水泥生产线窑头收尘器配套降温系统概述Discussion of Hoisting and Installation Measurement of Preheater Tower Steel Frame and Equipment

2015-09-01喻宏祥高密军

水泥技术 2015年5期

罗　振，喻宏祥，高密军，王　兴

水泥生产线窑头收尘器配套降温系统概述
Discussion of Hoisting and Installation Measurement of Preheater Tower Steel Frame and Equipment

罗振，喻宏祥，高密军，王兴

1　前言

随着人们环保意识的逐步加强以及国家对大气质量要求的不断提高，使得水泥生产线中用于控制粉尘排放的电除尘器面临着严峻挑战。水泥窑收尘器入口含尘浓度高、出口含尘浓度超低值排放、窑系统工况条件需频繁调整等特性，给现有水泥窑除尘设备提出了更高的技术要求。

目前欧洲的平均粉尘排放标准≤20mg/m3（标），我国最新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》（国家标准GB4915-2013）中规定水泥窑及窑尾余热利用系统的颗粒物排放浓度要求≤30mg/m3（标），重点地区排放浓度甚至≤20mg/m3（标）。通过监控烟尘的排放状况，发现现有的水泥窑电除尘器的排放浓度很难达到国家规定的排放指标。这迫使绝大多数水泥公司必须将现有除尘器更换或改造为更高效的袋除尘器，方能满足国家排放标准。目前国内水泥窑的电除尘器已经出现高效的脉冲行喷吹袋式除尘器逐步替换电除尘器的趋势，国外情况也基本如此［1］。

采用袋收尘器确实能达到很低的排放浓度，但是袋收尘器对烟气温度的影响十分敏感。不论是窑尾或窑头的收尘系统，袋收尘器都要采取防止超温烧袋的措施。特别是窑头篦式冷却机，工况条件波动很大，如出现跑黄料或堆雪人的故障，烟气温度会急剧上升，瞬时气体温度可高达400℃以上。所以窑头收尘系统如采用袋收尘器，更要重视超温损坏滤袋的问题。本文仅就窑头袋收尘器的降温技术简要介绍如下。

2　窑头行喷吹袋收尘器配套的降温技术［2-3］

目前窑头行喷吹袋收尘器配套的降温技术，可采用的有如下几种方式，或者采用其中两种方式相结合的方案。

（1）掺冷风方式（也称直接风冷式）

这种降温措施，即在袋收尘器入口管道上，增设一台随气体温度变化而自动调节吸入大气的冷风阀。也就是将冷空气直接混入高温气体以达到降温的目的。

掺冷风方式历史悠久、结构简单、投资省，但由于掺入大量冷风，会增大收尘器的处理风量。同时由于掺入冷风受环境温度影响很大，因而仅适用于降温幅度不大和工艺系统对通风量变化要求不高的场合。

（2）喷雾冷却方式

这种冷却方式，即往高温气体中直接喷水，利用水蒸发吸热而达到使高温气体降温的目的。窑尾电收尘器配套的增湿塔就是属于这种冷却方式。

（3）间接风冷方式

这种冷却方式是相对直接风冷方式而言，有自然风冷式和强制风冷式两种。

a自然风冷式

所谓自然风冷式是利用常温空气自然对流冷却管内流动的高温气体。这种冷却方式的设备结构简单，没有运动部件，因而投资省、维护方便、使用寿命长。但是，由于这种冷却方式的导热能力小，设备结构比较笨重，阻力也较大，约为增湿塔阻力的3～4倍，多用于小型新型干法窑烟气的冷却。

b强制风冷式

这种冷却方式的机理，是高温气体在管束内通过，同时在管束外壁用轴流风机强制通风进行冷却，由于钢管壁的热传导作用，使高温气体的温度降低而冷风的温度升高。

因这种冷却器的钢管直径小，一般≤100mm，所以不适合用于像窑尾含有黏性粉尘烟气的冷却。窑头篦式冷却机的粉尘无粘性，颗粒较粗且分散，最适合于篦式冷却机收尘系统烟气的冷却。

3　窑头篦式冷却机烟气冷却系统介绍

当篦式冷却机烟气用于余热发电时，其收尘系统如果采用鲁奇电收尘器，在余热锅炉正常运行时，收尘器入口的气体温度约100℃，如余热锅炉运行不正常或余热锅炉停运时，温度可能高达400℃以上。如果持续时间不长，电收尘器尚能承受，不会出现大的问题。但是当窑头电收尘器改造为袋收尘器后，收尘器的滤袋一般采用芳纶之类高温滤料，这类滤料的长期允许使用温度不得＞200℃，否则就会出现烧袋事故，带来巨大的经济损失。

为避免出现烧袋的重大事故，窑头的收尘系统必须采取气体冷却降温措施，使高温烟气温度降低到滤袋的允许温度范围内，以保证窑头工艺生产线的正常运行。窑头篦式冷却机收尘系统增设强制风冷式冷却器的示意图见图1。

图1　窑头篦式冷却机收尘系统增设强制风冷式冷却器的示意图

图2　强制风冷冷却器的结构示意图

4　强制风冷冷却器的工作原理和构造

这种冷却器是由一定数量的传热钢管排列组合而成，所以也称“管束式冷却器”。高温气体在管束内通过，同时在管束外壁用轴流风机强制通风进行冷却。

冷却管束外的冷却空气是靠风机强制通风进行传热的，冷却风机多选用轴流风机，根据冷却器管箱的尺寸选择相应的规格进行组合，使风机能够覆盖全部冷却管。风机一般分成若干组，根据烟气温度的变化确定投入运行的风机数量，以保证出口温度控制在一定的范围内。

采用轴流风机进行冷却，可使整个冷却器的规格减小，从而减少占地面积，降低一次性投资，同时对烟气和环境温度的适应性较强。但增加风机后，电耗增加，且风机的噪音大，这是它的不足之处。

强制风冷冷却器由进气室、冷却管箱（钢管束）、冷却轴流风机、灰斗、支承、楼梯平台、出风口及控制系统等7部分构成，见图2。

5　喷雾恒温自控系统

强制风冷冷却器虽然冷却效果良好，但体积庞大，占地面积也大，还需要对原有工艺管道和回灰系统做较大的改造，同时还会给工艺系统增加一定的阻力。另外，由于需要新增加设备，土建需要打基础，修改工艺管道，所以一次性投资较大。为此，我公司开发了喷雾恒温自控系统，在不增设空气冷却器的同时，达到降温目的。喷雾恒温自控系统窑头工艺流程图见图3。

该系统工作原理是在篦冷机二段或三段的壳体上，设置若干个喷枪，并配备有喷雾恒温自控系统。当余热锅炉出现故障或出现其他非正常工况时，根据滤料的允许工作温度，自动控制喷枪的开关，向篦冷机内连续喷雾。冷却水自水箱经过滤后由水泵升压，经出口管路控制系统送到喷雾喷枪，经过高性能喷嘴雾化成为非常细小的水雾颗粒而喷入篦冷机内，水雾在高温烟气中迅速蒸发，吸收烟气中的潜热，使烟气温度能迅速降低，并控制在一定温度范围内。喷雾恒温自控系统通过监测多点气体的温度，并将监测数据反馈回PLC处理器，通过内置数学模型自动控制喷枪开启数量、位置和喷水量等工艺参数，保证袋收尘器入口气体温度在要求范围内。喷雾恒温自控系统结构紧凑，占地面积小，系统阻力低，反应速度快，降温效果好。

喷雾恒温自控系统主要由中压水泵、喷雾喷枪、各类控制阀组件、进回水管路及自动控制系统组成，见图4。