對(duì)噴流除塵在噴霧冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用

魏 南，鄭明剛，葛雙好

（山東建筑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

通常情況下，由焚化爐、熔融爐或還原爐排放的高溫?zé)煔庑枰M(jìn)行冷卻處理[1]。冷卻處理就是將高溫?zé)煔獾臏囟日{(diào)整到適當(dāng)?shù)闹担鳛楹罄m(xù)過(guò)程中鍋爐的熱源；或者將高溫?zé)煔饨档降扔诨蛐∮诩瘔m器允許的溫度極限，經(jīng)集塵器除塵后排放到大氣環(huán)境中。焚化爐或熔融爐排放的高溫?zé)煔獗粚?dǎo)入冷卻塔，在冷卻塔內(nèi)，通過(guò)洗滌器和冷水霧化將高溫?zé)煔饫鋮s除塵。國(guó)內(nèi)外常用的高溫?zé)煔饫鋮s方式是直接冷卻，就是將霧化的水與高溫?zé)煔庵苯咏佑|，使細(xì)小的液滴在高溫?zé)煔庵醒杆倨瑢煔庵械娘@熱變成水蒸氣的潛熱，達(dá)到降溫的目的[2]。

然而，在冷卻塔中通過(guò)冷卻水噴霧使高溫?zé)煔饨禍貢?huì)產(chǎn)生附著物。這些附著物粘附在冷卻塔內(nèi)壁上將引起危害。我們的目標(biāo)是將高溫?zé)煔饫鋮s到期望溫度的同時(shí)，有效的抑制附著物在冷卻塔內(nèi)壁的粘附[3]。

1 高溫?zé)煔馓幚砉に嚵鞒碳霸O(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 工藝流程

高溫?zé)煔馓幚砉に嚵鞒倘鐖D1 所示。轉(zhuǎn)底爐是高溫?zé)煔獾臍庠?。轉(zhuǎn)底爐排出高溫?zé)煔夂螅?jīng)煙道導(dǎo)入冷卻塔的底部。在冷卻塔中，高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)對(duì)噴流除塵和冷卻水噴霧冷卻。這兩種方式使高溫?zé)煔庵械墓腆w粉塵被分離沉淀和收集，易揮發(fā)/熔融組分凝固。冷卻后的煙氣經(jīng)煙道導(dǎo)入布袋除塵器，在除塵器中，煙氣攜帶的凝固的易揮發(fā)/熔融組分被分離和收集。經(jīng)過(guò)上述處理的煙氣經(jīng)煙道，由煙囪排入大氣[4]。

圖1 高溫?zé)煔馓幚砉に嚵鞒虉DFig.1 The technological process of high-temperature flue gas treatment

1.2 設(shè)備

（1）噴霧冷卻系統(tǒng)。噴霧冷卻系統(tǒng)的基本原理就是往高溫?zé)煔庵袊娙胗每諝忪F化的細(xì)小液滴（平均直徑為50～70μm），當(dāng)被霧化的液滴與高溫?zé)煔饣旌虾螅挂旱卧谝欢臻g內(nèi)瞬間完全蒸發(fā)，從而達(dá)到煙氣冷卻的目的[5]。

噴霧冷卻系統(tǒng)由雙流體噴槍、泵站部分和控制部分組成。雙流體噴槍是冷卻水霧化的關(guān)鍵設(shè)備，如圖2 所示。

圖2 雙流體噴槍Fig.2 Two-fluid lance

泵站部分由供水管路、供氣管路和排放管路組成。供水管路根據(jù)系統(tǒng)需要向噴槍供水。供氣管路根據(jù)噴槍的工況要求提供一定壓力的壓縮氮?dú)狻９┧苈泛凸夤苈范荚O(shè)有備用管路，當(dāng)正常工作的管路出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至備用管路，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)停止工作時(shí)，排放管路用來(lái)排空管路中的殘留水[6]。

控制部分由PLC、觸摸屏、溫度檢測(cè)單元和壓力開(kāi)關(guān)等組成。當(dāng)高溫?zé)煔饬坎环€(wěn)定時(shí)，除了根據(jù)冷卻塔出口設(shè)定的溫度調(diào)節(jié)水量外，還需要根據(jù)冶煉的鼓風(fēng)量和冷卻塔的入口溫度進(jìn)行前饋控制。噴霧冷卻系統(tǒng)如圖3 所示。

