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浅析隧道窑排气筒冒黑烟原因及控制措施【麟工窑炉】
时间:2021年04月30日    点击:次    来源:隧道窑

隧道式干燥窑是一条长的直线形通道,两侧及顶部有固定的窑墙及窑顶(顶部有平顶和拱顶之分),底部铺设的轨道上运行着窑车,窑车上装载着成型的坯体,按次序由窑头进车口进车,窑尾出车口出车。干燥机理是:干燥介质----焙烧窑内成品砖的余热,通过送热风机把干燥介质送到干燥窑内,通过热交换将热量传给坯体表面,坯体表面受热后,将热量传递给坯体内部进行扩散和传导,这是传热过程。坯体表面受热后,表面水分汽化蒸发,而坯体内部水分则因物料水分差而移向表面,再由表面蒸发,直到坯体得以干燥,这是传热过程。

隧道式干燥窑热源即干燥用的余热的根源是隧道式焙烧窑尾部砖体辐射出的残余热能与周围的气体(以空气为主)通过传导和对流方式把其加热,形成热的气体,通常称为窑炉余热。

1、排潮的排气筒冒黑烟的原因

随着《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29620-2013)及其修改征求意见稿,在砖瓦企业的实施,各企业对环保从有认识上升到主动治理和改造的行动中,即进行了烟热分离。烟热分离总的是指窑炉的烟气直接进入烟气治理设备,窑炉内的余热用于干燥坯体,原理是窑炉尾部砖体剩余热能辐射出来加热周围的空气而形成残余热量(简称余热)中没有污染的空气,不需要安装烟气治理设备,经干燥利用后直接排空;而窑炉的烟气污染物集中,其量小,温度高,湿度小,故大需要治理量也小。

在砖瓦企业中通常的排潮的排气筒或多或少地排除黑烟(青烟),这不符合达标排放标准。其原因是砖坯在预热带耗碳少、焙烧带坯体内的碳未燃烧尽或是坯体的热值高和窑炉内窑车的运行速度快,而使坯体内残存较多的碳,致使砖体到冷却带还在燃烧,燃烧必然产生一氧化碳、二氧化碳、烟尘、硫化物等相互混合的有害物质。这些有害物质在干燥窑内与水蒸气形成混合物,浓度达到一定程度就集聚成人眼可以看到的烟气颗粒,排放时就形成连续的颜色呈黑色的烟气。

在砖瓦企业的日常生产中隧道窑的控制难点在干燥窑上,而干燥窑冒黑烟是干燥窑与烧成窑如何调控以及工艺控制的重点。

2、控制措施

2.1工艺控制

2.1.1原料的认识与选择

当前,通常情况下砖瓦企业生产采用的原料中的燃料主要是煤矸石或是煤炭。煤矸石是煤炭的伴生物,煤种类的不同也影响其对应的煤矸石。按国家标准GB/T5751-2009《中国煤炭分类》的规定,是根据煤的干燥无灰基挥发分等指标把煤炭分为无烟煤、烟煤和褐煤三大类,每一大类还分若干小类。不同煤种的成分、性能、燃点、发热量不同,对砖瓦焙烧的影响和作用也不同。

国家标准规定挥发分小于或等于10%Vdaf10%)的为无烟煤;挥发分大于10%以上的为烟煤;而挥发分大于37%的为褐煤。无烟煤挥发分较少,烟煤挥发分较多,褐煤挥发分更多。由此可见,煤炭的挥发分是区分煤炭种类的最重要的指标参数。  

什么是煤炭的挥发分呢?煤炭中的有机质在一定温度和条件下隔绝空气加热,在150550℃受热过程中陆续分解而产生的气体挥发物。这些挥发物不是煤中固有的,不是煤中的碳,是在特定温度下热解的产物,而且多数是可燃性气体,是煤炭全部完全燃烧总发热量的一部分。挥发物占煤样质量的百分比称为挥发分产率,简称为“挥发分”。挥发分的成分很复杂,它是由各种碳氢化合物、氢气、一氧化碳等可燃性化合物组成的混合气体。因为这些气体可燃性挥发物的燃点较低,因此挥发分在煤炭里含量的多少影响并决定了煤的着火点(即燃点,即煤在受热释放出足够的挥发分与周围空气形成可燃混合物的最低着火温度)的高低。挥发份越多越易点燃,燃点就越低;挥发分越少越难点燃,燃点就越高。但是如果燃烧条件不适当则会造成挥发分热解速度快但燃烧慢,挥发分已经热解产出但是未完全燃烧,这时易产生并排放未燃尽的气体挥发物质,俗称“黑烟”;并产生一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物,降低坯体内部燃料的燃烧热效率。

