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燒成系統(tǒng)廢氣處理工藝計算及配置

文檔作者：李小莉劉東萊文檔來源：浙江中材工程設計研究院有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年05月13日
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李小莉，等：燒成系統(tǒng)廢氣處理工藝計算及配置
中圖分類號：TQ172．9 文獻標識碼：B 文章編號：1007—0389(2007)03—0009—08
燒成系統(tǒng)廢氣處理工藝計算及配置
李小莉，劉東萊(浙江中材工程設計研究院有限公司，浙江杭州310000)
摘要：燒成系統(tǒng)廢氣處理的工藝設計優(yōu)劣，直接影響除塵效果的好壞和能源效益的高低。因此合理的工藝計算和系統(tǒng)配置非
常重要。文章詳細地介紹了廢氣增濕塔的噴水量計算方法；探討了立磨系統(tǒng)增濕塔的合理位置、風機的節(jié)能運行以及尾卸或中
卸磨系統(tǒng)的工藝設計；同時對增濕塔系統(tǒng)的自控操作也進行了分析研究
關鍵詞：窯尾廢氣處理；在線操作；離線操作；增濕塔：風機；噴水量
Dealing With Waste Gas From Firing System：Technical Calculation and The Configuration
Li Xiaoli，Liu Donglai(Zhejiang Sinoma Engineering Design and Research Institute Co．，Ltd．，Hangzhou，Zhejiang，310000)
Abstract： Dedusting effect and energy eficiency of the firing system depends on the technical design of its waste gas processing system，
and then reasonable technical calculation and system allocation is very important． The paper introduced in detail the calculating method of
the water quantity sprayed into the waste gas conditioning tower，and discussed the reasonable position of the gas conditioning tower，saving
energy running of the fan and technical design of the end and middle discharge mill system，at the same time，studied the autocontrol oper—
ation of the gas conditioning tower system．
Key words：kiln end waste gas treatment；online operation；ofline operation
0 前言
無論選用什么型式除塵器．進入除塵器的氣體
溫度應當高于該氣體工況條件下露點l5～20℃以
上．才能防止除塵器結露。所謂露點是指壓力一定
時。濕含量達到飽和時的溫度。除電除塵器外，只要
氣體溫度高于露點．就能防止氣體結露，滿足除塵效
率的要求。對電除塵器，除滿足此條件外，還必須考
慮粉塵比電阻與氣體溫度、濕度、粉塵特性和生產方
法有關的因素。本文將通過對燒成系統(tǒng)增濕塔噴水
量的計算，重點論述對于不同型式磨機(立磨或球
磨)，采用不同配置，達到廢氣處理系統(tǒng)的工藝優(yōu)化
