篦冷机喷雾降温系统在窑头电改袋中的成功应用

高密军，郑金平，罗振



节能减排

篦冷机喷雾降温系统在窑头电改袋中的成功应用

高密军，郑金平，罗振

由于新型干法水泥生产线中原窑头电收尘器不能满足越来越严格的排放标准30mg/m3（标）的要求，国内掀起了电改袋的热潮，现有水泥生产线窑头电收尘器正快速被袋收尘器所取代。窑头余热锅炉故障检修时，废气温度高，配套的降温设备也需运行稳定可靠，篦冷机喷雾降温系统应运而生，凭借其投资少、运行费用低且可靠的优势被广泛应运于窑头电改袋项目中，实现了对温度的恒定快速准确控制，从而起到有效保护袋收尘器的作用。

窑头电改袋；余热锅炉；篦冷机喷雾降温系统

1　前言

众所周知，水泥行业属于高耗能、高污染的行业。其排放的粉尘对我国近年来频繁出现的雾霾天气有很大影响。为此，国家最新污染物排放标准（《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915-2013）规定其粉尘排放浓度＜30mg/m3（标）。而地方标准往往严于国家标准，一般要求＜20mg/m3（标）。原水泥生产中的电除尘技术已经远不能满足环保要求，电收尘器正在被改造为袋收尘器［1］。

由于原窑头电除尘器处理气体的温度较高，一般在250℃左右［2］，意外情况下会达到450℃。这对于袋收尘器的高温滤料是很大的风险，因此窑头电改袋必须采取措施降低废气温度。降温措施主要有掺冷风、空气冷却器和喷雾降温等［2］。出于对改造价格的考虑，我们研发了新式窑头篦冷机喷雾降温系统并将其成功应用在窑头电改袋项目中。

2窑头生产工艺

水泥厂回转窑内烧成的熟料（约1 400℃）进入篦冷机内冷却［3］。篦冷机通过风机鼓入环境空气来冷却熟料，熟料冷却后，空气被加热。篦冷机一段空气温度很高，可作为二次风和三次风回收利用；二段和三段热空气作为废气进入窑头余热锅炉发电利用，降温后的废气进入窑头电收尘器净化后通过烟囱排放；当余热锅炉故障时，窑头废气通过旁路直接进入窑头电除尘器净化后排放。工艺流程如图1所示［4］。

3篦冷机的喷雾降温系统

窑头电除尘器改为袋除尘器后，当窑头余热锅炉故障时，为了不影响生产，窑头废气（＞250℃）直接进入袋除尘器。此时需立即启动篦冷机喷雾降温系统对烟气进行快速降温，以保护袋除尘器滤料。

该喷雾降温系统在篦冷机侧壁或顶部布置雾化喷枪，通过将雾化水均匀地喷射到炽热的熟料表面，从而快速准确地降低废气温度。该系统用于配置余热发电，且余热发电与回转窑同步，运转率较高、工艺稳定，采用喷雾降温系统短期或应急使用（不超过一个月）。

图1　水泥生产线窑头工艺流程图

该系统的设备组成如图2所示。

在测点A和测点B（袋收尘器入口）、测点C（袋收尘器出口）分别设置了3个快速检测废气真实温度的热电偶。系统的西门子S7-300PLC控制器通过实时检测3个温度点的温度值来计算废气热焓量和降温所需的喷雾量，然后通过PLC内置的数学模型和干扰式PID程序去控制水泵开停台数和回流调节阀的开度，实现实际喷雾量和理论计算值相匹配，最终实现温度的快速恒定控制（160i 5℃）。

3.1水箱

工艺水管道向水箱补水。当水箱水位高于浮球阀高度时，水箱进水口处的浮球阀会自动关闭，停止补水。当水箱水位低于浮球阀高度时，浮球阀自动打开，水箱开始补水。

当水箱水位低于浮球阀高度，而未及时补水时，水位低报警信号会报警提示中控及时检查并恢复补水。当水箱水位降至水箱出水口高度时，水位低报警信号被触发，为保护水泵，系统会自动停止喷水。

3.2过滤组件

水泵进水过滤组件包括两路过滤器（一用一备）。系统正常运行时，一路打开一路关闭。当水泵出口压力＜3.0MPa时，系统会自动向中控报警，需对过滤器进行清洗。

3.3水泵组

水泵组设计为两用一备。系统运行时，控制柜根据设定温度值与实际温度的差值来开启一台或两台水泵。当1号泵故障时系统会自动切换至3号泵（备用泵）同时向中控报警。

3.4自动伸缩式回流雾化喷枪

通过废气热焓计算结果来配置雾化喷枪。该喷枪布置于篦冷机侧壁或顶部，其水雾可直接喷射到高温熟料表面，对其进行急冷，从而降低废气温度。由于篦冷机内温度高，粉尘浓度高、风速高，为避免喷枪被熟料颗粒磨蚀，每支喷枪均带自动伸缩装置，需要时喷枪插入篦冷机内，不需要时自动退出。喷枪状态可实时反馈给中控。

