利用壓縮乏汽為窯氣布袋除塵器伴熱防止結疤

李 凱，劉鴻浩，袁延宗，付深江

(山東海化股份有限公司純堿廠，山東濰坊 262737)

在氨堿法制純堿工藝中，石灰石在石灰窯內煅燒后，會產生20%的富余窯氣，富余的窯氣從窯頂溢出時夾帶著部分粉塵，從而對大氣環境造成污染。為此，山東海化股份有限公司純堿廠(以下簡稱海化純堿廠)于2017年7月份新上5臺大型長袋離線式脈沖布袋除塵器(以下簡稱布袋除塵器)，對富余窯氣進行除塵處理，并實現環保達標排放。經過一年多的使用，布袋除塵器大大降低了富余窯氣對大氣環境的污染，外排粉塵量大大降低，但在使用過程中暴露出了窯頂除塵系統內部管線冷凝積水和設備結垢、結疤的問題。

1 工藝流程簡述

石灰石和焦炭按照一定的焦比匹配稱量后，送至石灰窯內高溫煅燒，分解產生的含有二氧化碳濃度為40%的窯氣，窯氣總量中的80%氣體經窯頂φ900窯氣主管送至泡沫塔、電除塵進行降溫除塵工作，處理后的窯氣再經壓縮工序送至碳化工序；另外20%的窯氣量通過自調閥控制依次經φ600煙氣支管、φ1100窯氣主管、旋風分離器送至富余窯氣除塵器(長袋式脈沖除塵器)，經過除塵達標后由風機外排。由旋風分離器及除塵器產生的粉塵經除塵絞龍送至粉塵灰倉，再由汽運集中外運處理。

富余窯氣除塵器主要由兩個旋風分離器、一個粉塵倉、五個布袋除塵器倉室、兩條絞龍、一個200 kW的風機組成。該除塵器系長袋離線脈沖式布袋除塵器，最大處理窯氣量為80 000 m3/h，4臺石灰窯匹配1臺富余窯氣除塵器，可處理單臺窯最大窯氣量約20 000 m3/h，實際生產操作中，僅需要處理單臺窯3 000～3 600 m3/h的富余窯氣量，約占總窯氣量的20%左右。

2 存在問題及原因分析

海化純堿廠對廠內的石灰石、焦炭料場噴淋降塵處理，為此在生產上料過程中會將部分水分帶入窯內，致使窯氣帶水分過多。

到了冬季受氣溫降低，富余窯氣管道散熱快的影響，從石灰窯頂部出來的高溫窯氣(130～160 ℃)，經過管道的散熱后，富余窯氣管道及布袋除塵器倉室內溫度低于露點溫度(70 ℃)。此時，窯氣中含有的水分及硫化物會凝結在管道內壁及布袋除塵器的布袋上，造成管道內積水及布袋結垢、結疤；星型卸料器、螺旋輸送機卸灰不暢；管線、旋風分離器堵塞、料倉堵塞。從而導致布袋除塵器除塵效率極低，無法正常使用。

據生產統計，冬季平均20天左右清理一次倉室及螺旋輸送機，40天更換一次布袋，大大縮短了設備的運行周期。

單臺布袋除塵器內含有5個倉室共計560個長達3 m的布袋，每次更換除塵布袋，費時又費力。清理及檢修設備時需要停風機，關閉進除塵器的窯氣閥門，期間會造成石灰窯頂壓(石灰窯頂部壓力)過大，窯氣及攜帶的粉塵外溢大氣中，造成大氣環境污染。

3 改造方案

防止窯氣中水氣在除塵設備上凝結的方法有兩種：一是將窯氣提前冷卻形成冷凝水，通過管線的疏水閥門及時將冷凝水排放；二是將窯氣溫度升高，讓窯氣中的水分隨窯氣一起除塵后外排大氣中。在實際生產過程中，因窯氣中的粉塵量大，且易與冷凝水在密閉的窯氣管路中凝結，造成管路結疤、設備腐蝕。所以提前冷卻的方案不符合實際生產，而提高窯氣溫度的方案更切合實際。