（2）布袋除塵器可以去除粉塵等顆粒物。經(jīng)過(guò)冷卻處理的高溫?zé)煔鈴牟即龎m器的下部進(jìn)入，由下向上流動(dòng)，當(dāng)含塵煙氣經(jīng)過(guò)濾袋時(shí)，粉塵等顆粒物被過(guò)濾，并附著在濾布上。隨著粉塵在濾布表面的積聚，除塵器的效率和阻力都相應(yīng)的增加，當(dāng)濾布兩側(cè)的壓力差很大時(shí)，會(huì)把已經(jīng)附著在濾布上的細(xì)小粉塵擠壓過(guò)去，降低除塵效率。因此，要定期對(duì)濾布進(jìn)行清灰。布袋除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、除塵效率高，特別是對(duì)小于2μm 的煙塵的捕集是其他除塵器不能相比的；處理煙氣量的范圍廣；對(duì)粉塵特性不敏感，不受粉塵比電阻的影響。

圖3 噴霧冷卻系統(tǒng)示意圖Fig.3 Spray cooling system diagram

2 冷卻塔內(nèi)高溫?zé)煔獾膶?duì)噴流除塵和噴霧降溫

2.1 冷卻塔內(nèi)的高溫?zé)煔獾膶?duì)噴流除塵

對(duì)噴流除塵技術(shù)利用煙氣中的粉塵在撞擊區(qū)內(nèi)來(lái)回振蕩、相互碰撞并團(tuán)聚的機(jī)理進(jìn)行除塵[7]。兩股煙氣相向流動(dòng)，由四個(gè)支路入口進(jìn)入，從而增加了粉塵在撞擊區(qū)的停留時(shí)間，有利于粉塵之間的相互碰撞和團(tuán)聚[8]，如圖4 所示。

在煙道內(nèi)采用阻尼器技術(shù)，使各支路入口的高溫?zé)煔饬魉?、流量相等。在中間相互碰撞后，使粉塵在撞擊區(qū)內(nèi)來(lái)回振蕩，形成高濃度區(qū)，從而在中心區(qū)相互碰撞團(tuán)聚。而含塵煙氣在撞擊面上的碰撞使得氣流的軸向速度逐漸消失，引起高溫?zé)煔馑絼?dòng)能的消耗，改變流向，在冷卻塔中形成了無(wú)旋流和渦流的向上均勻氣流[9]。最后，一部分團(tuán)聚后的較重粉塵由于重力作用而沉降下來(lái)，由冷卻塔底部的排出口排出，剩下較輕的粉塵則被上升氣流帶走[10]。

圖4 冷卻塔入口截面圖Fig.4 Inlet section of cooling tower

2.2 冷卻塔內(nèi)的高溫?zé)煔獾膰婌F降溫

雙流體噴槍安裝在冷卻塔高溫?zé)煔馊肟诘纳喜?.5m處，噴射方向與向上的煙氣氣流流向相同。雙流體噴槍霧化效果非常好，霧化液滴的索特平均直徑（SMD）可以達(dá)到50～70μm，蒸發(fā)迅速。高溫?zé)煔鈯A帶細(xì)小的霧化液滴向上流動(dòng)，延長(zhǎng)了霧化液滴冷卻高溫?zé)煔獾挠行r(shí)間，使高溫?zé)煔饪焖俚睦鋮s。煙氣中易揮發(fā)/熔融組分的溫度被迅速降到等于或低于氣化點(diǎn)或熔點(diǎn)，從而液化或凝固，然后隨煙氣從冷卻塔頂部的出口排出。有效阻止了易揮發(fā)/熔融組分在冷卻塔內(nèi)壁上的粘附。

3 冷卻塔內(nèi)煙氣溫度分布

在實(shí)驗(yàn)中，轉(zhuǎn)底爐排出的高溫?zé)煔鉃?9301Nm3/h，溫度為287℃，含塵量為11.4g/Nm3。向高溫?zé)煔庵袊娚?5℃的水和壓縮空氣，水量為1.38m3/h，氣量為426Nm3/h。高溫廢氣被冷卻到190℃從冷卻塔頂部的出口排出。冷卻塔內(nèi)煙氣的溫度分布如圖5 所示。

冷卻塔內(nèi)部的中心區(qū)域是低溫區(qū)160～180℃，內(nèi)壁的附近區(qū)域是200℃或更高。在該溫度范圍內(nèi)，高溫?zé)煔庵械囊讚]發(fā)/熔融組分被有效的冷卻液化或凝固，從而被排出。冷卻塔內(nèi)壁附近的較高溫度區(qū)域有效的阻止了易揮發(fā)/熔融組分粘附在冷卻塔內(nèi)壁，效果良好。

4 結(jié)論

圖5 冷卻塔內(nèi)部截面溫度分布圖Fig.5 Temperature distribution of the cooling tower internal section

在高溫?zé)煔馓幚磉^(guò)程中，通過(guò)運(yùn)用對(duì)噴流技術(shù)和噴霧冷卻技術(shù)，在保證高溫?zé)煔庋杆倮鋮s的同時(shí)，有效防止了易揮發(fā)/熔融組分在冷卻塔內(nèi)壁的粘附。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際工況基本吻合，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

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