根据上述理论,结合多年砖厂工艺工作的实践经验。当原料的内燃是无烟煤的矸石时,窑中会出现“前火燃烧慢且不旺,后火长不灭”,一旦运行窑炉速度加快,则“砖体通红带火出窑”现象;燃料中碳和硫是伴随着燃烧而进行生成硫化物、二氧化碳等污染物的;如果采用燃点较低的烟煤或褐煤煤矸石,前火旺的问题得以解决,但是由于挥发份高将导致烟气的颗粒污染物增加,烟气中细小的颗粒使烟气治理的增加了难度。在窑内的保温带和冷却带还出现燃料燃烧不尽,而带火的砖车存在的区域正是余热利用的范围,这样余热中就有硫化合物的伴随和二氧化碳、一氧化碳、烟尘、粉尘颗粒物,余热以风的形式被输送到干燥窑内,当风量、温度被利用后的废气(其中含有二氧化硫、粉尘、烟尘、二氧化碳等污染物)与水蒸汽一同进排气筒被排出,排出的气体有硫化物的味道,粉尘和烟尘伴随呈黑色或青色气体被排向空中。

控制措施:

1)内燃控制:采取燃点低的煤炭或煤矸石做为内燃材料;内燃材料根据不同的煤层堆放,尽力多测内燃料的热值并记录通知原料的掺配人员;采用页岩做辅助材料,通过两种材料的不同比例参配,产生相对稳定在某区间的的热值;通过窑炉的运行速度确定所需的热值;这样从源头上为控制热值,进一步讲是控制含碳量和含硫量奠定了基础,为下一步的控制创造了条件。

2)粉尘控制:粉尘控制首先要从源头上来控制。粉尘控制在生产线设计时就应该把厂房的密封做好,不让原料车间的粉尘进入到烧成车间即隧道窑和干燥窑的四周。原料车间的除尘设施必须能达到应有效果和标准,不使粉尘随意扩散,进入到干燥窑内。车间卫生的打扫用湿木屑清扫地面,不使地面上的灰尘四处飘散,避免通过风机吸到风筒内排放到大气中。另一个是窑车清理也是很重要的一环,因为窑车上在码车前在修理清扫时清理不干净有不少的碎砖渣砖沫,到码坯时如果是空心制品在孔洞内部有碎屑出现,也会产生一定量的碎屑和粉尘,故应在窑车修理时一定要把碎砖渣清理干净,这对降低颗粒物排放是有益处的。

2.1.2干燥窑的操作与控制

当前根据隧道窑烟气分离的要求,干燥窑的操作在原有低温、大风量、微正压操作原则的基础上,还必须关注进入干燥窑的余热中是否有烟气、硫化物、氮氧化物、烟尘。

在设计干燥窑工作时要求,出车端为热风进口,呈正压,进车端附近为排潮口,呈负压,正压和负压之间就是干燥窑的“0”压点(实际是一个面,叫零压面更为准确)。干燥窑在实际工作时也必须是这种情况,否则,砖坯无法合理的干燥。当全窑负压时,窑内热气上升,砖垛上部的砖坯干燥较好,下部的砖坯则无法干燥,同时,负压干燥时,窑车的出车端,窑门以外为常压空气,窑门内为负压,这样外界冷空气就侵入到窑内进行干扰干燥窑的干燥气氛。全窑正压时,潮气不能及时排除易聚集,导致回潮倒垛。所以,在设计时,干燥窑的“0”压点一般控制原则为:负压占窑长的30%--40%,正压占70%--60%左右。

在操作时由于无法直接观测到的,可从三个方面来判断:

1)检测干燥后的砖坯的残余水分。取样时要取砖垛上部和下部(背风面、砖垛内)砖坯检验,当发现下部的砖坯残余水分较高时,就可以判断负压较大,应及时采取措施。这里要说明一点,砖垛下部砖坯的干燥残余水分一般比上部大12个百分点,这是正常的。

2)从操作上观察。干燥窑出窑窑门处是否有热气外溢,此处为进风端,必须呈正压。当观察到外界空气被吸入窑内则表明该处为负压,表明负压大,必须立即调整。正确的观察方法是:正常生产时将窑门提离轨道面300mm400mm高,如果外溢的热气微微扑到脸颊即可为微正压,如果扑到脸颊的热气量大,预热送风中的空气氧含量要超标。此方法便于操作人员观察,并能防止热气窜到窑车下面。注意如果外溢的热气无硫化物的味道、无黑色或白色烟尘,说明在余热中硫化物的含量、烟尘的含量不高。

3)从出窑砖坯的迎风面看是否有烟尘附着在坯体的表面,明显地有一层烟尘,说明预热风中的烟尘含量大。

控制措施:首先,要在理解干燥工艺原理的基础上,加强坯体的颗粒级配即原料破碎工艺的筛网孔径的调整。由于粗颗粒多的坯体,毛细管粗,内扩散阻力小而利于内扩散速度提高,有利于提高干燥速度。粒度愈细,成型时所吸附的水愈多,含水率大,不容易干燥;其次,坯垛的组合方式和坯体的形状特征;再次是控制坯体含水率和利用坯体静停一段时间,让坯体的水分自然蒸发一部分。

