氯化钾干燥尾气除尘技术探索

赵 宁

(青海盐湖工业股份有限公司,青海 格尔木 816099)

青海盐湖工业股份有限公司(以下简称“公司”),拥有500万t/a氯化钾生产能力,公司掌握盐湖卤水提钾全套生产技术,包括“反浮选—冷结晶”、“冷结晶—正浮选”、“热溶—真空结晶”、“兑卤—冷结晶”,实现了盐湖钾资源分类利用和氯化钾多元化产品生产。在氯化钾生产过程中,干燥工序是保证产品质量、控制氯化钾生产能耗、实现绿色环保生产的关键工序,干燥尾气的除尘及利用是干燥工序提升经济效益、节能、环保的重点控制环节。随着市场对氯化钾产品质量要求的提高,国家对“节能降耗”、“打赢蓝天保卫战”政策要求的逐步加强,公司提升氯化钾市场竞争力的要求,为此要对氯化钾干燥尾气除尘技术进行研究探索。

1 氯化钾干燥及尾气产生原理

1.1 氯化钾干燥原理

干燥的目的是除去某些原料、半成品中的水分或溶剂,就化学工业而言目的在于使物料便于包装、运输、贮藏、加工和使用。氯化钾干燥是将加工工序生产的湿精钾(水分含量7%～9%)通过干燥处理,使成品氯化钾水分含量将至1%以下,满足氯化钾产品标准要求。

干燥是传热传质同时伴随发生的除湿过程,干燥所需的热量是由干燥介质通过对流、传导、热辐射及介电的方式传给被干燥物料的,使物料中的水分获得热量后变成蒸汽从其中分离出来,最后得到含量较低的且达到某一规定要求的干燥产品。氯化钾因其物料特性,干燥主要采用直接加热式回转圆筒干燥机,回转圆筒干燥机是一种处理大量物料干燥的干燥器,具有结构简单、运动可靠、操作弹性大、适应性强、处理能力大等特点。其工作原理为湿精钾由皮带输送机通过卸料装置加入干燥机进料口,干燥机主体是略带倾斜并能回转的圆筒体,湿精钾进入圆筒内部时,与通过筒内的热载体(烟道气)成顺流接触并与加热壁面进行有效接触而被干燥,干燥后产品从另一端下部出料。在干燥过程中,物料借助于圆筒的缓慢转动,在重力作用下从高的一端向较低一端移动。筒体内壁上装有顺向扬料板,不断把物料抄起又洒下,使物料的热接触面大大增强,提高了干燥速率并促使物料向前移动。由于湿氯化钾物料具有粘结性,转筒前段扬料板加挂碳钢链条,防止湿物料粘结。

1.2 氯化钾干燥尾气产生原理

氯化钾干燥热载体(烟道气)由直接加热式燃气热风炉提供,热风炉主要由燃烧器、热风炉主体、鼓风机、电气控制柜组成,热风炉主体分为燃烧室和混合室两部分,燃烧室是燃气进行充分燃烧的空间,天然气和助燃空气混合燃烧产生的高温烟气与外界鼓风机(调温风机)送入的冷空气在燃烧室出口(混合室入口)处旋转混合进入混合室,达到设定的温度后,进入干燥机。燃烧器可根据设定的温度参数自动比例调节燃气量和助燃风量,将烟道气温度控制在设定的温度值。为保证湿氯化钾物料高效脱水,氯化钾烘干烟道气温度控制在700 ℃左右,通过后端引风机做功将高温烟气引入干燥机内部,与干燥机内物料完成接触换热,干燥过程产生的粉尘和物料水分气化产生的水汽随干燥换热后的尾气(120 ℃～150 ℃)由引风机引入除尘器净化后排空。进入除尘器的尾气还包括干燥机进料口和出料口漏入的空气。

2 氯化钾干燥尾气除尘技术现状及分析

2.1 现有氯化钾干燥尾气除尘技术原理

目前氯化钾干燥尾气除尘主要采用一级旋风除尘+二级脉冲式布袋除尘。干燥含尘尾气首先进入旋风除尘器,由于除尘器的特殊结构会变成旋转气流并产生离心力,从而将粉尘颗粒从气体中分离出来,旋风除尘器仅可分离较大粒径物质,除尘效率85%左右。经过一级旋风除尘的尾气粉尘量减少,进入二级脉冲式布袋除尘器,含尘气体进入布袋除尘器经过灰斗时,气体中部分较大颗粒粉尘受惯性力和重力作用被分离出来,直接落入灰斗底部,含尘气体通过灰斗后进入中箱体的滤袋过滤区,气体穿过滤袋,粉尘被阻留在滤袋外表面,净化后的气体经滤袋口进入上箱体后,再由出风口排出。滤袋外表面的粉尘层不断积厚,除尘设备的阻力不断上升,当设备阻力上升到设定值时,清灰装置开始进行清灰,电磁脉冲阀开启,诱导数倍的二次空气高速射入滤袋,使滤袋急剧鼓胀,依靠冲击振动和反向气流而清灰,附着在滤袋外表面上的粉尘被剥离落入灰斗中。布袋除尘器正常运行时,除尘效率可达99%以上,除尘器出口气体含尘浓度降至30 mg/m3之内。

