水泥厂粉尘来源与除尘技术分析
第2卷 第4期
2008年12月
材 料 研 究 与 应 用
MA TERIAL S RESEARCH AND APPL ICA TION
Vo1. 2,No. 4Dec . 2008
文章编号:167329981(2008) 0420347205
水泥厂粉尘来源与除尘技术分析
彭春元1, 许日昌2
(1. 广州大学工程材料研究所, 广东广州 510006; 2. 广东省水泥行业协会, 广东广州 510013)
摘 要:从水泥生产工艺流程角度论述了水泥厂的粉尘来源部位, 并分析了各部位粉尘的特性. 针对各类粉尘的除尘难点, 提出了除尘对策. 阐明了袋式除尘器作为一种高效除尘设备已被广泛应用于水泥企业的各个生产环节.
关键词:水泥; 粉尘; 除尘器
中图分类号:TS210. 3 文献标识码:A
并随废气排出. 的(含
石灰石破碎、粘土烘干、
生料粉磨以及煤磨系统的除
图1 水泥生产工艺流程示意图
收稿日期:2008207223
) , 女, 湖南人, 副研究员, 硕士. 作者简介:彭春元(1966—
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尘) 、熟料烧成系统(按窑型分旋窑除尘和立窑除尘)
和水泥制成系统(水泥磨除尘和水泥包装及散装除尘) . 其中原材料制备(原料烘干除外) 和水泥粉磨过程中排出的气体一般为常温含尘气体, 而原料烘干过程排出的气体一般是高温气体; 立窑和旋窑窑尾、窑头(冷却机) 排出的含尘气体也是高温气体. 典型
的干法旋窑水泥生产工艺流程[1]如图1所示.
从图1可以看出, 水泥厂有四个主要集中除尘部位. 如果对这些尘源不加以防制, 会对工作人员的身体造成很多的隐患. 一般粉尘浓度在20mg/m 3以上就能看到, 且粉尘粒径越细对人的危害越大. 表1列出了粉尘粒径对人的呼吸系统的影响.
表1 粉尘粒径对人的呼吸系统的影响
>30
5～10
粉尘粒径/μm
3～51～3在呼吸道中可除去
要在肺泡中除去
0. 1～1
对人的呼吸系统的影响
肉眼便可看到
鼻腔或上呼吸道中可以除去
会在肺泡中沉积, 造成肺部硬化。
可与呼吸空气一起进出
1 水泥厂尘源部位
1. 1 破碎、, 可分为石灰石、石
膏破碎机和熟料破碎机; 按施工破坏力的不同, 可分为冲击型和挤压型二种. 其中冲击破碎机的产品粒度较细, 进入除尘器的气体的含尘浓度远大于挤压式破碎机. 由于破碎机工作时的冲击、挤压和摩擦等机械作用会产生部分热能使粉料温度上升, 但上升不会太高.
水泥厂运输原料的方式有皮带机、螺旋输送机和斗提机等. 由于在下料点处会产生扬尘, 尤其是大型斗提机, 会在物料进口处产生较强的扬尘. 原料储存有堆场和库存的方式, 按原料种类可将储料库分为生料原料库、熟料库和水泥库等. 当物料从储料库库顶的放料口进入的同时会带入气体, 在库仓内形成正压而使粉尘外泄. 1. 2 烘干机
. 水泥厂
、矿(钢) 渣磨、水泥磨和煤磨等. 磨机消耗的能量大部分转化成热能使原料中的水分在粉磨过程中蒸发. 当进磨物料水分高于2%时, 必须采用烘干兼粉磨工艺, 如生料磨和煤磨. 不带烘干的生料磨有钢渣磨等. 绝大部分水泥厂的旋窑是以煤粉作燃料, 而煤粉气体颗粒较小, 且是一种易燃易爆气体. 1. 4 立窑
水泥厂采用的烘干方法, 除自然烘干外, 主要有
两种, 一种是粉磨过程中同时进行烘干, 另一种是设置单独的烘干设备. 国内水泥厂烘干设备一般有回转烘干机、立式烘干机、悬浮烘干机和流态烘干机, 而使用较为普遍的是回转烘干机. 烘干设备排出的废气是水泥厂主要的粉尘排放源, 尤其是粘土排放系统. 其它需烘干的物料还有页岩、矿渣、钢渣和煤等, 烘不同的物料所产生的烟气特性有所不同.