从干燥窑的风量控制上首先调节热风闸的开度;其次调整为干燥窑送余热风机的频率;焙烧窑窑尾的冷却风机(实际也是送氧风机)的频率,尤其是两侧风机必须控制;送热风机前管道上的兑冷风口的开启情况;离焙烧窑最近的2-3排抽余热支管完全关闭。

2.2烟气中含氧量控制

修改后的《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29620--2013)4.7“人工干燥及焙烧窑烟气基准含氧量为18%,实测大气污染物排放浓度应换算为基准含氧量条件下的排放浓度,并以此作为判定排放是否达标的依据。”例如:实际测量排放浓度中烟气含氧量为18.5%,其折算系数为1.2,换算烟气中标准含氧量21.6%,超标。之所以制定烟气基准含氧量,是由于每家砖厂,每条隧道窑的工况、操作水平都不一样,烟气排放数据更是复杂,但无论怎样,为统一换算,必须制定一个统一的标准,这就是烟气基准含氧量为18%来由。

其主要目的为防止稀释烟气污染物的含量。如果烟气污染物超标了,最简单的降低污染物的办法就是加大清洁空气量,让烟气稀释,这样,污染物不就降下

来了,但是有了烟气基准含氧量,这个办法就行不通了。

2.2.1隧道式焙烧窑的烧成技术控制

由于干燥预热的根子在焙烧窑,所以焙烧窑的烧成控制方式或手段,将直接影响并决定干燥效果:一方面是坯体的干燥质量、产量,这是大家在标准(GB29620-2013)实施前最为关心的工作;另一方面在标准执行后,最为关心是控制干燥窑在产量、质量一定的情况下,其排气筒的废气是否达标排放。这就要求,焙烧窑改变原来“大风、大火”;还有利用窑头的排烟风机拉风,窑尾的轴流风机向窑内鼓风而向前机械地强制推风的烧法;需控制过量空气系数。进一步讲是合理用风,这工艺技术控制问题,它不仅涉及到隧道窑的各风机频率调整和风闸开度 等问题,还与成型的码坯、原料的掺配后热值的高低、颗粒级配、破碎、坯体的含水率高低等有一定的关联,可以说是一个综合性的问题。单就隧道窑来讲,目前,常用的窑炉监控系统有温度和压力检测,但燃烧所需要的空气(氧气)量是否合理,还没有设备仪器监控,也没有数据和经验可循,这就需要现场操作人员掌握用风量的调节技能。当烟气含氧量过大,也就是大风抽取烟气,烟气的温度表现为较高,高温烟气不仅表示热量浪费,也预示着烟气检测数据超标;烟气温度低,则预示窑内缺氧,燃料不能充分燃烧,这是烟气温度判断法;第二通过投煤孔、窑墙的观火孔观察窑内火情,当窑内风量大时,观察高温燃烧段燃烧的空气清晰度,风量大时观察的效果较为清晰,甚至能透过燃烧区看到车的台面、对面的窑墙,即清火;风量小时观察为则浑浊,这就是清火、浑火的判断法;第三是从投煤孔投木片观察的方法:从投煤孔投入木片,立即封闭投煤孔,一分钟左右打开投煤孔快速观察,从木片是否燃烧,燃烧强度判断该车位氧气是否充分。

在此基础上通过生产工艺整体配合做到合理用风,多方面努力的目的就是使烟气中的含氧量控制在烟气基准含氧量为18%以内;但要把它控制在合理的范围内,从以上几方面分析来看,是砖厂的一个综合性难题。

2.2.2隧道式焙烧窑操作实例

例如窑宽6.9米,长度为157.4米的隧道式焙烧窑、长度为79.1米隧道式干燥窑。当焙烧窑的运行速度设定为80分钟∕车时,其它基础条件是原料的掺配热值需要为370卡∕克至410卡∕克间,成型挤出后坯体强度不低于3MPa。这时,烧成焙烧窑排烟风机的频率在40赫兹—42赫兹,烟气经过脱硫处理排放;焙烧窑窑尾五台7.5千瓦的轴流风机的频率两侧15赫兹、中间三台35赫兹;烟气采用窑墙侧管排放,支管8对,首闸在6车位,当时开启情况时首闸和尾闸关掉、2闸至7闸呈桥梯式分布;90千瓦的送热风机频率22赫兹左右;干燥窑的干燥温度有6个车位在90℃至100℃间,两台45千瓦排潮风机的频率在40赫兹左右。在这种工作情况下,排烟的排气筒排出的废气总体呈白色,其边缘处也无黑色迹象,排烟温度不高于100℃;排潮的排气筒排出的废气无黑烟、无刺激性气体的味道。焙烧窑80分钟∕车运行正常,如果再提高窑炉的运行速度,原料的热值适度降低。

3结束语

干燥窑内的烟气经坯体干燥利用后,排放时不出现黑烟关键在于工艺的调配和生产计划的安排,而工艺的调整是根据生产计划来变化的;关键点:源头控制----原料的选取、原料掺配后热值;把握过程---成型的坯体强度、坯体含水率;焙烧窑的烧成气氛、烧成制度的建立;干燥制度的建立;加强环保意识。来源:砖瓦界

 
 


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