采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质方法和调质装置

摘要

一种用于干法水泥熟料生产回转炉的采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质方法和调质装置，本发明可以帮助水泥熟料生产企业在窑头废气余热利用后，除尘效果不能满足设计粉尘排放指标或环境升级指标的情况下，提高窑头电除尘器的除尘效率，从而挽回企业为保证电除尘器性能而消减工艺产能所造成的经济损失。

权利要求

1.一种用于干法水泥熟料生产的回转炉采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质方法，特征在于该方法的实质是采用低温余热锅炉，利用低温余热锅炉输出的部分水蒸汽对进入窑头电除尘器(9)前的烟气进行调质，提高烟气的含水率以降低粉尘比电阻，从而改善粉尘的可收性、提高电除尘器除尘效率。

2.用于权利要求1所述的电除尘烟气的调质方法的采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质装置，特征在于其构成包括AQC炉(3)，在干法水泥熟料生产的回转窑(1)的窑头熟料冷却机(2)的熟料冷却机废气的管路中设置旁路高温废气调节阀(4)和AQC炉进气调节阀(5)，所述的旁路高温废气调节阀(4)经管路与窑头电除尘器(9)的进气口相通，所述的AQC炉进气调节阀(5)经管路与AQC炉(3)的进气口相通，该AQC炉(3)的出气口经管路与所述的窑头电除尘器(9)的进气口相通，该AQC炉(3)的进水口接化学水的供水管路，该AQC炉(3)的中压蒸汽出口通过管路经闸阀与汽轮发动机的进气口相通，另一方面通过管路经调质中压蒸汽闸阀(7)和调质蒸汽流量调节阀(8)与所述的窑头电除尘器(9)的进气口相通。

3.根据权利要求2所述的采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质装置，其特征在于所述的AQC炉(3)为双压AQC炉(3)，所述的双压AQC炉(3)还有低压蒸汽出口，该低压蒸汽出口经蒸汽管路和第一闸阀(6)与窑尾余热利用锅炉的进气口相通，该低压蒸汽出口还经第二闸阀(6)与所述的调质蒸汽流量调节阀(8)相通。

说明书

采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质方法和调质装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电除尘，特别是一种用于干法水泥熟料生产回转炉的采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质方法和调质装置。

背景技术

[0002] 上世纪80年代以来，我国推行干法水泥熟料生产并采用电除尘器治理窑头废气中的粉尘，以下客观存在的原因使得窑头电除尘器出口粉尘排放浓度超标：

[0003] ①电除尘器经过多年的运行，由于设备老化，工作性能逐年下降；

[0004] ②由于环境标准升级，现行环境标准高于电除尘器建设时期的标准；

[0005] ③采用低温余热发电技术对水泥窑头废气进行余热利用，改变了窑头电除尘器的工况条件，烟气工作温度处在粉尘比电阻有极大值的区间(见图1)，粉尘的可收尘大大减弱，电除尘器工作效率大幅降低、出口粉尘排放浓度显著增大；

[0006] ④上述3种原因的组合，这种情况更加普遍。

[0007] 到目前为止，尚无一种经济实用的成熟技术方法，在不增加电除尘器容量的前提下，有效提高现役窑头电除尘器的除尘效率。

[0008] 针对低温余热锅炉(下称AQC炉)投运后窑头电除尘器出口粉尘排放浓度超标的情况，水泥熟料生产企业的对策是：将>70％的高温废气通过旁路管道直接放送到电除尘器前的管道，提高进入电除尘器的烟气温度，以适当程度地改善电除尘器的性能。由于窑头大都没有在线监控，降低产能的做法只在白天进行，晚上则任由烟囱冒烟。这种做法，牺牲了AQC炉的产能，既违背了余热利用的初衷，又使企业蒙受重大经济损失；夜间超标排放，还危害周边环境。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质方法和调质装置，以解决水泥熟料生产中，窑头废气经余热利用，粉尘比电阻过高、窑头电除尘器工作效率下降的问题。