通常我們提高窯氣主管溫度的方法是通過石灰窯窯頂溫度的升高，但窯頂頂溫過高，工況變差，還會造成熱量損失及降低石灰窯頂部設備的使用壽命等問題。綜合考慮分析后，需要給窯氣主管線及旋風分離器增加保溫層和伴熱裝置。

3.1 優化升級改造方案

從石灰窯出來的窯氣溫度控制范圍在140～180 ℃，對窯頂除塵系統主煙道管線做51 mm保溫處理。這樣會使窯氣溫度在100 ℃以上，不低窯氣露點溫度(70 ℃)。

同時對旋風分離器及料倉上部2 m做51 mm保溫、蒸汽伴熱處理，其中伴熱所需要的熱量來源于壓縮蒸汽輪機做完功后出來的乏汽。生產過程中，從壓縮出來的乏汽壓力通常維持在0.078～0.090 MPa,乏汽溫度在140 ℃以上。但布袋除塵器內部的耐高溫布袋最大承受溫度在150 ℃。為防止伴溫過高致使除塵布袋被燒壞，加裝伴熱自調閥控制伴溫流量，確保進入布袋除塵器中的窯氣溫度控制在100～130 ℃。

窯氣經布袋除塵器除塵后，會在排煙管道內冷卻形成冷凝水。為此，需在排煙管道底部增加倒淋閥，排放冷凝水。

3.2 設備保溫

本次改造將窯頂除塵系統支管、主管、料倉錐部做保溫處理。單臺裝置支管DN450約68 m、DN600約120 m、主管道DN1000約49 m、DN1200約12 m。保溫材質選用憎水型復合硅酸鹽板做50 mm的內部保溫，外層增加1 mm 1060鋁板(GB/T 3880.1-2012)。

關鍵設備旋風分離器全部、粉塵料倉上部2 m需要做伴熱、保溫處理。伴熱管采用直徑25 mm的碳鋼管，旋風分離器伴熱面積約162 m2；粉塵料倉直徑4 m，上部2 m伴熱面積約25.12 m2。總伴熱面積187.12 m2。旋風分離器、粉塵灰倉保溫跟管線保溫同樣的材質和處理措施。

圖1 伴熱及保溫示意圖

3.3 溫度查定及分析

通過對各項生產參數的統計分析，乏汽溫度維持在150～170 ℃，通過檢測顯示平均溫度161.5 ℃。富余窯氣主煙道及布袋除塵器增加保溫及乏汽伴熱后，除塵系統主煙道溫度都有所升高，2018年11月～2019年2月期間溫度維持在108～125 ℃，平均在114 ℃，對比未改造前溫度升高52.5 ℃。

根據熱量計算公式：Q=C×M×△T，窯氣比熱容C=1.463 kJ/m3，窯氣密度ρ=1.03 kg/m3，在保溫層和乏汽伴熱的作用下，窯氣主管道單位截面積減少熱量損失為79.1 kJ/m3。

通過乏汽熱量交換及保溫后，主煙道溫度和布袋除塵器內部溫度均升高，粉塵干燥不易結疤；倉室內部及卸灰絞龍處不易結疤。另外，通過從下灰口下灰情況來看，下灰流暢。

在測試階段發現從布袋除塵器出來后的窯氣，在排煙豎管中受冷降溫后，窯氣中的水分冷凝后流至排煙豎管底部，導致底部積水。為解決該問題，在其底部增加疏水閥，將冷凝水直接排出。

表1 布袋除塵器增加乏汽伴熱前后查定表

4 優化升級改造后的運行效果

系統查定期間(冬季)富余窯氣管線內部、布袋除塵器內部及各倉室內部、絞龍、灰倉等內部結疤、積水情況明顯好轉。

據統計，改造后，35天清理倉室一次，較改造前延長了15天；90天更換一次布袋。較改造前延長了50天。大大延長了設備的使用周期和清理周期。

利用乏汽伴熱加管線保溫的辦法可以有效解決窯氣主煙道內部、布袋除塵器及其附屬設備的積水結疤問題。另外在實際操作過程中要嚴格控制主煙道溫度不要超過布袋著火溫度，一般控制在100～130 ℃，不要超過130 ℃，防止因溫度過高造成布袋老化燙傷或起火等情況。