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旋风除尘器用于干熄焦一次除尘的可行性研究

发布时间:2019-03-08  发布者:chinazwhb
内容摘要:重力除尘器内循环气体所含大颗粒(>100μm)沉降符合牛顿定律;小颗粒(1~100μm)沉降符合斯托克斯定律。

干熄焦工艺中循环气体从干熄炉带走的焦尘约占熄焦量的1.4%,焦尘在循环气体的带动下对设备的磨蚀异常严重。工艺上通常将一次除尘器作为气体循环设备,安装在干熄炉出口与锅炉入口之间,目的是除去循环气体中大粒径焦粉,以减少循环气体对锅炉炉管的磨损与腐蚀,减轻二次除尘器的设备负荷。目前在处理能力为60~260t/h的干熄焦装置上,一次除尘器普遍选用的是重力除尘设备,设备占地大,建设费用高,且除尘效率低,故开发新型   除尘装置具有实践意义。

干熄焦工艺的粉尘主要是颗粒状焦粉,尺寸变化较大,一般大于5mm的约15%,1mm以上的约20%,0.5mm以下的约80%,颗粒大小和分布直接影响干熄焦除尘装置运行效果。常规除尘包括湿式水膜除尘和干法布袋除尘,前者由于除尘风机带水严重、除尘设备寿命低、除尘效果差等逐渐被干法除尘代替,干法除尘在气体进入布袋前一般经过一次除尘器去除较大颗粒焦粉,同时降低气体温度,以消除高温对布袋的影响。目前设计采用的一次除尘器通常为重力除尘,后接旋风除尘器或布袋等二次除尘器。本文介绍了将旋风除尘器作为一次除尘器的技术,以供同行参考。

1技术原理

干熄焦工艺的除尘设备需具备设备简单、耐磨以及气密性好等特点,设备选型还与除尘气体的特性有关。

1.1重力除尘器

重力除尘器内循环气体所含大颗粒(>100μm)沉降符合牛顿定律;小颗粒(1~100μm)沉降符合斯托克斯定律。

粉尘粒子的沉降速度与粒子直径、尘粒体积质量及气体介质的性质有关。当一种尘粒在一种气体中处在重力作用下,尘粒的沉降速度与尘粒直径平方成正比。所以粒径越大,沉降速度越大,越容易分离。反之,粒径越小,沉降速度变得很小,以致没有分离的可能。

1.2旋风除尘器

旋风除尘器的工作过程是当含尘气体由切向进气口进入旋风分离器时,气流将由直线运动变为圆周运动。在旋转过程中产生离心力,将相对密度大于气体的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触,便失去径向惯性力而靠向下的动量和向下的重力沿壁面下落,进入排灰管。

切向速度对于粉尘的分离起着主导作用,含尘气体在切向速度作用下由里向外离心沉降。设粉尘颗粒为圆球形,在旋转运动的流场上运动,旋风除尘器的除尘原理是用离心加速度代替重力除尘器中的重力加速度,来实现旋转流场中的分选和除尘。

1.3两种除尘方式的比较

重力除尘器的优点是结构简单,维护容易;阻力低,一般为50~150Pa;维护费用低,经久耐用;可靠性优良,很少有故障。缺点是设备庞大,建设费用高;除尘效率低,一般只有40%~50%。干熄焦一次除尘器利用重力沉降方法主要捕集0.25mm以上的大颗粒焦尘,约占70%。重力除尘器除尘后粒级见表3。对比表2数据,小于0.25mm的焦尘基本没有被捕集。另外重力除尘器对气速要求较高,根据经验,一般小于3m/s,否则,设备体积会   庞大,气速过大会将粉尘扬起。

旋风除尘器的优点是结构简单,造价便宜,体积小,无运动部件,压力损失中等,动力消耗不大;灰尘粒径选择范围   广,一般可分离气体中直径5μm以上的粒子;效率比重力除尘器高,对于尺寸为10μm的粒子,效率可达80%以上。缺点是对于流量变化大的含尘气体效果较差,而干熄焦循环气体流量稳定,几乎没有变化。

2.旋风除尘器的工程应用

2.1工程应用制约因素

到目前为止,旋风除尘器还没有完全被开发为干熄焦工艺的一次除尘器设备,主要有以下原因。

(1)单台设备处理能力有限。普通型旋风除尘器的处理风量在150~17250m3/h,而干熄焦工艺中循环风量在128000~370000m3/h,很显然,单台旋风除尘器满足不了干熄焦工艺要求。

(2)单台设备筒体直径受制约。因为旋风除尘器的筒体直径越大,在相同气速下所产生的离心力越小,除尘效率就越低,因此旋风除尘器的设备难以做大。普通型旋风除尘器的设备筒体范围:Φ175~1300mm,目前市场上已出现筒径超过2000mm的旋风除尘器。

