熟料库兼作沉降室的立窑除尘工艺研究

０　引言

　　立窑废气粉尘对环境的污染已引起多方关注。人们在立窑除尘方面也进行了长期不懈的努力，采用了诸如沉降室、电除尘器、袋式除尘器、管式除尘器、水雾式除尘等除尘方式，其结果喜忧参半，不尽如人意。本文介绍立窑除尘的新方法是将立窑废气引入经改进的熟料库,其不仅可以实现立窑废气排放达标,而且还可以提高熟料的质量。此项技术已获国家专利(专利号：ZL992200164)。

　　此技术的基本构想是利用熟料库上部的无料空间作沉降室使用，这样无须另建沉降室；出立窑废气进入熟料库后，由于库内块状、多孔、表面粗糙的熟料对细小粉尘颗粒的吸附作用，较传统沉降室而言其除尘效率大大提高，若几个熟料库连通使用则可进一步提高其除尘效率；另外，烟气中的水分可以改善立窑熟料的安定性，以及具有一定活性的窑灰，能直接落入熟料库内与熟料一并使用。

　　此技术经过了热态模拟试验、半工业试验及工业试验，其结果符合研究设计者的初衷。以下为工业试验情况总结及相关数据分析。

１　工艺流程及配套技改

　 熟料库兼作沉降室的立窑除尘工艺流程见图１。

　　如图１，正常使用时立窑的废烟气经管道由熟料库3的顶部进入库内，再经两库连通管4进入熟料库5内，净化后的废气由熟料库5顶部的排气孔及管道进入风机再排入大气。蝶阀2在熟料库检修时开启。出窑熟料经提升机、胶带输送机及喂料锁风阀进入熟料库3、5内。

采用此项技术需对一般熟料库做如下改进：

　(１)熟料库顶。在熟料库顶处另设立窑烟气的进气孔和排气孔，且与进料口布置在同一中心线上，见图2所示。

　(２)熟料库库壁。砖混结构的熟料库，其连通管以上部分的库壁应粉刷水泥沙浆层，以防止漏风和气流冲刷。在钢筋混凝土的圈梁上固定涡流装置(见图1中的10)。

　(３)连通管。为防止两熟料库的连通管堵塞，可将其作成如图3所示的形状。

　　立窑系统采用该项技术生产时应注意以下几点：

　(１)开停机顺序。开机时应先开启熟料库顶排风机，再关闭立窑烟囱上蝶阀，停机的顺序则相反。

　(２)立窑的窑罩门应注意随手关闭，注意系统各处的密封堵漏，尽可能减少漏风。

　(３)采用暗火或浅暗火煅烧操作方法。

　(４)熟料库内的料位应保持有一定的高度范围。库内熟料多了，除尘效果较好，但应以不堵塞连通管为限。熟料库卸料时，为避免库内料位过低，可采用边卸料边进料 ，或两库进料、卸料交替进行的方法，使库内料位变化不大。

　(５)注意各风、料管道的清理，并尽量避免水平管道。

２　效果与分析

２．１　除尘效果

　　正常生产状态下，对除尘系统的进风口及出风口的含尘浓度进行了测定，其结果见表１。

　　从测定结果可知，在熟料库呈空库状态时，其除尘效率为83%，此值与一般优化的沉降室除尘效果相一致，但当熟料库呈填料状态时，其除尘效率却能提高9%，使立窑在暗火或浅暗火煅烧操作时，实现烟气粉尘达标排放。其主要原因在于熟料库内的块状、多孔、表面粗糙的熟料对烟气中粉尘的细小颗粒吸附作用所致，而这些细小的粉尘颗粒即使在优化的沉降室中也无法沉集。

２．２　窑灰

　　河南省修武县水泥厂φ2.5ｍ×10ｍ机立窑的窑灰，其色浅、结粒细小、疏松易碎、无光泽化学成分见表2。

　　该立窑窑灰在反光镜下的显微结构呈明显的疏松状，与回转窑的欠烧熟料相似，且其空隙大小不一、形态各异，中间相极少；其Ａ矿、Ｂ矿亦极少，且晶形不明显，为无定形，颗粒大小不一，粒径偏小。

　　根据上述立窑窑灰的化学成分、显微结构可知，它同回转窑窑灰一样是一种欠烧熟料，也可作水泥的混合材料使用。试验结果见表3。

　　从表3可知，加入适量立窑窑灰，立窑水泥强度有一定提高。

２．３　立窑废烟气对熟料质量的影响

　(１)立窑废烟气对熟料安定性的影响。在试验中，选用f-CaO含量高、安定性不合格的熟料，考察立窑废烟气对其影响。试验结果见表４。

　　表４试验结果表明，立窑废烟气对熟料的安定性有较明显的改善作用，其原因在于，烟气中的水分(8%～20%)对熟料中的f-CaO有消解作用。

　(２)立窑烟气对熟料强度的影响。表5列出了在烟气不同作用时间下的熟料试样(熟料∶石膏＝95∶5)各龄期强度。表5试验结果表明，经立窑废烟气作用过的熟料，其早期强度均有提高。3d强度值平均提高8%，28d强度均略有提高。我们认为，这是由于烟气中CO2(18%～20%)在有水汽条件下的碳化作用，及少量窑灰(＜3%掺入)的微粉填充作用，以及ｆ－CaO的迅速消解，和烟气中的硫酸盐如钾、钠硫酸盐等促进熟料矿物水化等共同作用造成的。

　(３)立窑烟气温度对库内熟料的影响。立窑在暗火或浅暗火煅烧操作状况下，入库烟气温度实测平均值为89℃，入库熟料温度为106℃。这样的温度远低于熟料矿物的形成温度及晶型转变的最低温度(如β－C2S 500℃ γ－C2S），因此，废气温度对熟料质量无影响。另外，由于库内熟料的温度比入库烟气的温度要高，所以，即使在寒冷的冬季，烟气在库内也不至于结露（立窑烟气的露点一般范围在40℃～55℃），故不至于对正常生产造成影响。

２．４　除尘机理

　　利用熟料库兼作立窑烟气除尘的使用机理，可从以下几个主要方面进行分析。

　（１）烟气中的粉尘颗粒沉降，主要取决于粉尘颗粒的大小、运动速度及其在沉降室内的行走时间。当烟气从烟囱、管道进入截面积大了几倍的熟料库后，流速骤降，它所携带的大颗粒粉尘就沉降在库内。

　（２）烟气在熟料库内的运动因“边壁效应”及库内涡流装置的作用而形成涡流，降低了粉尘颗粒的速度及所受悬浮力，同时延长了其库内的运行时间，从而使一般尺寸的粉尘颗粒沉降下来。

　（３）熟料库内堆存的块状熟料，其表面多孔、粗糙，在烟气经过时吸附其中细微粉尘颗粒。

　（４）若几个熟料库连通使用，使烟气依次经过每个熟料库，反复经过上述三个除尘过程，其除尘效率将得以提高。

３　结论与建议

　（１）该项专利技术的除尘效果在窑尾废气含尘浓度本身较低时可望达到国家规定的立窑烟气粉尘浓度排放标准；

　（２）立窑废烟气经过熟料库后，熟料的安定性得到改善，早期强度提高。

　（３）系统所用蝶阀、喂料锁风阀等非标准件，应尽可能选用专业生产厂家的正规产品。 　（４）立窑煅烧宜采用暗火或浅暗火操作，明火操作会使出窑烟气含尘浓度升高导致排放浓度升高。