 1、石灰窑气净化处理的必要性 石灰窑气净化处理的必要性 石灰窑排出的窑气在一般情况下，温度可达100~200℃，窑气主要成份为 CO2 （含量约30~40%）,N2 （含量近70~60%)、并有少量 O2 、CO 、SO2 等（总 量约1%左右）。此外，窑气还含有一些水蒸气（来自煤和石料所含水份），也 含有一定量的固体粉尘（每1 立方米窑气粉尘含量可到1~10克之多），粉尘 主要成份为石灰或石灰石和煤粉。根据鞍钢劳动保护研究所测定的鞍钢石灰 窑窑气粉尘粒度与化学成份分析如表2-2、2-3所示。
（CO2 以CaCO3 形式存在于粉尘颗粒中） 回收石灰窑气以后，一般还需要降温和除尘并消除微量的有害气体成份 后才可以利用。这是由于利用石灰窑气生产的各种化工产品对窑气的质量都 有严格的要求，否则窑气中的有害成份将混入这些化工产品中，从而降低产品 的质量，以至导致产品不合格。例如窑气中的SO2 会使产品中的硫酸盐增高， 粉尘会增加钙铝盐与水不溶物，H2S会使产品有异臭味等等。利用石灰窑气 生产化工产品，一般是在气液相的反，应过程中进行，窑气温度过高会妨碍液 体对CO2 的吸收。同时使输送气体的管道和风机的工作条件恶化，工作负荷 加重。因为输气管道和风机的工作负荷只同气体的体积和压力成正比。而气 体的体积与压力又与温度有直接关系。同等数量的CO2 在浓度降低和温度升 高时，将使管道和风机负荷大大增加。在工业实践中，其结果只能是无功的损 耗增加。使产品成本上升，效益下降。 2、 石灰窑气的输送与净化设备 石灰窑气的温度和CO2 的浓度是人们十分关心的事情。因为过高的温度和较低的浓度在工业实践中都会严重减少经济效益，在工艺技术和装备上都 会增加不少额外的麻烦。为此在窑气的输送过程中总是希望窑气温度尽可能 低一些，尽量采用正压或至少接近零压的气体输送方式，以防止外部空气侵入 降低了窑气中CO2的浓度。 通常窑气从石灰窑顶通过管道引入洗气塔，再由中间风机增压后输往有 关的生产车间，有的车间距离较远，管道中压力损失较多，还需要二次增压后 再输往各种相应的反应塔中生产出各种化工产品，尾气则从最末级塔顶排放 于空气中，其间管道接口，管道与风机接口，管道与塔接口，管道与闸阀接口均 应力求衔接严密，防止气体散失，管道的走向力求筒捷，弯道尽量少，以减少气 体输送阻力。由于输气系统长期运行，腐蚀和热胀冷缩等影响，某些接口或闸 阀手轮盘根处的不严密总是难免的，采用正压输气的方式会使得微量窑气散 逸（但不会严重妨碍生产正常进行，因为通常设计的给气量都要大于实际需气 量的10%或更多一些），同时也从根本上杜绝了外界空气渗入输气系统，从而 防止了冲淡石灰窑气中 CO2的浓度。 1）常用的输气增压装备———风机 机械化立窑采用强力的鼓风机从窑底送入空气以保持窑内燃料正常燃烧 和石灰石的充分分解。窑口排出的窑气压力（通常称做顶压），在正常情况下 可达到20~50毫米水柱，窑气进入窑顶的输气管道直到洗气塔净化后排出， 在这一过程中一般不再使用风机增压，窑顶的输气管道力求以最简捷的方式 联接洗气塔，如果条件允许，采用立体布置最好。例如，开采的石灰石破碎筛 选后进入料仓，料仓的出口与窑顶的进料口大体在一个水平面上，这样可以省 去物料的提升系统。石灰出料口则设在最低的水平面上，窑气管道从窑顶取 水平或略上扬的简捷路径进入洗气塔为宜，如果现场不允许采用立体布置，那 么洗气塔也应设在尽量接近窑的位置上，从窑顶向下取最简捷的路径引向洗 气塔，以尽量减少路途的压力损失，尽可能保持管道的正压输气状态。石灰窑气通过洗气塔处理后，大部分粉尘和有害气体得到清除，温度下降 到50S℃以下，而窑气原有的压力，此时也消耗殆尽。为此窑气在通过洗气塔 后，需要设置第一级的增压风机，以保持窑气在输气管道中继续以正压状态输 送。 石灰窑气输送系统常用的风机有离心式通风机或罗茨风机和叶氏风机等 类型。由于窑气处理后，温度接近于大气温度，有害成份又大大减少，因此对 风机一般没有什么特殊的要求，在选型时只要风量和风压能满足现场的实际 需要就可以了。 普通离心式通风机压强在0.15大气表压以下，如果洗气塔到产品生产车间的管道不太长，弯道又不多，阻力损失较小，采用通风机为宜，因为通风机结 构较简单，维修方便，造价也比较低。