(57)--14重力沉降室在水泥窑余热发电系统中的应用.pdf

1余热发电用窑头烟气的除尘方案水泥生产线余热发电用窑头烟气内含有熟料微粒，因属烧结熟料粉尘，表面有尖棱，并具有高温干燥、密度大、粉尘粒径粗（见表1）、硬度大、流动性好等特点，对设备和管道磨损严重。为减轻颗粒粉尘对锅炉换热管束受热面的磨损，提高锅炉的热交换效率和使用寿命，需在篦冷机取气口与AQC锅炉之间设计一台粉尘分离器，以滤去烟气中大颗粒粉尘，再将烟气送入AQC锅炉。常用的粉尘分离器有重力沉降室、惯性收尘器、旋风收尘器等几种。其中：重力沉降室一般适用于收集40m颗粒粉尘，对于细小的颗粒粉尘收尘效果并不明显；惯性收尘器一般可捕集的粒径2030m，另其压力损失因其型式不同而有很大差别，通常为1001000Pa；旋风收尘器处理含尘浓度（标况）较高（300500g/m3）和粉尘粒径较小（100m）的烟尘，且收尘效率也很高；但其阻力损失大，壳体易磨损，要求处理风量稳定等。鉴于水泥窑余热发电对粉尘分离器的特殊性要求，设计中一般很少选择旋风收尘器；在场地受限和系统阻力允许的情况下，会选择使用惯性收尘器；较多使用的粉尘分离器则是重力沉降室。2重力沉降室的性能及其对余热发电系统的影响重力沉降室的性能（包括收尘效率、漏风率、散热率）以及运行中设备自身的膨胀问题，会对整个水泥窑余热发电系统的运行可靠性产生较大影响，主要表现为以下几个方面。（1）进入AQC锅炉烟气的含尘浓度取决于沉降室的除尘效率。如果沉降室的除尘效率不高，则未沉降的粉尘随气流进入AQC锅炉，势必会增加锅炉受热面的磨损，影响锅炉的热交换效率和使用寿命。（2）余热发电系统要充分利用余热资源，首先要降低系统自身的漏风和散热损失。如果沉降室的漏风率和散热率偏高，则进入AQC锅炉的总热量必然会减少，降低余热利用率，影响余热发电系统的效率和经济性。（3）为减少投资，一般余热发电项目不建议改造窑头排风机。余热发电系统中沉降室和AQC锅炉的阻力将全部由原有的引风机来克服，因此要求沉降室既要保证有较高的收尘效率，同时还要尽量减少设备阻力。如果设备阻力过高，则将造成运行过程中排风不畅，AQC锅炉进气量减少。（4）窑头篦冷机的废气温度经常大幅度波动，如果沉降室的膨胀超出设计范围，长久运行将会破坏壳体的密封性，导致系统漏风，影响余热发电效率，影响整个系统的可靠性。3水泥线余热发电系统中重力沉降室的设计3.1重力沉降室的工作原理重力沉降室外形结构见图1。其工作原理是：含尘气流以一定的速度经连接烟道引入沉降室后，因流通截面积的扩大而速度减慢。气流中的尘粒一方面随着气流沿水平方向运动，另一方面在重力的作用下以一定的沉降速度垂直向下运动。当含尘气流在沉降室内的通过时间大于尘粒按其本身的沉降速度下降所需的时间时，尘粒即被分离出来。因此，重力沉降室中含尘气体水平速度越小，越能捕集微细尘粒；沉降室高度越小、长度越大，除尘效率越高。在工程实践中，要使微细粉尘在沉降室中靠重力作用沉降下来，那么就要把气流速度取得很低，这重力沉降室在水泥窑余热发电系统中的应用粒径/m所占比例/%8870.2表1水泥窑窑头粉尘颗粒组成气流气流气流LHBHuv图1重力沉降室外形图(1.洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司，河南洛阳471039；2.宣化冶金环保设备制造（安装）有限责任公司，河北宣化075100)2011年第4期-83必然要加大沉降室截面积。而且，为提高除尘效率，要尽可能降低沉降室的高度并加长其长度，这显然要增加占地面积，增加建设投资，也是非经济的做法。