降低石灰窯窯氣含塵的方法

張伙榮，李正國，馬海雷，李征徐

(連云港堿業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222042)

在氨堿法工藝生產(chǎn)過程中石灰窯產(chǎn)生的窯氣，除了滿足CO2濃度要求外，還要滿足含塵量的要求，否則影響離心式壓縮機(jī)拉氣量和轉(zhuǎn)子的使用壽命。當(dāng)然，石灰窯過剩的窯氣及其夾帶的粉塵應(yīng)經(jīng)過處理，只有達(dá)標(biāo)后排放，才能避免粉塵飛揚，保持良好的現(xiàn)場環(huán)境。

1 窯氣含塵的原因

石灰石和焦炭的混合料進(jìn)入石灰窯內(nèi)，助燃用的空氣用鼓風(fēng)機(jī)由窯底風(fēng)道送入窯內(nèi)，由窯頂出來的窯氣CO2濃度40%，溫度120～160 ℃，壓力0.1～0.5 kPa，含塵量1 500～2 000 mg/m3。

石灰石在礦點開采、破碎制樣、運輸、倒換場地等過程中產(chǎn)生的泥土、細(xì)沙粘附在石灰石表面，是形成窯氣含塵的主要原因。燃料焦炭灰分越高，在煅燒過程中產(chǎn)生的粉塵含量也越高，這也是窯氣含塵量的重要因素。

因此一方面要求采購部門加強(qiáng)對源頭礦點控制，減少泥土、細(xì)沙等石灰石附著物，要求焦炭的灰分指標(biāo)控制在15%以內(nèi)；二是要充分發(fā)揮好石灰石車間H篩作用，適當(dāng)提高振幅增加篩分時間，將石灰石表面附著物除去；三是在石灰窯操作中，控制好進(jìn)窯風(fēng)量，防止風(fēng)量過剩，帶出更多粉塵。

2 窯氣含塵的處理

2.1 過剩窯氣外排的凈化處理

氨堿法生產(chǎn)過程中石灰窯產(chǎn)生的窯氣過剩量約為三分之一，必須將其含塵量處理至合格才能排放，除了加強(qiáng)對窯氣泄漏點包括窯頂混合溜管的擋板、轉(zhuǎn)鍋以及放氣帽的密封處理外，堅決杜絕含塵窯氣的外溢。我公司于2018年開始在新增三套長袋低壓脈沖式除塵器，單臺處理氣量50 000 m3/h,含塵氣體進(jìn)入布袋除塵器之前，顆粒及比重大的粉塵進(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)行初次分離，含有細(xì)小粉塵的氣體再進(jìn)入濾袋，粉塵被阻留，從而達(dá)到凈化窯氣的目的，凈化后窯氣含塵達(dá)標(biāo)排放，出口含塵控制在10 mg/m3，除塵效率達(dá)到99%。

2.2 生產(chǎn)系統(tǒng)窯氣的凈化處理流程和關(guān)鍵設(shè)備

我公司采用三級除塵來達(dá)到窯氣含塵目標(biāo)值。石灰窯產(chǎn)生的窯氣首先進(jìn)入旋風(fēng)分離器將大顆粒粉塵進(jìn)行分離，然后進(jìn)入篩板泡沫板對窯氣進(jìn)行冷卻和洗滌，窯氣溫度降至40 ℃以下，泡沫塔出氣再進(jìn)入電除塵塔，進(jìn)一步除盡灰塵，使得窯氣含塵達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后經(jīng)過壓縮機(jī)送至碳化塔制堿，我公司大部分采用離心式壓縮機(jī)，為避免窯氣含塵在壓縮機(jī)葉輪上結(jié)垢產(chǎn)生不平衡，要求含塵量控制在10 mg/m3以下。

