浅谈双膛石灰窑尾气除尘设计

文 // 吴碧容 谌宏波 宝钢工程技术集团有限公司

浅谈双膛石灰窑尾气除尘设计

文 // 吴碧容 谌宏波 宝钢工程技术集团有限公司

双膛窑技术是一种以低热值煤气为燃料生产活性石灰的技术，因本体结构简单、石灰质量高、运行费用低等诸多优点，近几年应用非常广泛。青海3座石灰窑正是采用这种窑型，单座窑日产450t低生烧、高活性度石灰，经烘干后作为原料再向电石生产车间供应。

为满足国家日益严格的环保标准，也为了给双膛窑的正常生产提供保证，双膛窑尾气除尘系统的设计至关重要。

1 设计参数

青海石灰窑燃料采用电石炉尾气和天然气双燃料系统，其中电石炉尾气需进行除尘、除焦油净化处理。双膛窑尾气的主要成分是燃烧烟气、石灰石分解气体和过剩空气等，尾气量随窑产能波动也随之波动。设计参数如下：

（1）每座窑标准状态下的尾气产生量为：55000Nm³/h。

（2）窑顶尾气温度：平均120℃。

（3）尾气的成分（体积浓度%）：CO2占0.7%，H2O占0.364%，N2占0.951%，O2占0.89%，CO占0.25mg/Nm³(at 10%O2)。

（4）露点温度：44℃。

（5）含尘浓度：≤8g/Nm³。

（6）粉尘比重：1t/m³，粉尘有CaO、SiO2和硫化物等。

2 除尘系统流程

2.1 尾气系统

窑尾气离开窑筒后，经下降管至三通换向阀，在三通换向阀前管路上设置温度检测装置，并设定上、下限值。在除尘器入口管道上设一个冷风阀，冷风阀一端与尾气除尘管道相接，另一端与大气直接相通。正常情况下窑尾气经布袋除尘器过滤，净化后的烟气再经变频离心风机和排气筒排放；特殊情况下窑尾气经旁通管道和排气筒直接排放。

除尘系统流程如图1。

图1

三通换向阀前管路上的温度值设定原则如下：

（1）下限值根据窑尾气的露点温度来设定，下限值要高于露点温度。若尾气温度低于下限值，为防止除尘器布袋粘袋，尾气直接走旁通。

（2）上限值根据所选布袋除尘器滤料的耐温来设定。若检测温度高于上限值，为保护除尘器布袋，冷风阀自动开启，在窑尾气中混入室外冷空气。

当窑尾气中含有大量水蒸气时，窑尾气经旁通管道和排气筒直接排放。原因如下：水蒸气易于在空气中与粉尘结合，附着在除尘器布袋表面，使布袋板结老化，过滤效果降低，而且减少布袋的使用寿命。在开窑初期，由于尾气中的水蒸气含量大，为防止尾气通过除尘器结露，板结布袋，窑尾气直接经旁通排出水蒸气。当窑尾气温度升至设定下限值后，才经三通换向阀改道至布袋除尘器过滤。

2.2 粉尘系统

布袋除尘器大灰斗下设有螺旋输送机，除尘器和螺旋输送机都布置在风机房屋面上，储灰仓布置在风机房室外地坪上。窑尾气经布袋除尘器过滤后，粉尘进入除尘器大灰斗储存，当大灰斗中的粉尘到达高料位时，螺旋输送机自动运行，将粉尘经溜灰管送至储灰仓储存。储灰仓中的除尘灰定期用真空吸引罐车外送至水泥厂，用作水泥原料。

3 技术特点

3.1 窑尾气温度低

双膛窑采取并流蓄热方式，利用两个窑膛周期性交替煅烧石灰石来生产优质石灰，煅烧和气体的流动方向阶段性地交替发生。石灰窑排放出的尾气与进入石灰窑的燃烧空气通过预热区的石灰石进行热量交换。预热区中的石灰石起着蓄能装置的作用，在第一个循环中，预热区的石灰石从排出的尾气中回收热量；在第二循环中，石灰石将所蓄积的热量返还给燃烧空气。当一个工作周期结束后，两个窑膛进行换向操作。

由于双膛石灰窑回收了所有尾气的大部分热量，这极大地降低了石灰窑的能耗。离开窑筒的正常尾气温度120～140℃，极端高达170℃。

3.2 除尘器滤料

双膛石灰窑尾气及粉尘具有如下性质：

（1）石灰粉尘为碱性。

（2）石灰粉尘为亲水性粉尘，易吸收烟气中水分而水解，易吸水变硬变黏。滤料因粉尘水解工作不正常，形成糊袋现象。

（3）烟气中含水体积浓度为0.364%vol。

针对尾气及粉尘性质，综合考虑使用寿命、投资等因素，选定诺梅克斯作为滤料。这种滤料具有耐碱性能很强，可在204℃的温度下连续操作，具有极佳的高温稳定性，不直燃也不助燃等特点。

3.3 风机变频调速

为了维持布袋除尘器的入口压力稳定，除尘风机采用变频调速。基于这点原则，风机根据窑的工艺要求分为三个调速控制阶段，即正常窑循环煅烧时、煅烧期间向窑内加料时和窑膛切换期间。

正常窑循环煅烧时，窑尾气量大，此时除尘风机转速高。风机转速根据石灰窑产能波动进行调整，产能大则转速高，反之则低。

煅烧期间向窑内加料时，为了防止窑膛内灰尘外逸，在打开加料阀门的前几秒钟提高除尘风机转速以增大加料侧窑膛负压；加料结束后，将加料阀门关闭，再将除尘风机恢复到窑正常循环煅烧时的转速。

窑膛切换期间，窑体因助燃空气和燃气突然停止供气失压，此时风机转速快速降低。

以上三个阶段的风机转速，自动控制模式下可根据窑的产能状态在HMI系统中设定转速值，也可以在手动模式下通过操作箱设定转速。

4 结语

该除尘系统工艺简单，石灰窑尾气排放粉尘含量小于20mg/Nm³，实现了清洁生产，达标排放。

为防止尾气过快降温至露点温度，将石灰窑的下降管以及与除尘器入口间除尘管道设计了保温。为防止粉尘板结，将除尘器大灰斗和储灰仓设计电伴热和外保温。目前除尘系统运行两年，无粘袋和堵灰现象发生。

除尘灰采用真空吸引罐车运至水泥厂，避免二次扬尘。