立窑采用的是半干法生产技术. 由于各厂的原料、配料和煅烧方式(分明火、浅暗火和深暗火) 不同, 使立窑烟气的含尘浓度、含湿量、废气温度等工况条件变化很大, 废气的成分也较复杂. 立窑窑面湿料层的厚度直接影响立窑烟气的温度和含尘浓度. 深暗火操作时, 湿料层厚度达1000mm 以上, 通过湿料层的吸热和过滤作用, 烟气的温度降低(一般都
) , 含尘浓度也降低(5g/m 3左右) ; 明火低于50℃
操作时, 废气温度达250℃以上, 含尘浓度超过20g/m 3. 暗火操作则介于二者之间. 1. 5 干法旋窑
干法旋窑生产工艺中, 生料由窑尾悬浮预热器下料口喂入后, 逐级与窑内的热气流进行充分热交换并实现气体粉尘与固体颗粒的分离, 完成预热、分解和烧成后而产生的烟气则由窑尾预热器出风口排出, 而烧成的熟料则由窑头经冷却后排出, 因此干法旋窑窑尾排出的烟气非常复杂, 既含有生料带入的飞灰, 又含有经过一系列物理化学反应而形成的大
第2卷 第4期彭春元, 等:水泥厂粉尘来源与除尘技术分析・349・
量烟尘气体. 干法旋窑窑头冷却机的作用是由高压鼓风机鼓入强烈的冷空气, 使高温熟料得到急剧冷却, 而冷空气与熟料进行热交换后, 一部分作为二次空气进入旋窑, 多余的废气可利用其部分或全部作为其他用途的热源, 或经收尘后排入大气.
窑尾废气量小得多) , 也不是其粉尘浓度高(立式磨和O 2Sepa 选粉机的排放浓度几十倍甚或上百倍于它) , 而是其烟气的“湿、蚀、变”的特殊工况. “湿”指烟气含湿量大, 露点温度高, 酸露点温度更高“; 蚀”指含腐蚀性烟气, 尤其是添加复合矿化剂后氟酸的腐蚀尤为强烈“; 变”指废气量、含尘量、温度、湿度和粉尘比电阻值等参数随工艺操作条件的频繁变化, 而波动范围较大.
2. 4 干法旋窑窑头、窑尾的烟气
2 水泥厂粉尘特点[223]
2. 1 烘干物料产生的烟气
烘不同物料所产生的烟气的特性有所不同, 但
一般含尘浓度比较高, 含湿量大且波动范围大, 露点温度高, 正常情况下废气温度较低, 废气中粉尘粒径范围宽且有一定的腐蚀性. 2. 2 粉磨产生的废气
干法旋窑窑头(冷却机) 的烟气主要为冷却熟料
的废气, 具有颗粒粗且干燥, 温度高且波动大, 粉尘浓度一般较小的特点. :烟气量大, , , 、比电阻. 窑单体操作进入除尘器烟尘的工表2列出了各类尘源部位排出的粉尘的特性指标. 从表2可以看出, 水泥厂对大气的污染主要来自烧成系统的窑头、窑尾, 其主要污染物为高温含尘气体, 如治理不好, 对几公里甚至几十公里范围的环境污染都很大.