[0010] 本发明的技术解决方案如下：

[0011] 一种用于干法水泥熟料生产的回转炉采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质方法，特点在于该方法的实质是采用低温余热锅炉，利用低温余热锅炉输出的部分水蒸汽对进入窑头电除尘器前的烟气进行调质，提高烟气的含水率以降低粉尘比电阻，从而改善粉尘的可收性、提高电除尘器除尘效率。

[0012] 用于上述电除尘烟气的调质方法的采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质装置，特点在于其构成包括AQC炉，在干法水泥熟料生产的回转窑的窑头熟料冷却机的熟料冷却机废气的管路中设置旁路高温废气调节阀和AQC炉进气调节阀，所述的旁路高温废气调节阀经管路与窑头电除尘器的进气口相通，所述的AQC炉进气调节阀经管路与AQC炉的进气口相通，该AQC炉的出气口经管路与所述的窑头电除尘器的进气口相通，该AQC炉的进水口接化学水的供水管路，该AQC炉的中压蒸汽出口通过管路经闸阀与汽轮发动机的进气口相通，另一方面通过管路经调质中压蒸汽闸阀和调质蒸汽流量调节阀与所述的窑头电除尘器的进气口相通。

[0013] 所述的AQC炉为双压AQC炉，所述的双压AQC炉还有低压蒸汽出口，该低压蒸汽出口经蒸汽管路和第一闸阀与窑尾余热利用锅炉的进气口相通，该低压蒸汽出口还经第二闸阀与所述的调质蒸汽流量调节阀相通。

[0014] 一种采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质装置，从图1可以看出，当烟气(即11
废气，下同)的含水率很低时，在较大温度范围内，对应的粉尘比电阻都高于10[0015] Ω·cm。而当AQC炉正常运行的情况下，窑头电除尘器前的烟气温度范围为140～
80℃。由于烟气含水率＝大气含水率，当大气含水率<2％时，水泥熟料粉尘比电阻ρ>1012[0016] Ω·cm，超出了电除尘适宜的比电阻范围，行业内称这种粉尘为“高比电阻粉尘”。
电除尘工作期间，高比电阻粉尘在电场内将出现“反电晕现象”，表现为工作电压、工作电流很低并且频繁闪络、运行不稳定、除尘效率大幅下降。

[0017] 本发明是把水蒸汽加入到窑头电除尘器入口的烟气之中、增加烟气的含水率、降低粉尘比电阻，实现烟气调质，进而提高窑头电除尘器的除尘效率。

[0018] 本发明具有以下基本特点：

[0019] 1.对窑头AQC炉出口烟气进行调质处理，降低烟气中熟料粉尘的比电阻，满足电除尘器高效捕集的工作要求。

[0020] 2.采用水蒸汽作为调质剂，对熟料生产工艺及除尘系统无不良影响。

[0021] 3.将环境大气的湿度作为参照数据，将大气湿度与烟气含水率目标值的差值作为调质蒸汽的添加比率，从而能够以最少的蒸汽消耗量满足环境目标，保证了电除尘器长期处于经济达标的工作状态。

附图说明

[0022] 图1是水泥熟料粉尘比电阻与烟气温度和湿度的关系

[0023] 图2是本发明实施例1—单压AQC炉进行电除尘烟气的调质装置示意图。

[0024] 图3是本发明实施例2—双压AQC炉进行电除尘烟气的调质装置示意图。

[0025] 图中：1－回转窑，2－窑头熟料冷却机，3－AQC炉，4－旁路高温废气调节阀，5－AQC炉进气调节阀，6－调质低压蒸汽闸阀，7－调质中压蒸汽闸阀，8－调质蒸汽流量调节阀，9—窑头电除尘器，10－窑头烟囱