(3)安装难度较大,维修量大。从干熄槽进入一次除尘器的循环气体温度在900℃以上,因此在一次除尘器内   砌筑隔热衬砖,由于旋风除尘器的结构型式是圆筒加圆锥型,内部的衬砖砌筑比方形的重力除尘器复杂;另外,旋风除尘器的衬砖磨损比重力除尘器大,所以旋风除尘器衬砖的维修量   大。

(4)受旋风除尘器设备尺寸制约,一般在处理大风量气体时采用2台以上并联使用,并联使用时的分离效果显然比处理同量气体的单台大旋风除尘器好。但是,由于并联使用时气流的分配难以完全均匀,排灰口彼此相通易导致窜灰等原因,其效率不能达到单台设备操作时所能达到的水平。

2.2工程应用实践

虽然旋风除尘器作为干熄焦工艺的一次除尘器设备有诸多制约因素,但随着科技进步和设备大型化发展,首钢   工程公司在理论分析和工程计算的基础上,提出在山西某焦化气源有限公司干熄焦工程中采用旋风除尘器作为一次除尘器的应用方案。该干熄焦装置处理能力为85t/h;循环气量约为128000m3/h。

(1)设计选型。经过复杂计算与对比,确定使用2台单管旋风除尘器并联操作,采用切向进风方式,从干熄槽上对称开孔同时引风分别进入2台除尘器;排灰口采用双叉口方式;出风口汇合后接锅炉入口,部分设计参数见表4。除尘器以钢结构为支撑。

(2)制作安装。将一次除尘器分为4部分进行焊接安装,每个部分各自安装后再组合成整体,如2所示。安装步骤如下:

①支撑体的安装。先将支撑体的底座及垫片安装在钢结构上;再将焊接好的支撑体安装在底座及垫片上,通过调节垫片将支撑体升至合适高度。

②除尘器本体下段的安装。先将筒体在地面上制作完毕;再将制作完毕的锥段放在筒体上面焊接成一体;再将焊接成一体的成品翻转过来,使锥段朝下,安装到支撑体上;然后再安装排灰段;排灰段与锥段之间是法兰连接。

③除尘器本体上段与干熄槽接口安装。先将干熄槽出口与一次除尘器之间的高温膨胀节与干熄槽出口进行焊接安装,再将焊接完毕的除尘器本体上段安装到支撑上;并根据干熄焦出口高度调整除尘器本体上段到合适位置;使膨胀节与除尘器本体入口的调节范围在X=15mm、Y=16mm、Z=30mm,再将膨胀节与除尘器本体入口进行焊接。

④出风口汇合体与锅炉的安装对接。同样将锅炉与旋风除尘器之间的膨胀节先与锅炉入口进行焊接;在地面上将出风口混合体焊接完毕;吊装至除尘器本体上段上,调整出风口与锅炉入口之间到合适位置,使得膨胀节与出风口汇合体出口的调节范围在X=16mm、Y=16mm、Z=30mm;将出风口与膨胀节对焊后,再将上段出风口与汇合体进风口对焊。至此,旋风除尘器主体安装完毕,接下来再施工浇注料及其他。

2.3应用效果

本工程于2017年6月投产,经过调试运行效果良好,达到设计要求。

(1)除尘效果。经检测,旋风除尘器后循环气体的含尘量控制在1g/m3以下,基本与二次除尘器后循环气体的含尘量相当;而重力除尘器后循环气体的含尘量在6~10g/m3。旋风除尘器分离的焦尘筛分粒级。

从表5可以看出,使用旋风除尘器后循环气体中0.25mm以上的焦尘基本都被捕集下来,大大减轻了二次除尘器的设备负荷,从而可以减少二次除尘器的处理能力,降低二次除尘器投资;并且循环气体通过锅炉时,对锅炉炉管的损害   小,从而减少了锅炉炉管的检修与   换频次,降低维护检修费用。

另外,在使用旋风除尘器后循环气体的含尘基本是0.25mm以下的焦尘,满足循环风机的设备性能要求,因此可以考虑取消二次除尘器,将锅炉出口与循环风机入口直接相连,缩短气体流程,减小气体阻力,降低风机负荷,并可节约占地面积,减少投资。

(2)占地面积。旋风除尘器体积小,占地面积小,可节约土地资源。如在本工程中使用重力除尘器作为一次除尘器,占地面积约为70m2,而选用旋风除尘器占地面积约为47m2。

3.结论

旋风除尘器具有设备体积小、占地少、投资少、除尘效果好等优点。选择旋风除尘器作为干熄焦装置的一次除尘器,可使循环气体的含尘量控制在1g/m3以下,且基本是0.25mm以下的焦尘,使得干熄焦装置的占地及工程投资大大减少,因此旋风除尘器可以作为干熄焦工艺的一次除尘器设备。

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