2.2 现有除尘技术问题分析

氯化钾干燥尾气除尘采用一级旋风除尘+二级脉冲式布袋除尘,在冬季运行时布袋除尘器滤袋物料粘结,仓壁腐蚀、花板积灰严重,无法使用,分析其原因主要有以下几点:

(1)冬季气温低,干燥尾气经过一级旋风除尘后温度下降严重,尾气温度降至露点,进入布袋除尘器后在箱体内结露。

(2)脉冲布袋除尘器脉冲风源为外界空气,冬季气温低,用压缩空气喷吹引起混合气体温度低,造成布袋结露物料粘结。

(3)氯化钾物料本身具有吸湿性,当相对湿度在80%以上时,有轻微吸湿,相对湿度增加到90%以上,便会严重吸湿并开始潮解结块,加之含有氯化镁杂质,氯化镁具有较强吸水性,而且干产品会产生吸潮现象,布袋除尘器仓室内温度低于120 ℃后,已干燥的氯化镁杂质吸潮,富集粘结在滤袋表面,无法清除。

(4)干燥尾气温度、湿度波动较大,布袋除尘器整体的保温性、密封性无法保证布袋除尘器正常运行。

3 氯化钾干燥尾气除尘新技术应用

3.1 氯化钾干燥尾气除尘新技术原理

新型氯化钾干燥尾气除尘技术采用一级机械振动+反吹风袋式除尘器,除尘器采用模块化设计,模块化袋式除尘系统将单个袋式除尘设计成独立过滤单元,整体系统由独立的模块单元并联组成。干燥含尘尾气通过进口总管、过滤室导流管分配至各除尘过滤室,并通过花板分布后进入到滤袋内,大颗粒粉尘随气流达到整个过滤室后直接落入灰斗,其余粉尘在导流系统的引导下,随气流进入中箱体滤袋内的过滤区,通过过滤介质的截流作用,含尘烟气中的粉尘截留在滤袋内表面,过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体净气室至排风管排出。随着过滤过程的进行,粉尘沉积在滤袋的内表面,滤袋内外的压差会逐渐上升,当滤袋内表面积灰达到一定量时,为避免系统阻力过大,需要进行清灰操作。清灰采用机械振打+反吹风清灰的方式,由清灰控制装置按设定程序打开反吹风并利用净化后的洁净风进行反吹清灰,加之机械振打保证滤布再生效果。清灰机构由反吹风机和电动开断阀组成。清灰时,电动阀接受电控系统信号动作并打开,来自反吹风机的反吹风进入箱体,压缩滤袋外侧,引发滤袋全面抖动,使滤袋从膨胀状态转向吸瘪状态,从而清除附着在滤袋内表面的粉尘,达到清灰的目的。

3.2 新型氯化钾干燥尾气除尘技术优势

(1)取消原有的一级旋风除尘器,干燥尾气通过尾风罩直接进入除尘器内部,保证了除尘器内部温度,防止尾气温度降低产生的结露现象。

(2)采用内滤式布袋除尘器,布袋再生风源无需高压气体,采用了同温的洁净尾气进行再生,避免了仓内结露。

(3)模块化袋式除尘器每个仓室都完全独立,一个仓室损坏不会影响其他仓室使用,并且可单模块更换,不会造成整体设备报废。

(4)因氯化钾物料的吸潮特性,设计逆气流清灰基础上增加了机械周期振动,形成了混合清灰方式,保证了滤布再生效果。

(5)除尘器进风管采用均压风道设计,进入各个仓室风量均匀,保证每个仓室同负荷运行,提高除尘效率。

(6)除尘器整体、风管、阀门、法兰等均保温处理,在保温设计中有冷桥隔断措施,保证除尘器在干燥尾气温度、湿度波动时稳定运行。

4 氯化钾干燥尾气除尘技术总结及思考

氯化钾新型反吹风布袋除尘技术,根据氯化钾物料特性进行除尘器设计,利用干燥尾气直接进入除尘器,保证了除尘器运行温度,消除了冬季运行结露现象,通过净化后的高温尾气反吹清灰,解决了脉冲清灰布袋结露粘结的问题,实现了氯化钾干燥尾气高效稳定除尘工艺模式。处理后的尾气粉尘含量降至30 mg/m3以下,降低了粉尘对环境污染的同时提高了氯化钾生产经济效益,实现了氯化钾绿色环保生产。

虽然新型反吹风布袋除尘技术解决了布袋除尘器冬季结露无法使用的问题,但还需对以下干燥除尘系统技术优化方向进行研究探索。

(1)新型反吹风式布袋除尘器运行状态和性能进行评价分析,系统探索氯化钾尾气布袋除尘器工艺控制参数,对布袋除尘器关键部件、控制装置进行研究优化。

(2)氯化钾尾气干燥布袋除尘工艺流程优化研究及干燥窑与布袋除尘器优化配置研究,形成氯化钾尾气干燥除尘系统优化配置。

(3)氯化钾干燥尾气余热回收研究,建立余热回收模型,形成氯化钾尾气余热回收应用方案,采用余热回收工艺,达到节能减排的目的。

(4)干燥、除尘、余热回收等氯化钾干燥全流程工艺控制模型研究,实现氯化钾干燥工艺智能化控制,减少人为因素对工艺控制的影响,提高设备利用率,降低生产成本。

(5)干燥除尘装备智能化应用及可视化应用研究,为氯化钾干燥工艺智能化控制提供数据支撑和多效控制手段。