我国目前生产较多的一般中低压离心式 通风机是 4-72 型、4-79 型，例如4-72-11NO8C，其意义为风机在最高效率 点时的全压系数H=0.4，比转数NS=72，单侧吸风为 -1（双侧吸风为 -0，二 级串联吸风为-2，风机的设计顺序为1，机型为8和叶轮直径为800毫米，传 动方式为 C（A 代表无轴承箱，直接用电机传动，B 代表用悬臂支承，皮带传 动，皮带轮在轴承中间，C 代表悬臂支承，皮带传动，皮带轮在轴承外侧，D 代 表悬臂支承，用联轴器联接传动）。 鼓风机的压强在0.15-0.3 大气表压之间，是最常用的一种输气设备，例 如 D36X35-40/2000 罗茨鼓风机表示风机的静风压为 2000毫米水柱，风量为 每分钟40m³.，叶轮直径36厘米，长35厘米。离心式通风机的工作原理很简单，电动机带动机壳内的叶轮转动，气体靠 离心力，从风机壳中部吸入，加速后从机壳切线方向上的排气管排出。罗茨鼓风机的工作原理则与离心式风机截然不同。罗茨风机的机壳内有 两根平行的轴，各安装有 8 字型的转子。两根轴连同转子做相向转动，于是在 机壳内交替形成两个空腔，气体不断吸入和加速后再排出。图 3-1 为罗茨鼓 风机结构。
叶氏鼓风机实际上是罗茨风机的一种变型。叶氏鼓风机同样有两个平行 的轴。一个轴上安有三个活塞（每个活塞的中心线相距 120°），另一个轴上相 应固定有三个翼轮，活塞和翼轮做相向转动，不断吸收和排出气体。图3-2为叶氏鼓风机结构。 有的地方也用水环泵输送气体。水环泵本来全称水环真空泵，原用于制 备负压强的一种设备（在生产中完成吸取液体，固体或气体的作业）。当水环 泵的进气口与气源相接时，则也可用于正压输送气体。水环泵的工作原理是：泵壳内偏心地安装有带固定浆叶的转子，壳内加水适量，水面接近转子的轴 心，转子转动时，由于离心力作用形成水环和月牙腔。月牙腔为转子分隔为各 个小室，小室不断交替由大变小，又由小变大，于是不断吸入气体和排出气体。水环泵构造简单，工作安全可靠，造价也较低，维护检修要求不高是其长处，但工作压强不高，效率较低是其不足。如图3-3 所示。
当窑气从洗气塔通过管道输往需用窑气的生产车间时，由于管道的阻力 消耗，在窑气进入反应塔之前经常需要二次加力增压。通常采用大风量低压 强的空气压缩机来完成这一任务。往复式活塞空压机是最常见的一种机型。其工作原理也很简单。电动机带动曲柄，使活塞做往复运动，不断吸入气体和 排出气体，同老式的手动风箱十分相似。由于气体压缩产生大量热能，需有冷 却装置（通常用水冷却，也有用风冷却的）。3LB-15/3 型空压机就是常用的一种机型。单级双缸水冷却，排气压力可达 3 公斤 / 平方厘米，排风量额定为 15立方米/分，带有 2 立方米储气罐。近年一种无油润滑的新型空压机投产，如L3.5-20/8G 型空压机，配有后冷却器，使排出的气体的温度和含水量，含油量进 一步减少（含油量每立方米可小于0.2 毫克），十分适宜于质量要求苛刻的化 工产品的工艺作业，排气压力可在4-8 公斤/平方厘米间调节，两级双缸水冷却， 额定风量20立方米/分，带有 2 立方米的储气罐。当排气压力不需要太高时（如 3-2公斤 / 平方厘米 已满足生产需要），可改两级压缩（串联缸）为一级压缩（并联 缸），风量会有所增加，效果也是良好的。 除常用的活塞式空压机外，有些地方也采用一种刮板式空压机。其工作 原理与水环泵类似，泵壳内也有安装转子的偏心轴，转子在轴向上开有若干 槽，槽内插有刮板，当转子转动时，在泵壳内也形成一个半月形空间，空间由于 转子的转动而交替由大变小和由小变大，从而吸气和排气，气体压强可达到 4 公斤/平方厘米以上，每分钟排风量5-60 立方米。这种机型体积小，重量轻，工 作稳定，结构也简单，缺点是润滑油耗量较高，效率也较差，应用不够广泛。各种风机的选型，通常根据现场实地管路和闸阀与反应塔的布置和压强 损失大小来选定风机的排气压强，同时根据生产工艺的要求选定风量，从设计 手册或机械产品样本手册上可以查到所希望的通风机、鼓风机和空压机型，以 及相应匹配的电动机。 2）常用输气管道 输气管道通常使用无缝钢管或有缝焊接钢管，要求内壁光滑，管径尽量一 致，以期气体输送的管道阻力损耗减少。管与管间以及管与闸阀、管与反应塔 的联接采用法兰、胶垫、螺栓的柔性联接为好。因为这样联接方式气体阻力 小，管道热胀冷缩适应性好，同时便于定期清洗管道和检修维护管道。