20011012.htm增湿塔在水泥厂应用的几个问题 (天津水泥工业设计研究院，天津 300400)
中图分类号：TQ172.6＋88 文献标识码：B 文章编号：1002－9877(2001)10－0032－04
近年来，大多数干法水泥生产线采用增湿塔对窑尾大量的高温废气进行降温或调质，因为其操作稳定可靠、投资较低，取得了良好效果。但是，由于部分工作人员对增湿塔认识不够充分、使用不当，也有一批增湿塔不能正常工作。对此，有关文献[1，2]作了较为详细的论述，认为：①增湿塔规格设计不当；②喷嘴性能不好；③喷嘴堵塞；④没有合适的水量调节装置。除此以外，还有一些问题值得引起注意。为使增湿塔得到更好的应用，笔者在增湿塔规格和喷嘴的布置、塔内气流分布、喷水系统的元器件的选择和使用、增湿塔前置等几个方面谈谈自己的看法。 1 增湿塔规格与喷嘴的布置
设计增湿塔前，我们必须搞清楚烟气的工况条件，如处理烟气量、气体含尘浓度、增湿塔进出口气体温度、进气口工作压力、进气口烟气露点（或含水量）、气体成分等。由烟气的工况数据，很容易计算出增湿塔所需要的最大喷水量[3]。根据烟气量、喷水量、喷嘴雾滴直径和蒸发强度，确定增湿塔的规格以及喷嘴规格和数量。
烟气在塔内的气体分布除受增湿塔入口处截面变化的影响外，过高的风速必然增加塔的高度，给制造安装带来困难，增加成本。设计时塔内风速一般取1.5～2.5m/s。根据喷嘴喷雾液滴直径级配和增湿塔进出口气体温度，蒸发时间一般取9～15s。另外，考虑到，从喷嘴喷出的液滴速度很快便衰减到与气流速度相近，在其喷雾射程内，液滴速度高，时间非常短暂，在这段长度内，液滴蒸发量可以忽略不计。因此，增湿塔的规格可以这样确定：
H=t·v＋l
式中：D——增湿塔筒体内径，m；
Q——处理气体量，m3/h；
t——液滴蒸发时间，s;
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中国科技馆新馆影院 v——增湿塔筒体内气流平均速度，m/s；
H——增湿塔有效高度，m；
l——喷嘴喷雾射程，m。
喷嘴是增湿塔的关键部件，国内一些增湿塔在使用过程中经常湿底，多数是由于喷嘴质量不过关引起的(也有的是增湿塔本体、工艺操作等问题造成的)。因此，我们建议用户要特别重视喷嘴质量和使用性能。一个好的喷嘴应具备以下特征：①较小的雾滴直径；②较宽的流量调节特性，即，当水量在一定范围内变化时，雾滴级配始终如一或变化很小。如果使用的喷嘴水量调节比太小，当烟气量处于下限时，雾化效果差，水滴大，易湿底。有的厂为了避免湿底，减少喷嘴使用数量，增湿塔正常工作或烟气量处于上限时，喷嘴在高负
荷下工作，磨损严重，大大降低使用寿命；③较小的扩散角，方便喷嘴布置；④要有较长的使用寿命。喷嘴头要耐磨损和耐腐蚀；⑤较大的液体喷口，颗粒堵塞的可能性小。因此，在选择喷嘴时，除了要注意喷嘴额定喷水量、设计压力、雾滴直径、扩散角、射程、喷口大小和喷嘴材质以外，还应关注喷嘴水量调节比。如鲁奇型增湿塔采用的回流喷嘴，水量调节比为1∶12，这样，便可在不关闭任何一个喷嘴的情况下，通过调节回流管路上的电动调节阀的开度来调节喷入增湿塔的水量。另外，喷嘴数量不宜过多，一般不超过20个。喷嘴应均匀布置在增湿塔截面上，并保证雾流不相遇，以免产生过大水滴，造成蒸发不彻底以致湿料。同时，要避免喷嘴喷出的雾流接触到塔壁时凝聚成水流，雾流应与塔壁保持一定距离。天津水泥工业设计研究院设计的增湿塔喷嘴布置和雾流最大截面分布示意图如图1。
图1 喷嘴布置和喷雾最大截面示意
2 塔内气流分布问题
烟气导入增湿塔都是从较小断面的风管过渡到较大断面的增湿塔筒体。如果不采取必要的措施，会造成气流沿塔断面分布不均匀，局部(一般是筒体中心线附近)气体流速过高。这部分气流中的水滴在塔内停留时间过短，来不及蒸发，容易导致湿料。因此，要求气流在塔内有良好的均布性。
