水泥生產線窯頭收塵器配套降溫系統(tǒng)概述Discussion of Hoisting and Installation Measurement of Preheater Tower Steel Frame and Equipment

羅　振，喻宏祥，高密軍，王　興

水泥生產線窯頭收塵器配套降溫系統(tǒng)概述
Discussion of Hoisting and Installation Measurement of Preheater Tower Steel Frame and Equipment

羅振，喻宏祥，高密軍，王興

1　前言

隨著人們環(huán)保意識的逐步加強以及國家對大氣質量要求的不斷提高，使得水泥生產線中用于控制粉塵排放的電除塵器面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。水泥窯收塵器入口含塵濃度高、出口含塵濃度超低值排放、窯系統(tǒng)工況條件需頻繁調整等特性，給現(xiàn)有水泥窯除塵設備提出了更高的技術要求。

目前歐洲的平均粉塵排放標準≤20mg/m3（標），我國最新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（國家標準GB4915-2013）中規(guī)定水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)的顆粒物排放濃度要求≤30mg/m3（標），重點地區(qū)排放濃度甚至≤20mg/m3（標）。通過監(jiān)控煙塵的排放狀況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的水泥窯電除塵器的排放濃度很難達到國家規(guī)定的排放指標。這迫使絕大多數水泥公司必須將現(xiàn)有除塵器更換或改造為更高效的袋除塵器，方能滿足國家排放標準。目前國內水泥窯的電除塵器已經出現(xiàn)高效的脈沖行噴吹袋式除塵器逐步替換電除塵器的趨勢，國外情況也基本如此［1］。

采用袋收塵器確實能達到很低的排放濃度，但是袋收塵器對煙氣溫度的影響十分敏感。不論是窯尾或窯頭的收塵系統(tǒng)，袋收塵器都要采取防止超溫燒袋的措施。特別是窯頭篦式冷卻機，工況條件波動很大，如出現(xiàn)跑黃料或堆雪人的故障，煙氣溫度會急劇上升，瞬時氣體溫度可高達400℃以上。所以窯頭收塵系統(tǒng)如采用袋收塵器，更要重視超溫損壞濾袋的問題。本文僅就窯頭袋收塵器的降溫技術簡要介紹如下。

2　窯頭行噴吹袋收塵器配套的降溫技術［2-3］

目前窯頭行噴吹袋收塵器配套的降溫技術，可采用的有如下幾種方式，或者采用其中兩種方式相結合的方案。

（1）摻冷風方式（也稱直接風冷式）

這種降溫措施，即在袋收塵器入口管道上，增設一臺隨氣體溫度變化而自動調節(jié)吸入大氣的冷風閥。也就是將冷空氣直接混入高溫氣體以達到降溫的目的。

摻冷風方式歷史悠久、結構簡單、投資省，但由于摻入大量冷風，會增大收塵器的處理風量。同時由于摻入冷風受環(huán)境溫度影響很大，因而僅適用于降溫幅度不大和工藝系統(tǒng)對通風量變化要求不高的場合。

（2）噴霧冷卻方式

這種冷卻方式，即往高溫氣體中直接噴水，利用水蒸發(fā)吸熱而達到使高溫氣體降溫的目的。窯尾電收塵器配套的增濕塔就是屬于這種冷卻方式。

（3）間接風冷方式

這種冷卻方式是相對直接風冷方式而言，有自然風冷式和強制風冷式兩種。

a自然風冷式

所謂自然風冷式是利用常溫空氣自然對流冷卻管內流動的高溫氣體。這種冷卻方式的設備結構簡單，沒有運動部件，因而投資省、維護方便、使用壽命長。但是，由于這種冷卻方式的導熱能力小，設備結構比較笨重，阻力也較大，約為增濕塔阻力的3～4倍，多用于小型新型干法窯煙氣的冷卻。

b強制風冷式

這種冷卻方式的機理，是高溫氣體在管束內通過，同時在管束外壁用軸流風機強制通風進行冷卻，由于鋼管壁的熱傳導作用，使高溫氣體的溫度降低而冷風的溫度升高。

因這種冷卻器的鋼管直徑小，一般≤100mm，所以不適合用于像窯尾含有黏性粉塵煙氣的冷卻。窯頭篦式冷卻機的粉塵無粘性，顆粒較粗且分散，最適合于篦式冷卻機收塵系統(tǒng)煙氣的冷卻。

3　窯頭篦式冷卻機煙氣冷卻系統(tǒng)介紹

當篦式冷卻機煙氣用于余熱發(fā)電時，其收塵系統(tǒng)如果采用魯奇電收塵器，在余熱鍋爐正常運行時，收塵器入口的氣體溫度約100℃，如余熱鍋爐運行不正?；蛴酂徨仩t停運時，溫度可能高達400℃以上。如果持續(xù)時間不長，電收塵器尚能承受，不會出現(xiàn)大的問題。但是當窯頭電收塵器改造為袋收塵器后，收塵器的濾袋一般采用芳綸之類高溫濾料，這類濾料的長期允許使用溫度不得＞200℃，否則就會出現(xiàn)燒袋事故，帶來巨大的經濟損失。

為避免出現(xiàn)燒袋的重大事故，窯頭的收塵系統(tǒng)必須采取氣體冷卻降溫措施，使高溫煙氣溫度降低到濾袋的允許溫度范圍內，以保證窯頭工藝生產線的正常運行。窯頭篦式冷卻機收塵系統(tǒng)增設強制風冷式冷卻器的示意圖見圖1。

