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粉体工程与水泥工业收尘技术

2020-01-26 09:10:39

水泥是国民经济发展的的建筑材料。从出现以来已有176年的历史,其生产技术仍在不断发展,水泥的需求量也在不断增加,从目前世界技术水平来看,还很难有另外一种建筑材料在近期内会代替用途广、用量大的水泥,水泥对人类的文明和衣食住行起着重要的作用。
  水泥是一种粉体,水泥工业的范畴属于粉体工程。在不水泥生产过程中,从原料采掘到成品出厂,都是散体物料的处理过程,因此研究散体物料的规律性,对水泥工业来说有着非常重要的意义。
  一、粉体工程与水泥工业
  所谓粉体,是大量颗粒的集合体,是散体物料的通称。在粉体静特性中,与颗粒集合形态无关的基本特性有:粒度和粒度组成、颗粒密度、颗粒形状、硬度、熔点、化学组成、表观化学性质等;与颗粒集合形态有关的堆积特性有:充填特性、附着性和团聚性,粉体压、颗粒间的摩擦性、颗粒组成、颗粒的热、电、光等特性,这些静特性与水泥工艺设计及设备设计有很重要的关系。
  关于粉体的动特性,在水泥厂中表现为4个方面:
  (1)料仓内的物料流动、螺旋输送机或振动输送机内的物料流动等粉体颗粒系统的流动;
  (2)沉降收尘、旋风筒内物料流动、料仓内的物料喷流、生料均化库、流态化烘干和水泥生料的气力输送等颗粒与流体的两相流系统;
  (3)在颗粒层中流体流动系的颗粒层收尘、回转式烘干机及立窑中气体流动等流动系统;
  (4)在颗粒变形与破碎方面有石灰石等物料的破碎与粉磨、生料与水泥的粉磨等。
  在水泥生产中,粉粒体物料的种类是很多的,如石灰石、粘土、铁粉、石膏、页岩、硅石、砂岩、煤与煤粉、矿渣、粉煤灰等,不同的物料有不同的物性,水泥生产的每一单元操作都受到粉体物性的影响,但其影响程度到目前为止还不能说完全清楚,这是因为:
  粉体过程所产生的现象是基本物性的综合表现;对单元操作的机理或运动理论尚不完全明确;物性测定技术确定的比较晚。
  若把粉体的基本物性作为一次物性、把粉体的过程物性作为三次物性,则介于二者之间的物性便为二次物性。水泥工业的一次物性,即基本物性,包括:颗粒形状、粒度和粒度分析、比表面积、水分等;料仓内的物料流动性、粉体的容积密度等是三次物性,而粉体的内摩擦角、休止角、壁摩擦角、压缩角等便是二次物性。设计工作均应以构成粉体三次物性的因素来进行,如果能弄清粉体机械内部的粉体运动机理,就能得到三次物性,从而使粉体物性与单元操作建立起关系。
  一般说来,表示粉粒体物料结拱、堵塞特性的指标就是流动性,我们常见的水泥厂内料仓、旋风筒、管子、溜子堵塞、结皮、起拱等故障,都与流动性有关,掌握了粉体物料流动性规律,对水泥厂的工艺设计设备选型,以及对水泥厂的高效稳产有很大的指导意义,随着粉体技术的发展,人们已能用较为科学的数据来阐述粉体堵塞故障的机理,如用Carr流动性指数可以对物料的流动性进行评价。
  在水泥厂中,物料的流动的各种形态,如果从给予物料颗粒的动能或驱动力进行分类的话,可以大致分为6种:①重力流动、②机械强制流动、③振动流动、①压缩流动、⑤流态化流动、⑥助流流动。
  粉体工程中表示微细粉粒体流动性较为的指标是Carr流动性指数和剪切试验法的开放屈服强度,水泥厂中粉体物料大多是流动性不好的附着性物料,以生料和水泥的流动性不好(指数在60以下)。