設計和高溫風機的節(jié)能效果。
部)導電為主．這二種情況下的粉塵比電阻都比
200～250℃范圍有所下降。
(2)圖1中溫度一定時，露點愈高，比電阻愈低。
此外．粉塵比電阻還與不同的生產方法有很大
關系(見圖2)。因為不同的窯型，其廢氣的濕度和露
點相差較大(見表1)。
由表1及圖1、圖2可以看出：
(1)濕法窯因料漿水分高達35％，出窯廢氣濕
度達到33％，即使不增濕，其比電阻也250℃時體積(內
以下將以2500t／d規(guī)模工廠為例，論述對出Cl
筒廢氣增濕的理論計算。
2．1 已知條件
表1 不同窯型廢氣的濕度和露點對比
永i7l工程型 一9一
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／ ＼
／／ 一——／ —、—≯＼
} f ／ ／
／ }f／ ＼
35 ／ {＼ ＼67"0 oC { ．1
l ／ 、55℃ ＼
|| ．| ＼50 oC露 點
|| ／ I ＼ "45 oC I ~40~C
l
I
I
1
0 l00 200 300 400
氣體溫度／~C
圖1 粉塵比電阻與露點和氣溫關系
篦式冷卻機 ／、 l
露 ．25~C／ ＼ ＼ 露預點熱器35窯℃
廠 ＼＼
l／＼ }路 壽 } |
．Id--章
水泥磨
．露點45℃| 。f 4—5℃ ＼ ＼
| f ．
|
氣體溫度／℃
圖2 不同生產方法粉塵比電阻與氣溫關系
(1)根據熱平衡計算(計算過程略)熟料燒成熱
耗為750x4．1 8 kJ／kg(燃煤熱值5 500x4．1 8 kJ／kg)；窯
熟料產量為104t／h時；出C1筒廢氣溫度350℃，生
產單位熟料的廢氣量(折成濕基標況)為1．5 1 mTkg；
廢氣中0 含量(體積質量分數)為5％。
(2)環(huán)境空氣溫度2O℃，相對濕度 =75％。由
一lO一 水稚工程
李小莉，等：燒成系統(tǒng)廢氣處理工藝計算及配置
此查得飽和水蒸氣分壓P飽=17．54 mmHg=17．54x
133．322 Pa； 大氣壓力曰為1 atm (即760 Z
133．322 Pa)，水和空氣的相對分子質量分別為18．0，
28．15：則空氣濕含量d的計算如下：
= × ~o'Pm
= 0．0109 kg／kg
查I～X得到．空氣露點為l5℃。
(3)生料磨為立磨或04．6 mxl3 in中卸磨，產
量190 t／h。
2．2 用露點法求噴水量(直接操作)
(1)計算窯尾于飽和氣體濕含量d飽合。窯尾電
除塵要求露點>50 oC。取露點55℃時，則窯尾于飽和
氣體濕含量d飽合為：
= 尚×憊
式中：d飽合一窯尾干飽和氣體濕含量，kg／kg；
P一大氣壓力。760~133．322Pa；
氣一廢氣氣體常數，(kg·m)／(kg·℃)。其中：
o(]2=19．28，R02=26．5，R =30．26，R 奪氣=29．21，R 汽=
47．1；
一濕氣中干飽和水汽的分壓力，只與氣體
溫度有關．55℃時為Il8xl33．322Pa。
已知氣體成分(質量分數)：ttJ(cO2)=38．5％，
w(Og=5．35％．w(N2)=56．15％。則：
R氣=Rco2xw(CO=)+R02×ttJ(O2)+ N2×ttJ(N2)
：26．5x5．35+1 9．28~38．5+30．26x56．1 5
=25．83 kg·m／kg~C。
將R汽=47．1 kg·m／(kg·℃)，PH=1 18x133．322 Pa，
R氣=25．83kg·m／(kg·℃)代人上式，則：
= × =0．1 kg／kg
(2)計算出預熱器c1筒廢氣中的含水量。計算
結果見表2。
(3)根據熱平衡計算出預熱器c1筒廢氣量(見
表3)。則
= 1．51—0．0947=1．42m3／kg。
(4)計算每kg熟料所需增濕塔的應噴水量(按
露點法計算)Q：
Q= 十×一y干×d飽合一m水
= 1．42x1．467~0．1—0．0763=0．132 kg
于為出C1筒廢氣的密度，計算得到 干=