2.2.1 旋風(fēng)分離器

八臺石灰窯對應(yīng)八臺旋風(fēng)分離器，分離器上部為圓筒形、下部為圓錐形，外形尺寸φ2200×7440×8，設(shè)計壓力110 mmH2O,設(shè)計溫度200 ℃，體積為12.2 m3。其主要原理是利用離心沉降原理從氣流中分離出顆粒，含塵窯氣從圓筒上側(cè)的進(jìn)氣側(cè)以切線方向進(jìn)入，獲得旋轉(zhuǎn)運動，離心沉降除去氣體中所攜帶的固體大顆粒雜質(zhì)，分離出大顆粒粉塵后從圓筒頂?shù)呐艢夤芘懦?，粉塵顆粒自錐底落入螺旋出料絞龍運出。

操作中關(guān)鍵點：①旋風(fēng)分離器及絞龍(絞龍尾部自帶密封)要密封良好，不能漏氣。②旋風(fēng)分離器要始終保持負(fù)壓，在分離器內(nèi)形成旋流，分離大顆粒。如果是正壓，則旋風(fēng)分離器失去作用。

2.2.2 泡沫塔

車間共有8臺泡沫塔，外形尺寸φ2200×8532×10，全容積30 m3。三層篩板，孔徑φ6,孔間距12 mm。每層有溢流導(dǎo)管，塔頂有氣液分離器。篩板塔具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)工作量小、凈化效率高、操作方便、防腐蝕性能好等特點，泡沫塔的作用就是對窯氣進(jìn)行降溫和除塵，溫度降至40 ℃以內(nèi)，冬季可以降至20 ℃，但除塵效率較低，一般粉塵含量只能降到300 mg/m3。

2.2.3 電除塵塔

車間共配置7臺電除塵塔，塔體高13.445 m，內(nèi)徑3 600 mm，壁厚12 mm，塔體由12 mm鋼板卷成圓筒形殼體，內(nèi)部按正六邊形排列77根總截面積5.8 m2收塵極的陽極管，每一個收塵極中心為直徑3 mm長度5 m的鎳鉻絲電暈極，并以上下兩個框架用三根吊桿經(jīng)高壓瓷瓶絕緣，固定在殼體的頂部噴水裝置，設(shè)有12個噴頭，塔底一側(cè)有窯氣進(jìn)氣管，塔頂有窯氣出口管，底部有污水排放管。電除塵塔具有除塵效率高、流體阻力小、工作環(huán)境好、運行費用低等優(yōu)點，單臺電除塵塔的處理能力為15 800～21 000 m3/h，除塵效率達(dá)到98%以上，除塵后含塵量達(dá)到要求。

3 凈化過程中的生產(chǎn)工藝參數(shù)控制要素

3.1 窯氣溫度對系統(tǒng)阻力影響

由于焦炭除了碳元素外，還還含有一定量的硫、氮等元素，因而窯氣除了二氧化碳外，還含有SO2、SO3、NO、NO2、CO、H2O等氣體。若窯氣溫度過低(尤其是冬季窯氣母管從窯頂約40 m處下來，溫度降低較多)，水蒸汽凝結(jié)成水，容易造成旋風(fēng)分離器及后系統(tǒng)布袋除塵器布袋結(jié)灰、結(jié)疤。二是這些酸性氣體與窯氣中的水蒸汽結(jié)合，會導(dǎo)致金屬對流受熱面壁溫低于煙氣酸露點，在金屬表面冷凝出酸液滴。這些酸液滴不僅對受熱面造成腐蝕，窯氣管道和電除塵塔內(nèi)的碳鋼框架長時間運行以后銹蝕都比較嚴(yán)重。酸液滴還能進(jìn)一步與窯氣中的飛灰顆粒和金屬受熱面腐蝕剝落的鐵銹結(jié)合引起積灰硬化堵塞氣道，影響系統(tǒng)通暢運行。