3.5回流调节组件

回流调节组件设计为一用一备。正常使用时打开其中一个调节阀两端的手动球阀，同时关闭另外一个调节阀两端的手动球阀。

3.6吹堵风机

系统配置2台吹堵风机（一用一备），以保护喷枪雾化喷嘴。窑系统点火后就需启动吹堵风机，必须保证一台风机运行且其出口蝶阀处于打开状态。

3.7控制柜

系统配置一台控制柜自动控制喷水系统全部设备。中控只需给该系统发驱动。控制柜会将关键的报警给中控发点对点报警信号，这些报警关系到系统启停、运行和安全，中控需重视并及时处置这些报警。其余的报警会综合报给中控，中控发现报警后应及时让现场岗位工在控制柜报警列表中查看具体报警信号，并对故障进行检查修复和复位。

4该系统的优势

我公司研发的篦冷机喷雾降温系统在曲寨水泥集团、冀中能源、金隅集团、山水集团、陕西尧柏集团、黄河同力集团等窑头电收尘器改造项目中得到广泛应用。多年来，运行温度控制准确，在余热锅炉系统故障时可以不用停窑，有效保护了袋收尘器。

经多年运行，该系统具有以下优势：

图2　篦冷机喷雾降温系统

（1）具有自主知识产权，集研发设计、制造、安装、服务于一体，根据用户具体工况条件及特殊要求，为用户专业设计与服务。

（2）投资低，结构简单，占地面积小，系统阻力低，反应速度快。

（3）系统灵敏度高，降温快速准确，可以做到恒温控制（设定温度i 5℃）。

（4）采用西门子PLC控制，可实现智能化全自动控制，大大降低劳动强度。

（5）降温系统所需的雾化压力比传统方法低，大大降低运行费用。

（6）降温系统只采用热焓值高的水来降温，降温后废气的总体积小于单独掺冷风降温后的风量，可以减小尾排风机的运行费用。

（7）在保证水泥生产线各种工况下（最高450℃），收尘器入口温度恒定，可有效保护袋收尘器。

（8）严谨的制造工艺、强大的基础设施、完善的检验手段，确保产品100%合格。

（9）产品模块化出厂，安装时间短，尤其适合于工期短的改造项目。

5　结语

由于窑头余热锅炉故障检修时废气温度很高，窑头电改袋需配套降温设备，篦冷机喷雾降温系统可将雾化水均匀地喷射到炽热的熟料表面，通过西门子S7-300PLC控制器内置的数学模型和干扰式PID程序控制水泵开停台数、雾化喷枪开启台数和回流调节阀的开度，实现实际喷雾量和理论计算值相匹配，能最终实现温度的快速恒定控制（160i 5℃）。

［1］刘剑华，等.新型干法水泥生产线窑头除尘器电改袋的实践［J］.中国水泥，2009，（7）：70-74.

［2］陈涛，等.袋除尘系统处理窑头废气的设计与应用［J］.水泥，2004，（11）.

［3］刘万丽.水泥生产过程篦冷机工况识别研究［D］.硕士，2012.

［4］罗振，等.水泥生产线窑头收尘器配套降温设备概述［J］.水泥技术，2015，（5）：86-88.

Application of Cooler Spraying System on Kiln Hood ETB Project

GAO Mijun，ZHENG Jinping，LUO Zhen （Sinoma Energy Conservation Ltd.，Tianjin，300400）

With increasingly stringent emission standards（30mg/Nm3）for cement plants，more and more electric precipitators used before the cooler fan have been transformed into bag filters in China. To protect the bag filter，a stable and reliable cooling device is needed to cool the high temperature cooler waste gas in case of troubleshooting of the waste heat boiler. And cooler spraying system has been widely used in transforming electric precipitator into bag filter projects，with the characteristics of lower investment and operation cost. And it can realize constant，rapid and accurate control of the waste gas temperature，which can protect the bag filter effectively .

kiln hood ETB；waste heat boiler；cooler spraying system

TQ172.688.3

A

1001-6171（2016）02-0079-03

通讯地址：中材装备集团有限公司，天津300400；2015-10-13；编辑：吕光