1．467 則每小時所需的噴水量為：104000x0．132
14t／h
2007年第3期
l 6 3 l 6 3 】 6 3 ^l。 6 3
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李小莉，等：燒成系統(tǒng)廢氣處理工藝計算及配置
表2 出預熱器C1簡廢氣含水量
名稱 生產每kg熟料帶入的水量
2．3 熱平衡法核算增濕塔氣體溫度
2_3．1 條件
(1)出預熱器氣體量和氣體成分(體積分數)
( =1．45)，見表3。
表3 出預熱器氣體量和氣體成分
成分名稱— 未 蘭
(2)氣體溫度350~(2；氣體密度(折成標況時)
1．429kg／m ；氣體比熱(折成標況時)：體積比熱為
0．356x4．18 kJ／(m ·℃)． 質量比熱為0．249x4．18
kJ／(kg·oC)。
(3)氣體濕含量：
：墨
V,--y=F
： —
0．0947
—
~0．805
1 42 ： 0．0366kg／kg
． ~1．467 。
(水蒸氣的密度為0．805 kg／m )，查I—X圖，氣體露
點35℃。
2．3．2 熱平衡計算
按直接操作計算(即磨停窯開操作時)，增濕塔
不論放在高溫風機前或后．滿足電除塵露點>50 oC
時的噴水量計算結果見表4。
表4計算結果與圖1曲線基本符合．濕含量
0．100~0．113 kg／kg時．露點55-57 oC．出塔氣體溫度
表4 磨停窯開時增濕塔運行工藝參數計算
項 目 工藝參數
120～150 oC，比電阻<10“n·em。當增濕塔噴水量
以kg熟料計為0．132 kg時，m塔氣體溫度為t m：
150℃ 。
3 選用立磨(或風掃磨)時增濕塔合適位置
增濕塔放在高溫風機前(即在線操作)．還是放
在高溫風機后與磨機并聯(lián)(即離線操作)．是設計中
常碰到的方案問題，以下將通過理論計算和實際工
廠生產數據，從節(jié)能、操作和工藝布置合理性等方面
加以論證。
3．1 原料水分>l3％，增濕塔離線操作
立磨噴環(huán)和風掃磨中空軸都具有較大的通風面
積和通風量，其中通過噴環(huán)的氣體流速可達70～90
m，s(外循環(huán)時降20％)，通過風掃磨中空軸的氣體流
速也可達30 m／s。因此這兩種磨都可通過大量熱風．
可烘干水分達13％～15％的人磨混合料。
當增濕塔采用離線操作時．可完全利用出Cl
筒的350 oC左右、熱焓達200x4．18 kJ／kg的廢氣熱
量、濕含量可達0．23 kg／kg、露點66℃的廢氣，直接
人磨烘干高水分的人磨物料。也可加備用熱源，減少
高溫風機長期處于高溫狀態(tài)下的操作。
3．2 原料水分<13％時．增濕塔在線操作
(1)一般輔助原料中的粘土、礦渣水分<20％．
石灰石水分50 oC．增濕塔不噴水或少噴水都能滿足電除塵的
露點要求。
(2)烘干不同水分的入磨物料，所需熱量隨水
分增大而增大；噴水量則隨水分增大而減少。直接操
作時最大噴水量l4 t，h，聯(lián)合操作時的噴水量，應隨
出塔氣溫增高而減少，這對自動控制提出了更嚴格
要求。
(3)聯(lián)合操作時，當人磨標況風量一定時，則隨
原料水分升高，需要熱風溫度也增高、噴水量也減
少
2一 水淤工
n ¨ 9 7 5 3 ●
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李小莉，等：燒成系統(tǒng)廢氣處理工藝計算及配置
表5 直接操作與聯(lián)合操作時各氣體參數
(1) —— 表示直接操作，不噴水；“ ——表示直接操作，噴水；“ ——表示聯(lián)合操作。
(2)表中有關風量和噴水量的計算是以生產1 kg熟料為計算基準，風量均折算成標況。
(4)直接操作時噴水或不噴水、直接操作和聯(lián)
合操作互相轉換時，都會引起風量和氣體密度的變
化，因而對高溫風機的節(jié)能產生差異。直接操作噴水