大. 水泥磨入磨物料都是干料, 般无结露危险, 进步, 度越来越高, 1000g/m 3. 2. 3 立窑的烟气
立窑烟气的治理难度不是其烟气量大(比旋窑
表2 各类尘源部位排出粉尘的特性
尘源部位
含尘浓度冲击破碎机100g/
破碎、运输及储存
m 3, 挤压式破碎机低
含湿量露点温度废气温度粉尘粒径范围μm 石灰石10～100
于20g/m 3。
烘干机
一般烘干磨煤磨 一般非烘干磨
水泥磨
25～80g/m 310～20g/m 340～80g/m 60～80g/m
3
一般高于50g/m 3, 粘土高于100g/m 3
粘土高于15%
一般为60℃, 粘土高于55℃
一般低于100℃, 异常时为200～250℃
约350℃
约50℃90～100℃
5～450℃350℃左右
μm 粘土1～20μm 原料粉1～100
μm 煤粉5～100μm 水泥1～100
μm 占50%
μm 占60%
30℃左右25℃
8～20%
40～55℃
立窑旋窑窑尾旋窑窑头冷却机
1～30g/m 3
33
一般2～30g/m ; 异常时80g/m 3
35℃
一般100～250℃; 异常时高于400℃
3 水泥厂除尘难点与对策[4]
3. 1 原材料的除尘
来多采用高压管式电除尘, 效果比较差, 近年来改用
袋式除尘器, 将几个扬尘点集中除尘. 但对扬尘点除尘器的选型, 清、卸灰参数的确定及滤料选用存在许多问题. 解决方法一般有:针对不同类型的破碎机,
原材料的破碎、输送与储存过程中的扬尘点, 原
・350・材 料 研 究 与 应 用2008
在过滤风速上选择冲击式小于积压式破碎机, 因为
冲击式破碎机的微细粉尘易造成袋式除尘器穿袋; 皮带输送机属敞开式输送方式, 可采用单机式脉冲袋式除尘器直接收尘后排至皮带上; 螺旋式及斗提式输送机属密闭式输送方式, 可在进料口处设置抽风罩并进行脉冲袋式除尘; 对储料库可不设灰斗, 滤袋上的粉尘经脉冲喷吹后自然落回库内; 破碎部位除尘器壳体可不用保温. 针对粘土烘干系统除尘, 需要进行高温抗结露, 主体防腐、保湿、温度自动控测和调节; 而对于烘干机滤料的选取首先要考虑采用高温滤料, 采用L FEF 系列袋式除尘器较好. 3. 2 煤粉的除尘
力低而稳定, 过滤速度快(1. 5m/min ) , 对吸湿性
强、易粘结硬化的粉尘具有良好的剥离性. 薄膜覆合聚酯针刺毡的正常使用寿命可达3～8年, 可保证废气的粉尘排放浓度低于20g/m 3. 3. 5 立窑烟气的除尘
过去对立窑烟尘污染的治理比较重视, 采用沉降室、湿法除尘和电除尘等多种除尘方式, 由于设备简陋, 除尘效率低, 烟尘排放浓度严重超标. 现今国内采用脉冲袋式除尘器取得了很好的效果. 根据立窑烟气性质, 滤料选择仍是关键. 首先要考虑满足高温及耐腐蚀的要求; 其次考虑滤料的力学性能、耐磨折性和经济性. 而通过特殊处理的玻纤滤料可满足上述要求. 目前, . 另外, 将传统, .
3. 6 旋窑窑头及窑尾烟气的除尘
由于含煤粉气体易燃易爆, 成堆的煤粉在一定
条件下也会自燃, 所以煤磨系统除尘设备必须考虑防燃防爆、安全卸压问题, 如在除尘器上设防爆阀. (维防静电混纺织物) , 事故.