因此，窯氣出氣溫度必須控制在120 ℃以上，在布袋除塵進(jìn)氣管、旋風(fēng)分離器上增加保溫蒸汽管線，確保水汽不凝結(jié)。

3.2 布袋除塵器壓差(阻力)控制

布袋除塵器在運行期間，要經(jīng)常觀察壓差系統(tǒng)，設(shè)備阻力控制要求500～1 200 kPa。如發(fā)現(xiàn)進(jìn)出口壓差變大，意味著濾袋出現(xiàn)堵塞、粉塵板結(jié)，灰斗積灰過多等現(xiàn)象。壓差降低，可能意味著濾袋出現(xiàn)破損、脫落，入口側(cè)管道堵塞，箱體內(nèi)工作室之間有泄漏等現(xiàn)象。

3.3 窯氣管道堵塞造成的系統(tǒng)壓差

生產(chǎn)操作規(guī)程要求滿負(fù)荷生產(chǎn)運行情況下壓縮機(jī)的進(jìn)口壓力≤-6 kPa，石灰窯窯頂壓力正常值(0.1～0.5 kPa)，在生產(chǎn)運行過程中，在泡沫塔的進(jìn)出口管線由于窯氣溫度的下降和水汽含量的增加，造成管線積灰堵塞的頻率加大，給生產(chǎn)帶來不利影響。依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗總結(jié)，我們在泡沫塔進(jìn)出口管線、電除塵進(jìn)口管線安裝沖洗平臺和沖洗快開門，定期對重點部位進(jìn)行沖洗，保證窯氣管線通暢，基本解決了管線堵塞的問題。

3.4 窯氣的流速和泡沫塔水量

生產(chǎn)運行過程中，窯氣的操作流速在1.8～2.8 m/s，泡沫層高度在30 mm時，除塵效果較好；泡沫層高度越高，除塵效果越好，但是系統(tǒng)阻力降增大。因此我公司單臺泡沫塔進(jìn)水量控制在35～45 m3/h(720 t上石量/d)，既滿足降溫需要，也滿足其泡沫層高度。

但因為我公司為節(jié)約用水，專門有兩臺泡沫塔使用了煤渣水(熱電沖渣水經(jīng)澄清、過濾、降溫后入廠回用)，煤渣水呈現(xiàn)堿性，易結(jié)疤，根據(jù)經(jīng)驗，使用兩年后會在篩板上結(jié)疤堵塞篩孔，因此要格外關(guān)注其結(jié)疤趨勢，利用石灰窯大修或是系統(tǒng)停車大修期間進(jìn)行噴砂清理，保證窯氣在泡沫塔內(nèi)流速，達(dá)到除塵效果。

3.5 電除塵二次電壓、二次電流控制

電除塵正常運行，二次電壓55～70 kV，二次電流≥150 mA。然而，這些指標(biāo)經(jīng)常達(dá)不到。通過停塔查，發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)框架、陽極管、陰極上、下吊架等腐蝕較多，工作中氣流波動造成芯線晃動，穩(wěn)定性和平衡性能差，是造成二次電流低的重要原因。通過設(shè)備更新，上下吊架更換材質(zhì)(更換為耐腐蝕的不銹鋼材質(zhì))等技改，現(xiàn)電除塵頻繁放電、二次電流不穩(wěn)問題基本解決。

4 為降低含塵所開展的工作

1)在原料石灰石、焦炭穩(wěn)定基礎(chǔ)上，提高碳酸鈣的含量，提高窯氣濃度，通過減少重堿碳化用氣量降低窯氣流速，提高除塵效果。

2)加大泡沫塔水量，確保每臺泡沫塔水量在40 m3/h以上,保證除塵效果。

3)定期組織人員對窯氣系統(tǒng)管線易積泥區(qū)域進(jìn)行清理，保證窯氣系統(tǒng)通暢。

4)關(guān)注、檢查布袋除塵進(jìn)出口壓差，定期對布袋除塵進(jìn)行清理，及時更換布袋，保證過濾效果。

5)每半年對電除塵進(jìn)行高壓沖洗，沖洗水壓力在60 000～80 000 kPa之間，把陽極管和芯線結(jié)疤徹底沖洗干凈，保證除塵效果。