時，工礦風量較少，比直接操作不噴水時節(jié)能顯著，
風機節(jié)電約10％：直接操作和聯(lián)合操作互相轉換
時．節(jié)能效果更顯。
4 風機節(jié)能
(1)直接操作，電機轉速不變。此種操作狀況下
的有關風量、氣體密度和阻力計算見表6。從表6可
見．出增濕塔氣體標況風量增加20％(即由1．51
m3／kg增至1．83 m3／kg)；氣溫由350 qC降到150 qC時，
工況風量減少19％(即由3．45 m3／kg降至2．84 m3／kg，
含漏風10％)；阻力由6000Pa增到約66OOPa，增加
約10％。由于工況風量的減少量大于阻力的增加
量，因此直接操作時，電機轉速不變時，高溫風機功
率減少。其風機功率減少計算為：
1一(Q 疆 墮叢! 旦出鱉
Q0+日0
：
1一—2．84x6
—
600
3 45 ：I一0．9：0．I．
． +6000 。 。’
即功率減少約10％。
表6 直接操作時的關風量、氣體密度和阻力
出預熱器風溫為350℃ ．出塔氣體溫度為150℃。
若增濕塔漏風增大，功率降低值也要減少，可見
減少增濕塔漏風尤為重要。
(2)直接操作，轉速改變。此種操作狀況時，風
機節(jié)能顯著。眾所周知，調節(jié)閥門方法改變風量比調
節(jié)轉速所消耗功率要大，因此增濕塔在線操作，改變
噴水量時，用調節(jié)風機轉速辦法，其節(jié)能效果更為明
顯(見圖5)。但應注意，為保持燒成系統(tǒng)操作穩(wěn)定，
風機風壓應不變：而根據風機特性曲線，風壓不變
時，轉速有一最低值，當轉速低于最低轉速時，風壓
將變小并影響操作。
0， r，m ：n — — 卓—-
8《 )7 r／min
。
·
， I
I
J
I
I
I
圖5 高溫風機轉速與功率關系
軸功率，kW
(3)直接操作轉為聯(lián)合操作時，節(jié)能顯著。澳大
利亞BRM水泥廠2 500 t／d生產線的出預熱器的高
溫廢氣(氣溫350℃)，先經08rex42．25m增濕塔增
濕后．經高溫風機送入MPS3750(200t／h)立磨。當直
接操作轉為聯(lián)合操作時，風機轉速從980 r／rain降為
780 r／min．風機功率從1 330kW降為995kW。實際
i76工程 一13—
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操作數據如表7，功率核算為：
Ⅳ2_l330( 780 ：940kW
與實際數據995kW相近。
表7 澳大利亞BRiM水泥廠操作數據
參數
5 采用尾卸或中卸提升循環(huán)磨系統(tǒng)
5．1 烘干特點及用風量
尾卸磨或中卸提升循環(huán)磨不像風掃磨或立磨能
通過大的氣體量，因受到中空軸直徑和篦板通風面
積的限制，其烘干能力受到限制。當利用預熱器廢氣
烘干時，尾卸磨可烘4％～5％水分，中卸提升循環(huán)磨
能烘干6％～7％的水分。因此烘干能力排序為：風掃
磨>中卸提升循環(huán)磨>尾卸磨。為烘干相同水分，尾
卸磨和中卸提升循環(huán)磨因所用熱風量小，勢必就要
提高人磨氣溫。根據核算，以生產每kg熟料為核算
單位，尾卸磨和中卸提升循環(huán)磨所需的熱風量幾乎
只有立磨的一半。
以04．6 mxl3 in中卸提升循環(huán)磨為例，原料水
分4％ 7％，人磨氣溫300 oC，漏風50％，每kg生料
需要人磨熱風量(折成標況)為0．5～0．78 m3／kg(立磨
則需要1．3 m3／kg)，見圖6。出預熱器風量調整到
300 ocn~，則每kg熟料出cl筒廢氣量(折成標況)
達1．82 m3／kg．除滿足人中卸提升循環(huán)磨烘干原料
外，尚余約40％風量人增濕塔。
5．2 增濕塔位置
鑒于中卸磨需要氣溫高(>300 oC)、風量小(0．5～
0．8 m3／kg)的工藝特點，如將增濕塔置于風機前，其
缺點是不能充分發(fā)揮增濕塔降溫、增濕功能。因人磨