  水泥厂中粉体物料的流动状态,是由粉体物性和设备状态决定的,除合理设计和选用设备外,一般用助流方法来改进物料的流动性,用加强密封的方法来防止物料喷流,通过颗粒设计和表面改性的方法来控制流动性。
  二、收尘技术
  在水泥生产中,固气分离是很重要的操作。水泥工业生产中的烟尘污染主要产生于熟料锻烧、物料的粉磨及堆放(包括预均化)、储存、运输和成品包装发运等生产环节,这些烟尘具有温度高、浓度大、烟气量大等特点,从节省资源和环境保护来说,都要通过收尘装置,使其固气分离。
  近年来,由于各国都增强了环境保护意识,提高了环境保护要求,国内也逐步严格起来。各种收尘装置在水泥工业都得到了采用,以下几点情况在水泥工业得到了较大发展。
  (1)收尘设备大型化
  自70年代开始,悬浮预热器窑的干法水泥生产迅速发展,窑的产量成倍增长,2000、4000t/d及其以上大型生产设备不断出现,水泥厂主要的收尘设备是电收尘器和袋收尘器,电收尘器具有处理烟气量大(可达200万m³/h)、能净化高温烟尘气体(一般400℃,高达500℃>、收尘效率高(排放浓度可小于50mg/m³)、阻力小、维护费用小等因此目前大多数水泥厂窑尾收尘都采用电收尘器。
  大型布袋收尘器近年来也用于回转窑窑尾的烟气,有些2000t/d熟料大型水泥厂已成功使用袋收尘器,处理风量在40万m³/h以上,收尘效率比电收尘器,并且可用于250℃的废气。
  (2)烟气调质
  在水泥厂内的许多生产环节,如窑、熟料冷却机、烘干机、煤磨、水泥磨等都可以使用电收尘器,但在窑尾和熟料冷却机等处的烟气,由于温度高、粉尘的比电阻值高于1011Ω·cm,容易产生反电晕,所以要使电收尘器正常操作,对烟气进行调质,好的办法是设一增湿塔将水在高压下以雾状从喷嘴喷入塔内,细小的水滴与高温烟气接触并进行热交换,使其比电阻下降至1011Ω·cm以下。
  (3)滤料
  袋收尘器的滤料性能对收尘器的收尘效果起着关键作用,一般针刺毡可用于所有的袋收尘器,包括脉冲式、回转反吹式、侧吹式和气箱脉冲式等外滤型袋收尘器,也适用于振动式内滤袋收尘器以涤纶为原料的针刺毡可于120℃以下工作。但在带O-Sepa选粉机的水泥磨系统中,烟气含尘浓度高,收尘阻力大,严重影响磨机的产量,所以改进除尘布袋材质就重要。70年代初,美国戈尔公司首创了覆以膨体聚四氟乙烯薄膜的滤料由于聚四氟乙烯具有化学稳定性好、摩擦系数小、易形成光滑表面、可耐250~300℃高温等优点,制成的薄膜上微孔数目多且孔径小,使用覆以这种膜的滤料可接近实现表面过滤,因而可使除尘滤袋效率提高到以上。
  玻璃纤维布也是一种的滤料,织物经有机硅表面处理后,其抗折抗磨性能和表面稳定性能得到,如果在纺织之前,就对玻璃纤维进行有机硅表面处理,耐温可达280℃。
  半个世纪以来,水泥工业的生产技术在全球范围内突飞猛进,带分解炉的预热器干法烧成系统得到了肯定和推广,立式辊磨、辊压机和高效选粉机已得到广泛采用,设备大型化,已达到7000~10000t/d熟料规模的烧成系统,实现了在线粒度测量和全厂集散型自动控制系统,这些都与粉体技术的发展分不开的。创新的粉体技术也是21世纪地球环境技术的关键技术,对保护地球美好的自然环境蕴藏着无限动力。依赖创新的粉体技术,将能大限度地综合利用自然资源和能源,降低能耗和其他消耗,维护生态平衡,减少粉尘及其他有害物质等对环境的污染,使水泥工业成为绿色工业。