喷淋洗涤塔在石灰窑顶除尘治理中的应用

2023-12-20张铭洋郭志刚李晓光李胜男

纯碱工业 2023年6期

张铭洋,郭志刚,李晓光,李胜男,陈星

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

我车间10台石灰窑所产生的窑气在满足正常生产使用的情况下,大约有14 000～21 000 m3/h的富余量,粉尘含量400～700 mg/m3。石灰窑上料过程中料盅频繁开启,导致窑气外溢造成粉尘污染[1]。自2004年开始,我车间就着手窑顶除尘治理工作,先后引入以布袋除尘器为主的干法除尘系统和以洗涤塔、静电除尘器为组合的湿法除尘系统,并取得了良好的使用效果,消除了窑顶粉尘外溢的环保风险。

1 干法除尘系统应用

2004年我车间引入干法除尘系统,由布袋除尘器、配套的风机、窑顶复线和废灰仓组成。布袋除尘器通过窑顶复线与石灰窑窑顶相连接,泄漏的窑气从窑顶经窑气复线进入布袋除尘器内,经过除尘净化后的窑气由风机出风口排出,废灰进入废灰仓。

由于石灰石和焦炭内部含有一定的水分以及在运输上料过程中经货场喷淋除尘作用下导致石灰石和焦炭中混有大量的水分,石灰石和焦炭经石灰窑煅烧后产生的窑气含湿量过高,并主要引发以下两种问题现象:

1)窑气含湿量大,布袋表面易形成絮状结疤且不易在除尘器喷吹作用下掉落,严重的还会发生“糊袋”现象。尤其是冬季环境气温较低和夏季温度较高时[2],布袋结露现象更为严重,从而使除尘器除尘效率和能力大大下降。同时还会增加系统运行阻力、风机的运行负荷及能耗,需要频繁更换布袋来解决问题,检修强度和费用支出较大。

2)窑气中的水蒸气冷凝后由气态形成液态后进入到除尘风机中,长期运行会导致风机叶轮、轴及壳体等部件的腐蚀,并加速叶轮结疤导致叶轮失衡,同时风机进出口各法兰接口处发生滴漏现象,检修及岗位清理工作频繁。

2 湿法除尘系统应用

为了提高设备稳定运行周期,降低检修强度及费用支出,在2018年增加了石灰窑窑顶湿法除尘系统,即窑气洗涤塔与湿式静电除尘的二级除尘组合,如图1所示。本系统中包含3台筛板洗涤塔、2台湿式静电除尘器和3台除尘风机以及各附属管线等。

图1 湿法除尘系统工艺流程图

筛板洗涤塔内部设有三层搭接组成的筛板装置,每层筛板满布φ6通孔,如图2所示。在使用过程中,气体自上而下穿过筛板及筛板上的液层,通过气体的鼓泡使窑气中的粉尘得到洗涤净化。

图2 筛板洗涤塔及筛板结构示意图

相较于干法除尘系统,湿法除尘系统中各设备的使用周期得到明显提升,窑顶除尘治理效果更加明显,但是也出现了窑顶复线易堵塞、静电除尘器“放电”运行周期短,运行周期为1～2个月,以及石灰窑窑顶仍存在冒烟的现象等问题。

当洗涤塔的筛板堵塞后,系统的风量、管道内的气体流速会明显降低,管道堵塞现象更加凸显,窑顶冒烟以及静电除尘器“放电”的现象会明显加剧。经分析判断,我们得出的结论是:筛板洗涤塔的结构不适合我车间目前的生产环境,筛板易堵塞导致洗涤塔的除尘能力与效率降低,并且会导致整套系统的气体流速降低,致使窑气复线内部结疤堵塞较快。为此,我们决定将筛板洗涤塔改为具有除尘效率稳定、系统阻力小、气液交换充分、节能等优势的喷淋洗涤塔。