具体实施方式

[0026] 先请参阅图2，图2是本发明实施例1—单压AQC炉进行电除尘烟气的调质装置示意图，由图可见，本发明采用低温余热锅炉进行电除尘烟气的调质装置，其构成包括AQC炉3，在干法水泥熟料生产的回转窑1的窑头熟料冷却机2的熟料冷却机废气的管路中设置旁路高温废气调节阀4和AQC炉进气调节阀5，所述的旁路高温废气调节阀4经管路与窑头电除尘器9的进气口相通，所述的AQC炉进气调节阀5经管路与AQC炉3的进气口相通，该AQC炉3的出气口经管路与所述的窑头电除尘器9的进气口相通，该AQC炉3的进水口接化学水的供水管路，该AQC炉3的中压蒸汽出口通过管路经闸阀与汽轮发动机的进气口相通，另一方面通过管路经调质中压蒸汽闸阀7和调质蒸汽流量调节阀8与所述的窑头电除尘器9的进气口相通。

[0027] 图中表示的烟气流程如下：

[0028] 温度达1400℃的水泥熟料自回转窑1从窑头落下、落入窑头蓖式冷却机2(简称窑头冷却机)，鼓入冷却机的环境空气与水泥熟料换热并挟带熟料粉尘即构成窑头高温废气(简称窑头废气或窑头烟气)。窑头废气分两路到达窑头电除尘器9：一路经旁路阀门4从旁路管道直达窑头电除尘器9入口，另一路经AQC炉3前的阀门5进入AQC炉进行余热利用，再从AQC炉出口通过烟气管道在电除尘器前与旁路高温烟气汇合后一起进入电除尘器9。正常情况下，AQC炉运行，阀门4开启，阀门5置开度5～20％；当AQC炉出现故障停运时，阀门4关闭，窑头废气全部从旁路阀门5通过。

[0029] 图3是本发明实施例2—双压AQC炉进行电除尘烟气的调质装置示意图。所述的双压AQC炉3还有低压蒸汽出口，该低压蒸汽出口经蒸汽管路和第一闸阀6与窑尾余热利用锅炉的进气口相通，该低压蒸汽出口还经第二闸阀6与所述的调质蒸汽流量调节阀8相通。

[0030] 双压AQC炉(窑头纯低温余热利用锅炉)3产生两路蒸汽，中压蒸汽流向同单压锅炉，低压蒸汽则通往窑尾余热利用锅炉(称SP炉)作补汽之用。分别在低压蒸汽管道引支管经闸阀6、在中压蒸汽管道上引支管经闸阀7，两路蒸汽汇合后送入蒸汽流量调节阀8进行流量控制。因低压蒸汽经济价值较低，调质系统运行时，先打开闸阀6、取低压蒸汽进行烟气调质；由于低压蒸汽产量较低，有时不能满足烟气调质需要，这时，适度打开中压蒸汽，两路蒸汽一起通过蒸汽流量调节阀进行流量控制，调质后的烟气再一起进入电除尘器进行除尘处理。

[0031] 蒸汽流量的控制：

[0032] 对经过余热利用的窑头烟气来说，所添加的蒸汽越多，对除尘效率的提高越有利。如图1所示，烟气含水率越高，粉尘比电阻越低。但是，蒸汽具有较高的经济价值，在满足调质要求的前提下，蒸汽消耗越少越好，所以必须进行蒸汽流量的控制。

[0033] 蒸汽流量的控制通过改变蒸汽流量调节阀8的开度来实现。在调试阶段，以安装在电除尘器出气管道或烟囱上的在线粉尘浓度监测仪显示的粉尘排放浓度(或环保监测部门的检测结果)低于标准值为准确定调节阀的开度。

[0034] 蒸汽流量调节阀采用电动调节。在控制室内的控制器操作面板上设置信号参数与电动执行器执行位置相对应，即可控制调节阀的开度。在调节阀后安装一只流量计，即可反馈实际蒸汽流量信号并进行计量。

