高温除尘系统应用蒸发冷却技术
2015-04-27孙权
孙 权
（中煤科工集团武汉设计研究院湖北武汉430000）
高温除尘系统应用蒸发冷却技术
孙 权
（中煤科工集团武汉设计研究院湖北武汉430000）
通过某钢厂铁水预处理项目，蒸发冷却塔在除尘系统高温烟气冷却降温中的实际应用，与常用冷却方法的比较，说明蒸发冷却是高温烟气的有效降温方法。
高温烟气；蒸发冷却；冷却降温；除尘
1 前言
某钢厂新建的一座100t转炉，其铁水预处理为三脱功能，在三脱及扒渣过程中产生大量烟气，为满足环保要求进行抽风除尘。由于除尘设备材料和结构条件所限，高温烟气进入除尘系统前，必需由700℃的高温降低至200℃。高温烟气冷却降温的方法很多，目前常用的冷却方法有：间接水冷—水冷套管和密排水管；间接空冷—机力空气冷却器；直接水冷—喷淋塔。这些方法都有各自适用的场合，但都有明显的不足，并非理想的冷却方法。蒸发冷却主要利用水的汽化潜热，换热效率高，冷却速度快，调节范围大，设备简单，初投资少，运行费用低，维护简便等优点，是高温烟气冷却降温的一种新兴技术。
2 铁水预处理高温烟气蒸发冷却应用
2.1 蒸发冷却原理
蒸发冷却是利用水雾蒸发吸收热量变成过热蒸汽，达到降低烟气温度的目的。在烟气中根据需要喷入水，水充分雾化后的水滴粒径越细越好，雾粒在冷却装置内与高温烟气接触吸收烟气显热后全部汽化，并被烟气再加热成一种过热蒸汽，不出现任何机械水。
2.2 铁水预处理除尘工艺参数
2.3 蒸发冷却塔设计要点
影响蒸发冷却塔冷却效果的因素很多，如喷嘴的形式、汽化时间、自动控制等，这些在设计中要特别注意。
2.3.1 喷嘴选择与设置
喷嘴是蒸发冷却塔的核心部件，在选择喷嘴需要考虑以下几个因素：雾滴直径、喷嘴位置、喷嘴角度。雾滴直径是保证水分全部汽化的重要条件，水滴汽化，其蒸发潜热会使烟气温度急剧下降，达到短时间冷却烟气的目的。喷嘴的雾化方式有机械雾化和压缩空气雾化两种，机械雾化适应连续的烟气；当烟气是间断的，采用机械雾化则喷嘴易堵塞，因此，采用压缩空气雾化。
2.3.2 汽化时间
蒸发冷却塔壳体尺寸必须具有足够的空间和烟气过流时间，以满足所有水滴都在冷却塔内完全汽化。如果汽化不完全，必然导致水滴落入灰斗或带入后续的设备，引起排灰困难，设备腐蚀等问题。
2.3.3 自动控制
自动控制是蒸发冷却塔正常工作的关键，除尘系统对烟气温度调节精度要求并不高，因此采用喷嘴数量的控制，每个喷嘴流量恒定，这种控制模式运行稳定可靠。根据蒸发冷却器前后温度信号控制水管上和压缩空气管上电磁阀开关，当温度为700℃所有阀全开，当温度每降20℃关一对电磁阀。
2.3.4 铁水预处理蒸发冷却塔主要性能参数如下：
2.4 运行效果
该蒸发冷却塔自建成以来，一直正常运行，在蒸发冷却塔进口温度波动的情况，能自动调节喷水量，出口温度稳定，满足设计要求。
3 蒸发冷却与常用冷却方法的比较
3.1 蒸发冷却的特点
3.1.1 换热效率高、耗水量少
蒸发冷却换热主要利用水的汽化潜热，换热效率高，相应水量消耗少。
3.1.2 适应性强、操作弹性大、可调节冷却终点温度
蒸发冷却不仅适用于烟气量及温度稳定的高温烟气冷却，也适用于非稳定状态高温烟气冷却。可任意调节冷却终点烟气温度。
3.1.3 安全高效、冷却速度快、投资费用低
雾化水滴与高温烟气直接接触，传热速率快，冷却空间小，设备简单，投资费用低。
3.1.4 改善烟尘特性
喷雾冷却由于使烟气的湿度增加，因此可以降低烟尘的比电阻，又能对细尘起到凝聚作用，使烟尘粒径增大，离子驱进速度加快，二次扬尘减少，从而提高后续的电收尘器收尘效率。
3.1.5 运行费用低
由于冷却介质为一般工业水，对水质无过高要求，若采用压缩空气雾化，能耗仅为机械雾化的60%，设备阻力低，一般不超过300Pa。
3.1.6 操作维护方便，自动化程度高
由于采用PLC控制冷却后的烟气温度及喷水量，因此自动化程度高、安全可靠，同时由于冷却塔无运动部件，因此操作维护简单方便。
3.2 间接冷却的特点
间接冷却是指高温烟气与冷却介质不直接接触，根据烟气温度的高低及工艺要求，可产生蒸汽、热水、热风等回收二次能源。但由于间接冷却设备的总传热系数较低，需要的冷却介质（水、空气）流量大，能耗大，运行费用高，设备比较庞大，初投资高，并且需匹配清灰机构，结构复杂。
3.3 直接水冷的特点
饱和冷却与蒸发冷却相同之处：都是直接水冷，冷却都采用喷淋的形式。饱和冷却是高温烟气通过大量喷水，使高温烟气在瞬间冷却到相应的饱和温度，在冷却降温的同时，也起到一定的除尘作用。饱和冷却的主要缺点就是产生二次水污染。
4 结语
由于蒸发冷却与间接冷却、饱和冷却等相比具有独特的优点，是高温烟气的有效降温方法。蒸发冷却在国外某些发达国家是一种成熟的高温烟气冷却技术，但在国内尚属于新兴技术。随着人们对蒸发冷却技术的逐步认识和掌握，蒸发冷却将在除尘系统高温烟气冷却中得到广泛应用。