3 喷淋洗涤塔的应用

3.1 与筛板洗涤塔相比,喷淋洗涤塔的优点

1)内部构件少、质量轻。与筛板洗涤塔相比,喷淋洗涤塔内部用喷淋管替代筛板装置,构件少,安装方便,且安装精度要求相对较低。

2)内部构件结疤可能性较低,运行阻力小。喷淋管代替塔盘装置,改变了气体以鼓泡的形式通过塔盘装置液层,降低了系统运行阻力。同时,也避免了塔盘装置筛板小孔由于水中杂质或窑气中的粘性固体颗粒堆积,造成塔盘装置结疤堵塞等导致系统运行阻力上升、除尘能力下降等问题。

3)采用多层雾化过滤工艺,使得气液交换充分,除尘效率稳定。

3.2 与筛板洗涤塔相比,喷淋洗涤塔的缺点

喷淋洗涤塔一般采用较小的气液比即可达到使用要求,所选择的喷嘴规格也相对较小,当冲洗水中杂质较多或颗粒较大时,容易造成喷嘴及管道堵塞的现象。为了保证设备稳定运行,需定期进行检查、清理。

3.3 喷淋洗涤塔的选用

综合我车间生产窑气富余量、场地空间、冲洗水中含有腐蚀性介质以及采购成本等因素,我车间选用的喷淋洗涤塔规格为φ2200×8353,塔体整体选用钢衬PO的结构形式(8 mm碳钢钢体+6 mmPO内衬),塔内件全部选用316L不锈钢材质。内部主要构件包括:除雾器冲洗装置、除雾器、窑气除尘喷淋装置、气体分布器和进气管。详见图3。

图3 喷淋洗涤塔结构示意图

除雾器冲洗装置:本冲洗装置位于洗涤塔顶部,共包含4组均布的1/2′螺旋雾化喷嘴,主要用于除雾器冲洗,防止除雾器结疤堵塞。外部与冲洗水主管道连接,管道上次设有电动球阀、过滤器和电磁流量计,通过DCS远程控制电动球阀开关定时对除雾器进行冲洗清理,防止除雾器因结疤导致堵塞,通过流量计进行水量实施监测并进行调节控制。

除雾器:我们所选的除雾器为ME折线型三通道结构,具有结构简单、易于冲洗、除雾效率高且板片临界速度较高的特点。除雾器位于洗涤塔靠近顶部、窑气喷淋装置下部位置。主要作用是利用水膜分离原理,液滴由于惯性与除雾器板片发生碰撞实现气水分离,高效捕获窑气中浆液雾滴,最大限度的减少窑气中的浆液含量,对下游设备稳定运行有着重要作用[3],结构及工作原理详见图4。

图4 除雾器结构及工作原理

窑气除尘喷淋装置:包括三层相同的喷淋装置,我们选用的喷淋装置主要为3/8′螺旋雾化喷嘴和冲洗水管道,螺旋雾化喷嘴具有耐腐蚀性强、耐磨性好、不易堵塞且雾化效果好的优点[4]。3层喷淋装置纵向等间距分布于除雾器与气体分布器之间,通过喷嘴的规格(主要是喷射角度、水压、水量等)确定喷嘴的数量及冲洗水管道管径,从而使的每层喷淋装置的冲洗水能够全覆盖洗涤塔的横截面,横向按等角度α=20°错开排列布置,使所有喷嘴在洗涤塔横截面内分布均匀,在选择α的角度值时,应综合考虑喷射角、喷嘴数量、水压等因素,从而使冲洗水在洗涤塔内尽量均匀,避免因水量不均而影响气体在洗涤塔内的分布。外部与冲洗水主管道连接,管道上次设有调节阀、过滤器和电磁流量计,根据石灰窑顶压、系统抽气量等参数变化,判断系统风量变化,通过DCS远程控制调节阀开度以及流量计检测,进行水量调节。窑气除尘喷淋装置布置示意图详见图5,其中C1-C2、C3-C4、C5-C6分别为3层相同的喷淋装置,结构详见图6。