gotfrag增湿塔进气口有2种形式：一种是上进风形式(见图2)，另一种是侧进风形式(见图3)。因为侧进风形式要求进气口设置导流装置，我们推荐选用上进风形式。上进风形式常做成圆锥形，为了使气体充满圆锥，其锥角要小于30°。在工艺布置时，为了减小增湿塔高度，往往采用侧进风形式，这时，在圆锥体上方要有一段过渡段，内装设导流板，这些导流板要与进风气流平面垂直，这点在安装时不要忽视。
要使气流沿塔断面的分布更均匀，无论哪种进风形式，都还必须在锥体内安装气体分布装置。气体分布装置常采用2种形式：一种是水平放置的2层多孔板(见图2和图3)；另一种是
同心锥套(见图4)。相比之下，水平放置虽然无孔区容易积灰，但制作安装简单，重量轻，气流均布更好，而且积灰宽度不大，适量积灰有利于减小多孔板的磨损，应优先采用。
图2 上进风
中国农业发展集团总公司
图3 侧进风
图4 同心圆锥分布板
3 喷水系统元器件的选择和使用
用在增湿塔上的喷嘴主要有以下几种：不带回流的压力式喷嘴、内外流压力式喷嘴、带回流的压力式喷嘴、气助式喷嘴等。不带回流的压力式喷嘴因为喷水量小，适用于小型增湿塔。内外流压力式喷嘴水量调节范围小，现在一般不采用。气助式喷嘴因为喷雾直径小，
需要的蒸发容积小，但要消耗大量的压缩空气，因此,一般用于改造旧的增湿塔或场地受限的地方。无论采用哪种型式的喷嘴，必须要有与之相配套的管路系统和可靠的元器件作保证。除了重视喷嘴的质量，选择信誉较好的正规厂家生产的喷嘴外，水泵、过滤器、各种阀门、压力表等元器件也不容忽视。有的水泥厂使用的水泵出口压力达不到标牌压力，有的厂在选择水泵时没有充分考虑管路阻力，以致喷嘴前水压达不到要求，甚至还有的水泵自身漏水，影响增湿塔正常工作。我们在贮水箱出水口设有2只并联的不锈钢过滤网，以便于经常在线轮流清洗。在每个喷嘴前安装1个细孔过滤器，其丝网也采用不锈钢，在保证过滤器使用寿命的同时，可防止锈蚀铁屑和贮水箱过滤网漏滤的杂质堵塞喷嘴。管路中各种阀如：截止阀、节流阀、单向阀及电动调节阀等，必须经试水合格后才能投入使用。在实际生产中，出现过截止阀和节流阀渗水、单向阀反向漏水、调节阀自持震荡和反应过慢、压力表损坏的现象，需要引起注意。各种阀门阀芯尽量采用不锈钢，以免锈蚀或锈死。
增湿塔喷水系统的水源应保持清洁，水质应符合要求。在生产过程中，要定期清洗水箱中的过滤网、喷嘴前的过滤器和水箱，以防泥沙等固体颗粒堵塞网孔，增加管路阻力[1]。若
增湿塔工作停止一段时间，应打开放水阀，将管路中的水放空，避免天冷时结冰堵塞水路系统。
使用水量调节比例较大的回流式喷嘴时，工作中应将好的喷嘴全部用上(除非有喷失效)，使喷嘴在其额定工况范围内工作，延长喷嘴的使用寿命。
4 排灰装置问题
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对增湿塔灰斗排灰装置的基本要求是：排灰装置要有2个排料口,正常工作时，将灰斗里的干料排入送往生料库的输送机中；一旦出现湿料时，排灰装置将其排出塔外，由小车运走。与此同时，还要求排灰装置密封严密，否则，漏风太大会影响系统工艺操作，增加风机负荷。现用增湿塔灰斗排灰系统主要有以下几种配置：①螺旋输送机两端各设一电动双翻板阀。一双翻板阀排干料，另一双翻板阀排湿料。②螺旋输送机一端设置电动双翻板阀，另一端使用螺旋闸门。其缺点是，出现湿料时需要手动打开螺旋闸门，无法实现自动控制，并且打开螺旋闸门时严重漏风。③螺旋输送机一端设置刚性叶轮给料机，另一端使 用电动双翻板阀。刚性叶轮给料机在此时常出现排料不畅的问题。我们推荐采用第一种配置。