需要高溫氣體，用摻冷風措施，僅需20％的冷風(折
成標況約0-3 m3／kg)就能將350 oC的氣體降到
300 oC。這樣增濕塔就處于少用或長期不用的停滯狀
態(tài) 因此對中卸磨系統(tǒng)，增濕塔的適宜位置應放在高
溫風機后離線操作。
— — 14 ——
李小莉，等：燒成系統(tǒng)廢氣處理工藝計算及配置
(標況下)m3／kg
圖6 25110t／d線配套04．6~9．5+3．5m
中卸磨入磨物料水分及熱風量關系
5．3 與立磨系統(tǒng)相關對比分析
(1)不論采取何種粉磨系統(tǒng)，磨停直接操作時，
不論增濕塔處在任何位置，每kg熟料噴水量為
0．132 kg／kg(14 t，h)，干氣的濕含量0．1 kg／kg，露點
55℃(大于窯尾電除塵露點>50 oC要求)，氣溫350 oC
降到150 oC，都可滿足電除塵要求的工作條件。
(2)采用立磨系統(tǒng)聯(lián)合操作時，由于立磨能充
分全部利用出預熱器氣體，漏風少(5％)，原料水分
5％～7％時．都能保證出磨氣體露點在50℃以上．能
為電除塵提供良好的運行參數。
(3)采用中卸磨系統(tǒng)聯(lián)合操作時，由于中卸磨
漏風大，又不能全部利用廢氣，必須旁路約40％的
風量。根據熱平衡計算，漏風50％，入料水分6％，出
磨氣體濕含量70．5g／kg，露點46℃，與出增濕塔氣體
(噴水3 t／h)合并人電除塵的廢氣濕含量為64．8
g，露點只有43℃，低于窯尾電除塵的露點要求。
當漏風減少到10％時，出磨氣體濕含量可達0．1
kg／kg，露點55℃，但與出增濕塔氣體合并人電除塵
器濕含量達85 g／kg，露點48℃，此時，在操作上可適
當增加噴水量，使露點保持50℃以上。
6 增濕塔自控操作
6．1 增濕塔自控操作要點
設計時，根據工廠規(guī)模產生的廢氣量，確定的是
噴水量的最大值。而在實際運行中，當窯磨聯(lián)合操作
時，噴水量則將隨原料水分和采用何種原料磨(立磨
豢雒工程
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或球磨)系統(tǒng)而變化。因此對增濕塔的自控操作．這
里進行分析探討。
(1)當原料水分一定時，由聯(lián)合操作轉為直接
操作或相反轉變，噴水量也要隨之而變。目前常用噴
嘴是帶回流的壓力式噴嘴(噴嘴壓力>40kg／cm )
噴水量的改變，是通過改變回流量的大小來實現(xiàn) 因
水通過回流的阻力小于通過噴嘴的阻力，所以當回
流增大或減小時，噴水量相應減少或增大，高壓離心
泵的輸入水量也隨之減少或增加。因而，雖然噴出水
量變化，但其水珠大小并不改變。
(2)噴水量的控制是通過與出塔氣體溫度聯(lián)鎖
自動調節(jié)的，雖然噴水量和溫度建立了自控回路，但
由于信號的滯后和窯內工況的變化，當由直接操作
轉為聯(lián)合操作時，自控回路不能及時地減少噴水量，
操作人員也很難快速切人手動操作．致使短時間內
會因噴水量過多又不能蒸發(fā)，而在塔底錐部形成濕
底現(xiàn)象。所以在直接操作和聯(lián)合操作互相轉化時，一
定要掌握噴水量和風機轉速之間關系，即要將兩者
有機地配合控制。注意：當噴水量增大時，在保證風
壓不變條件下降低轉速，以保持高溫風機不致過載。
6．2 增濕塔的自控操作方法
增濕塔在風機前．當聯(lián)合操作和直接操作互相
轉換時，西德魯奇公司(LUR—
GI)提供的操作方法介紹如下，
其粉塵比電阻和氣體溫度關系
見圖7。
6．2．1 聯(lián)合操作轉為直接操作
(1)電除塵正常運行，進氣
溫度90℃ ．比電阻108Q·cm：
(2)向直接操作過渡，先
關閉人磨熱風閥門，氣體溫度
很快上升到300℃，而氣溫高
于150℃時，比電阻達到l0”
Q·cm，工作條件變壞，此時噴
水量應逐漸增大，避免水量突
然增大．形成“濕底”和“濕壁”；
(3)控制氣溫達到280℃
左右，變?yōu)橹苯硬僮鳌１入娮栌?