[0035] 蒸汽流量调节可以是手动、半自动、全自动方式。手动调节时，调节操作在现场完成，并应根据需要随时改变调节阀开度；半自动调节时，调节操作在控制室完成，并根据需要改变执行器执行位；全自动调节时，调节操作由控制器自动完成，控制器通过采集环境大气温湿度，将大气含水率与设定的烟气目标含水率进行比较，所得的差值转换为调节阀开度的控制信号，即可实现蒸汽流量的调节与控制。

[0036] 调质蒸汽的实际消耗量与电除尘器的完好程度及环境标准规定允许的电除尘器出口烟气粉尘排放浓度相关。因此，蒸汽调质系统的实施，应结合电除尘器设备的检修或改造进行，以使电除尘器达到完好状态，从而以最低的蒸汽消耗实现预期的环境目标。

[0037] 当前，绝大多数在役窑头电除尘器的设计标准都是出口粉尘排放浓度＜50mg/Nm3,2000年前建造的电除尘器，设计排放浓度＜100mg/Nm3。在电除尘器本体及相关设备完好的前提下，在新建或配置AQC炉的情况下，采用本发明，只需消耗AQC炉产汽量的10～30％，即可使粉尘比电阻有所降低、并使窑头电除尘器达到甚至优于设计粉尘排放指标。
2015年7月1日始，国家环境标准升级，水泥窑头除尘器出口废气粉尘排放浓度将提高到＜
30mg/Nm3,部分地区则要求粉尘排放浓度＜20mg/Nm3,届时，采用本发明并辅以电除尘器设备改造，窑头电除尘器仍能满足升级后的环境标准。

[0038] 本发明的技术效果：

[0039] 环境效益：

[0040] 按本发明实施方案实施后，实验表明，电除尘器出口粉尘排放浓度减少40～60％，即原粉尘排放浓度<80mg/Nm3的电除尘器可实现<50mg/Nm3排放目标，原粉尘排放浓度<50mg/Nm3的电除尘器可实现<30mg/Nm3排放目标，并且不受地理环境条件的影响，对熟料生产及AQC炉运行没有负面影响。

[0041] 经济效益：

[0042] 在运行费用方面，企业为保证电除尘器出口粉尘排放效果，采取降低AQC炉产能70％以上的方法。

[0043] 现以日产5000吨熟料生产线为例，计算采用本发明给企业带来的经济效益。

[0044] 窑头废气量Q≤320000Nm3/h。对单压锅炉，可产中压蒸汽15～17吨/小时；对双压锅炉，除中压蒸汽之外，还可生产低压蒸汽3.0～5.0吨/小时。

[0045] 烟气含水率目标值M：2.0％

[0046] 年平均大气含水率M0：0.8～1.2％(地区差异)

[0047] 烟气调质消耗蒸汽体积与烟气体积比率：Ma＝M-M0＝1.2～0.8％[0048] 烟气调质消耗蒸汽体积为：q＝QMa≤320000*(1.2～0.8％)＝3840～2560Nm3/h[0049] 折算为蒸汽质量为：3091～2061kg/h

[0050] 单压锅炉产能：15000～17000kg/h

[0051] 企业为保证窑头电除尘器的排放效果，每天有10小时降低AQC产能70％，每天损失的蒸汽量为：＞(15000*70％-3091)*10＝74090【kg/日】

[0052] 按照每5kg中压蒸汽产电1度、余热发电效益0.40元/度电计算，每天烟气调质挽回的发电损失为：0.40*74090/5/10000＝5927.2【元/日】

[0053] AQC炉年运转率按330天计，年挽回发电效益损失为：

[0054] 5927.2*330/10000＝195.60【万元/年】

[0055] 对双压锅炉系统，烟气调质则使用热值较低的低压蒸汽，采用本发明所获效益更大。