圖1　窯頭篦式冷卻機收塵系統(tǒng)增設強制風冷式冷卻器的示意圖

圖2　強制風冷冷卻器的結構示意圖

4　強制風冷冷卻器的工作原理和構造

這種冷卻器是由一定數量的傳熱鋼管排列組合而成，所以也稱“管束式冷卻器”。高溫氣體在管束內通過，同時在管束外壁用軸流風機強制通風進行冷卻。

冷卻管束外的冷卻空氣是靠風機強制通風進行傳熱的，冷卻風機多選用軸流風機，根據冷卻器管箱的尺寸選擇相應的規(guī)格進行組合，使風機能夠覆蓋全部冷卻管。風機一般分成若干組，根據煙氣溫度的變化確定投入運行的風機數量，以保證出口溫度控制在一定的范圍內。

采用軸流風機進行冷卻，可使整個冷卻器的規(guī)格減小，從而減少占地面積，降低一次性投資，同時對煙氣和環(huán)境溫度的適應性較強。但增加風機后，電耗增加，且風機的噪音大，這是它的不足之處。

強制風冷冷卻器由進氣室、冷卻管箱（鋼管束）、冷卻軸流風機、灰斗、支承、樓梯平臺、出風口及控制系統(tǒng)等7部分構成，見圖2。

5　噴霧恒溫自控系統(tǒng)

強制風冷冷卻器雖然冷卻效果良好，但體積龐大，占地面積也大，還需要對原有工藝管道和回灰系統(tǒng)做較大的改造，同時還會給工藝系統(tǒng)增加一定的阻力。另外，由于需要新增加設備，土建需要打基礎，修改工藝管道，所以一次性投資較大。為此，我公司開發(fā)了噴霧恒溫自控系統(tǒng)，在不增設空氣冷卻器的同時，達到降溫目的。噴霧恒溫自控系統(tǒng)窯頭工藝流程圖見圖3。

該系統(tǒng)工作原理是在篦冷機二段或三段的殼體上，設置若干個噴槍，并配備有噴霧恒溫自控系統(tǒng)。當余熱鍋爐出現(xiàn)故障或出現(xiàn)其他非正常工況時，根據濾料的允許工作溫度，自動控制噴槍的開關，向篦冷機內連續(xù)噴霧。冷卻水自水箱經過濾后由水泵升壓，經出口管路控制系統(tǒng)送到噴霧噴槍，經過高性能噴嘴霧化成為非常細小的水霧顆粒而噴入篦冷機內，水霧在高溫煙氣中迅速蒸發(fā)，吸收煙氣中的潛熱，使煙氣溫度能迅速降低，并控制在一定溫度范圍內。噴霧恒溫自控系統(tǒng)通過監(jiān)測多點氣體的溫度，并將監(jiān)測數據反饋回PLC處理器，通過內置數學模型自動控制噴槍開啟數量、位置和噴水量等工藝參數，保證袋收塵器入口氣體溫度在要求范圍內。噴霧恒溫自控系統(tǒng)結構緊湊，占地面積小，系統(tǒng)阻力低，反應速度快，降溫效果好。

噴霧恒溫自控系統(tǒng)主要由中壓水泵、噴霧噴槍、各類控制閥組件、進回水管路及自動控制系統(tǒng)組成，見圖4。

圖3　噴霧恒溫自控系統(tǒng)的窯頭工藝流程圖

圖4　某5 000t/d熟料生產線噴霧恒溫自控系統(tǒng)的示意圖

表1　冷卻器降溫系統(tǒng)和噴霧恒溫自控系統(tǒng)的比較

6　強制風冷冷卻器和噴霧恒溫自控系統(tǒng)的比較

結合大量工程實際應用經驗，從不同的角度，對強制風冷冷卻器和噴霧恒溫自控系統(tǒng)進行比較，見表1。

從比較的內容來看，這兩套降溫系統(tǒng)都具有一定的應用市場，噴霧恒溫自控系統(tǒng)在工程應用方面來說更加具有一定的優(yōu)勢，尤其是在窯頭收塵器改造項目中。

我公司開發(fā)的強制風冷式冷卻器和冷卻恒溫自控系統(tǒng)，用于北京金隅集團、山東山水集團、陜西堯柏集團、曲寨水泥集團、黃河同力集團等窯頭電收塵改造項目中，運行多年來溫度控制可靠，在有無余熱鍋爐系統(tǒng)的工況下，都能保證窯頭行噴吹袋除塵器的長期安全運行。

7　結語

目前絕大部分水泥生產線都配套有窯頭余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)，所以無論是選擇強制風冷冷卻器降溫系統(tǒng)還是噴霧恒溫自控系統(tǒng)都能安全可靠的運行。但對于改造項目而言，大多數業(yè)主都會選擇更加經濟的噴霧恒溫自控系統(tǒng)作為窯頭收塵器的配套系統(tǒng)。

對于未配套窯頭余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)的水泥生產線中，我們比較推薦強制風冷冷卻器降溫系統(tǒng)配套窯頭袋收塵器。若采用噴霧恒溫自控系統(tǒng)，則生產系統(tǒng)運行中需經常檢查篦冷機殼體和風管管道內是否存在結皮現(xiàn)象，防止堵塞設備和管道而引起設備停車。

［1］和世超.窯頭電改袋除塵器的設計與應用［J］.水泥技術，2011，（2）：101-104.

［2］劉后啟，等.水泥大氣污染物排放控制技術［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2007.

［3］苗鷹育，等.窯頭袋除塵器配套空氣冷卻器設計選型［J］.水泥工程，2012，（2）：19-21.

TQ172.688.9文獻標識碼：A

1001-6171（2015）05-0086-03

通訊地址：中材裝備集團有限公司，天津300400；2014-12-29；編輯：孫娟