10u Q·cm降到l0m Q·cm以
下。
(4)工作情況變好，電除
塵在高溫區(qū)工作。但電耗增大
莒
岜
＼
基
愛
條
約15％，如果磨機長時間不工作，可將氣溫降到
<150℃，并改變轉速電耗節(jié)省18％。
6．2．2 從直接操作轉向聯(lián)合操作
(1)電除塵正常運行在280℃條件下：
(2)向聯(lián)合操作過渡，打開入磨熱風閥門，溫度
由280℃降低到80℃，電除塵器工作條件變壞．在
降到200℃左右時．比電阻l0n Q·cm，噴水量開始
減少：
(3)電除塵工作情況正常；
(4)噴水量控制逐漸減少，避免突然變化，高溫
氣體進人風機。
6．3 噴水霧化
目前增濕塔的噴水霧化常用高壓液壓回流式噴
嘴。該噴嘴的主要優(yōu)點是不用壓縮空氣，水量調節(jié)回
流量方便，通過增濕塔氣流風速<2 m／s，時間>15 s；
其缺點是：噴出水滴直徑大(>200 m)，操作方法改
變時，用改變回水量方法時問長，壓力易波動，造成
氣溫過高或過低(形成濕底)。
另外，美國噴霧公司(Autojet)低壓空氣露化噴
嘴已逐漸得到廣泛應用，其主要優(yōu)點：一是水壓低
4 kg／em ，氣壓3．5 kg／em ；二是噴水壓力穩(wěn)定；三是
噴霧顆粒小于200 m，縮短了水完全蒸發(fā)的時間，
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皋淀工
氣體溫度／~C
圖7 粉塵比電阻與氣體溫度(西德LURGI魯奇公司)
程 絲 5一
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因而可縮小增濕塔直徑和高度。但該噴嘴需壓縮空
氣，噴每噸水所需壓縮空氣量(折成標況)約為
50 m ，因而需增設空壓機站。
7 結論
(1)人電除塵器氣體粉塵比電阻與氣體溫度、
濕度(露點)、粉塵性質和生產方法有關，溫度200～
250 oC，粉塵比電阻達到最高值；同一種廢氣，濕度愈
大，露點愈高，粉塵比電阻最大值越小；出預熱器氣
體的露點>50℃(濕度>l5％)，出冷卻機氣體露點應
>25℃(濕度>3％)。
(2)出預熱器350℃廢氣，直接操作未噴水時，
濕度為6％～7％，露點～35℃：當噴水降溫到150℃
時，噴水量0．13 kg／kg(14t／h)時，露點可達到55℃，
比電阻<10“Q·cm，滿足電除塵效率要求。
(3)選用立磨做生料磨時，水分>l3％，增濕塔
宜采用離線操作．350℃氣體全部人磨．出磨氣體濕
含量約0．2kg／kg，露點可達65℃，增濕塔勿需噴水，
但出磨氣體氣溫應>100℃，防止電除塵內結露。水
分300℃的氣體．增濕塔應放
在高溫風機后與磨機并聯(lián)，才能充分發(fā)揮增濕塔的
作用。
(5)直接操作與聯(lián)合操作互相轉化時．要嚴格
控制噴水量隨出口氣溫變化逐漸調節(jié)，同時要兼顧
到風機轉速變化引起排風量的變化，只有把轉速和
噴水量這兩個參數做到有機地配合，統(tǒng)籌兼顧，才能
使窯、增濕塔和風機安全運行并達到風機節(jié)能的目
的
(編輯：沈新)(收修改稿日期：21107-03—15)
(上接第8頁)
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求淀工程 絲
(編輯：劉翠榮)(收稿日期：2．~7-02,--08)

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