另外，为了减小沉降室高度，同时考虑沉降室内的颗粒运动还受到气流、烟气的密度及颗粒形状等多种因素的不利影响，设计时在沉降室内部会设置多层人字形隔板，形成多层重力沉降室，以保证沉降室有一定的收尘效率（大于50%）。因此，沉降室设计的合理与否非常关键。3.2 水泥生产线余热发电系统中的重力沉降室设计沉降室的长度为L，高度为H，宽度为B；烟气进口端截面最高点处的尘粒以烟气相同的水平流速v0向出口移动，同时以单颗粒自由沉降的速度vc向下降落。则烟气中尘粒能够沉降收落的条件是：尘粒在水平方向走完L距离之前，垂直方向必须走完H距离，即：H/Lvc/v0。设计中根据烟气流量Q、粉尘颗粒大小，选择尘粒重力沉降速度vc和水平流速v0，并先设定沉降高度H，根据H/Lvc/v0求出长度L；然后再进一步根据S=Q/(3600 v0)求出沉降室横截面积S；最后再根据地形情况，合理确定沉降室的总高度和宽度。现以5000t/d水泥窑余热发电工程配套重力沉降室的具体设计为例进行设计介绍。系统烟气量（标况）为：200000m3/h，换算为工况下的烟气量为：480000m3/h（设烟气温度为380时）；烟气风速v0为3.5m/s。则根据公式S=Q/(3600 v0)，就可以初步确定沉降室的横断面积S。即S=Q/(3600 v0)=4800000/（306003.5）=380m2。然后根据场地和要求进行宽度和高度的选取。取有效宽度取为6m，则有效高度即为38/6=6.33m，此数圆整取6.5m。最终的有效断面积为39m2，实际风速为v=Q/S=4800000/（3060039）=3.420m/s。这些数据确定以后，就可以进行各部件的详细设计。该5000t/d熟料生产线余热发电工程配套重力沉降室的技术性能见表1。3.3沉降室设计中应注意的问题根据我们的实际经验，在沉降室设计时还需要注意以下几个问题。（1）要使烟气在沉降室内分布均匀，沉降室进口管和出口管应采用扩张和收缩喇叭管。扩张角一般取3060。如果空间位置受限制，应设置有效的导流板或多孔分布板。（2）沉降室内烟气流速须根据烟尘的沉降速度和所需收尘效率慎重确定。选择太小会使沉尘面积过大，不经济；选择过大会使沉尘面积减小，又不利于提高收尘效率。总之，须低于尘粒重返气流的速度。（3）所有排灰口和门、孔都得切实密闭，减少沉降室的漏风，发挥应有的作用。（4）沉降室的结构强度和刚度应按有关规范设计计算。因为此设备应用工况条件比较恶劣，烟气温度高、颗料比较大。特别要注意材料的蠕变和内部的磨损。4结语（1）水泥线余热发电窑头烟气参数波动较大，烟气温度高，入口含尘浓度较高。因此在沉降室设计时，要特别注意风速的合理选取。（2）在重力沉降室内适当增加折流板，利用惯性力作用，能提高收尘效率；同时要加强内衬耐磨和外保温措施，做到高效低阻运行，从而使AQC锅炉最大化地利用系统的热量。参考文献1 刘后启，窦立功，张晓梅，等.水泥厂大气污染物排放控制技术M.北京：中国建筑工业出版社，2007.2张庆今.硅酸盐工业机械及设备M.广州：华南理工大学出版社，1992.3陶珍东，郑少华.粉体工程与设备M.北京：化学工业出版社，2003.序号123456789项目标况处理风量/(m3 h-1)工况处理风量/(m3 h-1)进出风口风速/(m s-1)截面风速/(m s-1)截面面积/m2入口气体含尘浓度/(g m-3)出口气体含尘浓度/(g m-3)入口气体温度/阻力损失/Pa收尘效率/%参数值200000480000（380时）183.42393010350450（短时最高550）20060表15000t/d熟料生产线余热发电工程配套重力沉降室的技术性能魏永杰，等：重力沉降室在水泥窑余热发电系统中的应用资源 环保资源 环保资源 环保资源 环保资源 环保资源 环保资源 环保资源 环保资源 环保