤磨袋收尘器也有爆炸的可能性,因此设有安全泄压阀。本来收尘器是在负压下工作的,当压力升高到+100mmH2O时,泄压阀就自动打开。另外煤磨放风的露点也比较高,防结露措施也是很重要的。
3 几点建议
3.1过滤风速
每种袋收尘器都有一个合理的过滤风速范围。水泥厂处理的粉尘比大多数其它行业的粉尘细,发电、冶金、化工、矿业等行业的粉尘比水泥厂的粗,只有炭黑、颜料少数行业更细。我们在选择过滤风速时应该选低值。对于常温的,如反吹风、脉冲反吹、气箱脉冲等收尘器,用于生料磨上,建议选用1.0m/min;用于水泥磨上,选用0.8m/min。因为水泥比生料更细,尤其在生产特种、高级水泥时粒度更细。对于高温玻纤袋收尘器,用于预分解窑,过滤风速选用0.4m/min;用于余热发电窑,选用0.4~0.45m/min。我院新近研制的用于预分解窑的长袋脉冲收尘器CDMC型,过滤风速可选0.8~1.0m/min。
3.2结露与热耗
烘干机的热效率愈高,它的排风温度就愈低,收尘器就更易结露,因此,除了做好设备的保温措施、控制前后漏风之外,不要片面地追求省煤。假如多烧一点煤,使排气温度提高10~20℃,而使收尘器能正常运转,这是值得的。
3.3系统阻力
一般情况下,袋收尘器是一个通风系统的最后组成部分,它的阻力直接影响系统的总阻力。负压系统的漏风使总风量增加,又直接影响袋收尘器的阻力。因此在选择袋收尘器能力时要充分考虑漏风量的大小。但是在系统运行中也必须注意系统的密封件是否正常,如有异常,应该修复。任其漏风而责怪收尘器阻力太高,把系统风量不够的责任完全推给收尘器,这种现象已经多次遇到。由于负压下漏风是向内的,密封失效后,本岗位可能毫无反应,甚至在卸灰阀关不上时,对由于大量漏风使灰尘一点也卸不下来(如旋风筒下,锅炉下)仍熟视无睹。减少漏风对于降低热耗、电耗、提高产量、质量都是有利的,而如任其漏风而不加整治,多大的收尘器都不会有令人满意的收尘效果。