有的地 方使用承插式铸铁管，效果也良好，但对管道的胀缩适应略差，清洗管道也不 够方便，特别接口需要特殊处理，否则管道严密性常常难于保持。近年预应力 水泥混凝土管已经用于长距离输水，效果良好，采用水泥混凝土管输送窑气也 是大有发展前途的，水泥管胀缩变化相对小，耐腐蚀性能高于金属管道，这是 突出的优点。 管道的转弯是值得十分重视的问题，气体输送的压力损失往往大部分产 生于转弯处，粉尘也易于在转弯处造成堵塞。管道的转弯宜采用较大的回转 半径（常取管道直径的3.5-5 倍），采用无缝钢管整体充砂热弯工艺来成型弯 管，尽量避免小角度的直插式联管方式。闸阀采用闸板式为好（不宜用转芯式 或柱塞式闸阀）。管道的布置可采用水平方式或沿输气方向略向上倾斜式，以 便于气体流动和气体中水份在结露时可自动流入管道上预置的存水斗中（定期排于管外）。管道架设在一定高度的钢支架或混凝土支架上，一般不埋在地 下，这样可便于管道检修，也避免了管道的腐蚀。管道外层要涂油漆以防腐 蚀。 3）常用窑气净化设备 由于窑气中有害成份的特殊性质，在进行窑气净化处理时，需要采用一些 特殊的方式和方法。 （1）一般气体中的粉尘，常采用旋风除尘器或布袋除尘器进行粉尘的收集， 净化效果还是良好的。但在石灰窑气除尘中一般不采用旋风除尘器或布袋除 尘器来做一级净化处理，这是因为石灰窑气中常含有不少的水蒸气，（水汽来 自石灰石的水份，特别是在雨季，石料的水份更大，可达到3-5%，当使用块 粉相混的无烟煤做燃料，通常要在煤中加 10%左右的水，使煤成浆状粘附在 石料上，以防止物料进窑后，煤粉随窑气带出，或沿石料孔隙散失于石层下部， 破坏了煤石应有的比例），含水汽的窑气在进入旋风筒或布袋中，一旦保温效 果不好，特别在冬季，当温度低于露点温度之下时，窑气中水分会很快冷凝在 风筒壁或布袋上，从而粘附粉尘颗粒，大大降低除尘效果，严重时还会堵塞风 孔，破坏了除尘器的工作。因此一般石灰厂窑气的一级除尘一般采用沉降室， 除尘后的窑气再进入洗气塔进行二级净化。沉降室内有隔板，下有螺旋纹刀， 窑气由一侧进入，另一侧排出。粉尘由于碰到隔板而下降并集中在下部集尘 箱内，通过下部螺旋输送机定期将其清除。 （2）窑气冷却净化主要是在洗气塔中完成。洗气塔的类型多种多样，其共 同点都是气流与分散的水珠相向运动，一般是气体从塔底部向上流动，水则从 塔顶部向下喷淋，分散的水珠在与气流接触时，捕获了气流中的粉尘颗粒并吸 收了窑气中的有害气体成份SO2、H2S及窑气的热量。为增加水珠与气流接 触的机会，延长接触的过程与时间，在塔的中部设置了格筛，填充了不同的物 质（石灰石，石英石或称做拉西环或鲍尔环的各种形式的磁质环或金属环），这 样的洗气塔称做填充洗气塔，如图3-4 所示。有的在塔中部设置了筛板，称 做筛板塔。还有的设置了不同类型的泡罩，称做泡罩塔等等。（如图 3-5 所 示）填充木格板的称为木格塔，如图3-6所示。 洗气塔的布置可以与输气管道并联（当输气量较大时），也可以串联（当一 次洗气净化度不够时，串联二次洗气）。 洗气水可以回收循环使用，通常设置3-4个储水池，用水泵汲水洗气后 流入另一个水池，池满后静置沉淀，粉尘集于池底，待池上部澄清水吸干后，将 池底沉淀的污物清除干净，空池再留做回收洗气水之用。池水在静置过程中 也散发了从窑气带来的热量。各储水池依次轮流接替使用，这样只要定期向池内补充少量清水就足够了。池底的污物，在有的地方还使用泥浆泵（或污水 泵）打入板框脱水机。使污物脱水成固体泥饼，体积大大缩小后易于处理，这 样就防止了池底污水泥浆对环境的污染。此外，在洗气塔中进行窑气的降温和净化粉尘的过程中，粉尘中的大量石 灰石粉和石灰粉为水吸收后，在水中会与溶于水中的SO2结合，生成亚硫酸钙 沉淀，从而大大促进了 SO2在水中的溶解度，这些粉尘实际又起了某种有益的作用
(3)循环水池的安排设置 从洗气塔流出的污水温度较高，混杂物较多，需有足够容量的水池静置沉 淀污物和散发热量以便于节约用水循环使用。在场地面积允许时，池水不宜太深（1-2米），池面积略大为宜。通常设置3-4个储水池轮换使用。每一个 池的容量大体为洗气塔每小时流出水量的8-12 倍为宜，即每昼夜换池2-3次为宜。水泵选型可以根据水量及水压要求确定，通用的清水泵已可以满足 要求。表 3-3为几种型号离心水泵的技术性能。
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