3. 3 水泥企业按过去老的环保标准, 在旋窑的窑头、窑尾基本上都安装了电除尘器, 其优势在于不需另
设增湿调质装置, 流程简单, 投资低. 九十年代末, 袋式除尘器以其连续、稳定和高效的优点用于旋窑窑头、窑尾的企业越来越多. 尤其是执行了新的国家标准后, 不少窑头、窑尾的电除尘器不能达标, 需改造为袋式除尘器或电、袋除尘器. 由于窑头熟料冷却机余风中熟料粉尘的磨蚀性强, 所以各种袋式除尘器都不能采用覆膜滤料, 否则表面披覆的膜会很快失去. 对于窑头熟料烟气, 一方面需强制风冷或喷水降温后再送入除尘器, 以免滤袋被高温烧坏; 另一方面还要改善滤料, 如采用经过硅油处理的中纤玻纤滤
) . 目前, 国内干法旋窑窑尾有不少带袋(可耐280℃
余热发电锅炉, 烟气温度一般为200～240℃, 露点
为35℃左右, 可直接使用“玻纤脉冲袋式除尘器”, 过滤风速经济值为0. 8～1. 0m/min. 烟气不需冷却但要做保温措施. 因为在通风不良的烟气滞留区, 除尘器外部的局部仍可能低于露点.
综上所述, 袋式除尘器作为一种高效除尘设备已被广泛应用于水泥企业的各个生产环节. 随着水泥生产工艺技术的不断进步“, 袋式除尘器”已不仅仅是环保设备, 而且是必不可少的生产设备了. 然而, 袋式除尘器运行中出现的问题有50%以上与滤料的选择有关[2]. 当烟气温度高时烧毁滤袋, 温度低
生料磨除尘的难点是原材料中的水气致使除尘设备结露, 尤其在冬季, 其关键是保温和抗结露, 必要时可在磨机出口处装一小型热风炉, 使废气温度高于70℃. 同时冷空气的漏入也会使磨内烟气温度接近露点温度而引起普通生料磨除尘器结露, 时间一长滤袋就会板结, 使清灰效果恶化, 故应采取措施以保证漏风率低于2%.不带烘干的生料磨可采用常温脉冲袋式除尘器. 3. 4 水泥粉的除尘
建设较早的水泥厂的水泥磨主要采用“反吹风清灰”的袋式除尘器, 除尘过程中经常出现磨内风速过低(由于与除尘废气配套的排风机处理风量不够) 及磨头冒灰, 并且操作环境恶劣, 粉磨系统无法达到最佳状态. 另外, 含有水泥粉尘的气体, 其露点在35～50℃之间, 采用这类袋式除尘器时易出现水泥结露, 使滤袋易板结, 清洗工作量大. 因此以往对除尘器进风管道和壳体加保温层(厚100～150mm ) , 并在磨尾、除尘器卸灰处配锁风装置以免冷风进入除尘器[5]. 当前水泥磨主要采用“气箱脉冲袋除尘器”. 这种除尘器因采用压缩空气清灰, 清灰力度较大. 采用“气箱脉冲袋除尘器”的同时, 还要选择能够处理高浓度含尘气体的滤料, 如薄膜覆合聚酯针刺毡具有独特的交叉微孔特性, 可实现近于零排放, 并且阻
第2卷 第4期彭春元, 等:水泥厂粉尘来源与除尘技术分析
保护,2000,14(3) :46247.
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时产生结露, 甚至使除尘器失效. 掌握滤料性能及其选择方法, 对改善袋式除尘器的使用状况具有重要意义. 参考文献:
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Dust source and dust technique analysis in aement plant
PEN G Chun 2yuan 1, XU Ri 2chang 2
(1. Graduate school of engineering material , Guangz hou y , , 2. Guang dong Province Cement A ssociation , Guangz hou 510013, China )
Abstract :This paper discusses t he t t he cement produce p rocess ,and analyzes t he t crux of t he each kind of dust ,it p ut s forward t he dust t type dust collector has been applied extensively for a efficient dust equip ment in p link of t he cement enterprises. K ey w ords :cement ; dust ; dust collector