降低石灰窯窯氣含塵的方法

張伙榮，李正國，馬海雷，李征徐

(連云港堿業有限公司，江蘇 連云港 222042)

在氨堿法工藝生產過程中石灰窯產生的窯氣，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拉氣量和轉子的使用壽命。當然，石灰窯過剩的窯氣及其夾帶的粉塵應經過處理，只有達標后排放，才能避免粉塵飛揚，保持良好的現場環境。

1 窯氣含塵的原因

石灰石和焦炭的混合料進入石灰窯內，助燃用的空氣用鼓風機由窯底風道送入窯內，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生的泥土、細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對源頭礦點控制，減少泥土、細沙等石灰石附著物，要求焦炭的灰分指標控制在15%以內；二是要充分發揮好石灰石車間H篩作用，適當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，控制好進窯風量，防止風量過剩，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

氨堿法生產過程中石灰窯產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，除了加強對窯氣泄漏點包括窯頂混合溜管的擋板、轉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,含塵氣體進入布袋除塵器之前，顆粒及比重大的粉塵進入旋風分離器進行初次分離，含有細小粉塵的氣體再進入濾袋，粉塵被阻留，從而達到凈化窯氣的目的，凈化后窯氣含塵達標排放，出口含塵控制在10 mg/m3，除塵效率達到99%。

2.2 生產系統窯氣的凈化處理流程和關鍵設備

我公司采用三級除塵來達到窯氣含塵目標值。石灰窯產生的窯氣首先進入旋風分離器將大顆粒粉塵進行分離，然后進入篩板泡沫板對窯氣進行冷卻和洗滌，窯氣溫度降至40 ℃以下，泡沫塔出氣再進入電除塵塔，進一步除盡灰塵，使得窯氣含塵達到規定標準后經過壓縮機送至碳化塔制堿，我公司大部分采用離心式壓縮機，為避免窯氣含塵在壓縮機葉輪上結垢產生不平衡，要求含塵量控制在10 mg/m3以下。

2.2.1 旋風分離器

八臺石灰窯對應八臺旋風分離器，分離器上部為圓筒形、下部為圓錐形，外形尺寸φ2200×7440×8，設計壓力110 mmH2O,設計溫度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的進氣側以切線方向進入，獲得旋轉運動，離心沉降除去氣體中所攜帶的固體大顆粒雜質，分離出大顆粒粉塵后從圓筒頂的排氣管排出，粉塵顆粒自錐底落入螺旋出料絞龍運出。

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

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。每層有溢流導管，塔頂有氣液分離器。篩板塔具有結構簡單、維護工作量小、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行降溫和除塵，溫度降至40 ℃以內，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，內徑3 600 mm，壁厚12 mm，塔體由12 mm鋼板卷成圓筒形殼體，內部按正六邊形排列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高壓瓷瓶絕緣，固定在殼體的頂部噴水裝置，設有12個噴頭，塔底一側有窯氣進氣管，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、工作環境好、運行費用低等優點，單臺電除塵塔的處理能力為15 800～21 000 m3/h，除塵效率達到98%以上，除塵后含塵量達到要求。

3 凈化過程中的生產工藝參數控制要素

3.1 窯氣溫度對系統阻力影響

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)，水蒸汽凝結成水，容易造成旋風分離器及后系統布袋除塵器布袋結灰、結疤。二是這些酸性氣體與窯氣中的水蒸汽結合，會導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的碳鋼框架長時間運行以后銹蝕都比較嚴重。酸液滴還能進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合引起積灰硬化堵塞氣道，影響系統通暢運行。

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

3.2 布袋除塵器壓差(阻力)控制

布袋除塵器在運行期間，要經常觀察壓差系統，設備阻力控制要求500～1 200 kPa。如發現進出口壓差變大，意味著濾袋出現堵塞、粉塵板結，灰斗積灰過多等現象。壓差降低，可能意味著濾袋出現破損、脫落，入口側管道堵塞，箱體內工作室之間有泄漏等現象。

3.3 窯氣管道堵塞造成的系統壓差

生產操作規程要求滿負荷生產運行情況下壓縮機的進口壓力≤-6 kPa，石灰窯窯頂壓力正常值(0.1～0.5 kPa)，在生產運行過程中，在泡沫塔的進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，給生產帶來不利影響。依據生產經驗總結，我們在泡沫塔進出口管線、電除塵進口管線安裝沖洗平臺和沖洗快開門，定期對重點部位進行沖洗，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，但是系統阻力降增大。因此我公司單臺泡沫塔進水量控制在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。

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

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，這些指標經常達不到。通過停塔查，發現塔內框架、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，穩定性和平衡性能差，是造成二次電流低的重要原因。通過設備更新，上下吊架更換材質(更換為耐腐蝕的不銹鋼材質)等技改，現電除塵頻繁放電、二次電流不穩問題基本解決。

4 為降低含塵所開展的工作

1)在原料石灰石、焦炭穩定基礎上，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管線易積泥區域進行清理，保證窯氣系統通暢。

4)關注、檢查布袋除塵進出口壓差，定期對布袋除塵進行清理，及時更換布袋，保證過濾效果。

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