电动双翻板阀具有重量轻、结构简单、排灰流畅、锁风效果好的特点。但在实际生产中，有些水泥厂出现四连杆机构关节轴承经常损坏的问题。解决这个问题时应注意3点：一是调整连杆长度，避开曲柄连杆机构运动死点；二是应采用质量好的关节轴承；三是在使用过程中注意定期添加或更换润滑油。如双翻板阀阀门关不严，一般可通过调整重锤和调节轴端密封弹簧松紧度来解决。
排灰装置中出现问题较多的是螺旋输送机故障。螺旋输送机转动阻力太大，电动机功率偏高，有时烧坏电动机，甚至损坏螺旋轴，尤其当排料较湿和灰斗积满灰的时候。其主要原因：①螺旋过长。由于螺旋埋在灰斗中，填充率高，负荷较大；排灰长度大，轴变形量大，叶片与壳体容易相刮，从而加大轴向力和转动阻力矩。②螺旋轴中间支承产生阻力。
刘欣揭孟晚舟案隐情为避免螺旋轴弯曲引起叶片与壳体摩擦，常在螺旋轴中部设置支承。中间支承通常有2种方式:一种方式是在叶片外沿若干处焊以滚轮。实际工作中，滚轮轴承常充满灰尘，无法转动，造成滚轮与壳体滑动摩擦，同时,由于滚轮的阻挡增加排灰轴向阻力，还有的水泥厂发生过滚轮脱落现象;另一种方式是在螺旋轴中部设置吊瓦。也同样因为轴承塞满灰尘，转动阻力大，同时该处积灰增加排灰轴向阻力。排除螺旋输送机故障主要有以下几个方案：①除掉中间支承，适当加大螺旋轴直径或者减小螺旋直径。增湿塔灰斗内螺旋直径通常在400mm以上，输送能力有富余，可适当加大螺旋轴直径以增加螺旋刚度，减少螺旋弯曲变形。减小螺旋直径会减小螺旋径向和轴向力，从而减小螺旋变形和排灰阻力。②在叶片外沿平行螺旋轴线焊几条扁钢，增加螺旋刚度，减小叶片磨损，见图5(a)。③采用两段螺旋、灰斗中间排灰方式，见图5(b)，或者采用2台螺旋输送机，见图5(c)，避免螺旋过长。④设计时，尽量缩短螺旋输送机长度。
图5 螺旋输送机改进方式
5 增湿塔布置方式
在我国，大多数增湿塔布置在窑尾高温风机之后，除尘器之前，见图6,也有的布置在窑
尾预热器之后，高温风机之前（简称增湿塔前置），见图7。
图6 增湿塔后置工艺流程
图7 增湿塔前置工艺流程
5.1 增湿塔前置的优点
1)大大改善窑尾高温风机的工作条件。窑尾高温风机是烧成系统的关键设备，它的工作状况直接关系到整条生产线产量和水泥熟料质量以及系统的稳定。在现已投产的生产线中，该风机故障率比较高。增湿塔将废气温度由350～400℃降低到300℃以下，减少废气高温对风机的影响，同时减少通风体积，降低风机负荷。另外，废气中含有较多粉尘，通过增湿塔将一部分粉尘收集下来，减少风机风叶结灰和磨损,风机叶轮失衡的隐患大大减少，从而提高风机的工作可靠性和使用寿命。
2)减短窑尾管道。通常增湿塔高度在40m以上。将增湿塔紧贴预热器塔架，使预热器一级旋风筒直接与增湿塔相接，从而减短窑尾管道(如1000t/d熟料生产线，预热器顶部标高70多m，只需30多m管道，便可与风机相联)。同时，因窑尾管道减短，减少管道上膨胀节和塔架上的混凝土支撑，降低生产线投资。
3)省去增湿塔。爬梯采用后置的多数生产线，因工艺布置原因，增湿塔距预热器塔架较远，增湿塔需单独设置爬梯。增湿塔紧靠预热器塔架后，可以从塔架直接步入增湿塔平台，增湿塔本体不必另设爬梯，不仅减少增湿塔制造安装费用，而且增强增湿塔平台检修人员的安全感。
4)增湿塔更容易操作。由于增湿塔一般是通过控制增湿塔出口温度来调节喷水量的，如增湿塔后置,原料磨或煤磨启动时，增湿塔入口废气突然减少，增湿塔喷水量往往不能及时调整，水雾不能完全蒸发，导致增湿塔湿底，容易造成排灰装置堵料，或让湿料进入原料均
化库。采用增湿塔前置，增湿塔入口废气量和温度相对稳定，只要增湿塔本身不出故障，不会出现湿底现象。增湿塔入口与预热器一级旋风筒之间的风管有一段较长的直段，增湿塔入口不用设置导流板就能使增湿塔内气流更均匀分布。
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