柳鋼轉(zhuǎn)爐一區(qū)干法除塵蒸發(fā)冷卻器霧化噴頭的選型及應(yīng)用

黃 磊

（廣西鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠，廣西防城港 538001）

1 現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)爐干法除塵蒸發(fā)冷卻靠多桿噴槍噴出霧化氣水，對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行冷卻，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，抽煙效果的好壞和噴槍噴頭的霧化效果和噴霧角度有直接關(guān)系。柳鋼轉(zhuǎn)爐廠一區(qū)一次除塵的抽煙效果一直不好，體現(xiàn)在爐口冒火大，轉(zhuǎn)爐煤氣回收平均時(shí)間大約在550 s，煤氣熱值維持在5000 kJ/m3左右。

2 霧化噴頭形式和優(yōu)缺點(diǎn)

雙流體霧化噴頭主要通過(guò)壓縮空氣對(duì)液體進(jìn)行霧化，一般常見(jiàn)的雙流霧化噴頭的霧化形式見(jiàn)圖1，分為內(nèi)混式和外混式。

柳鋼轉(zhuǎn)爐廠用的都是內(nèi)混式噴頭，氣體用的是氮?dú)?，液體用的是過(guò)濾后的工業(yè)循環(huán)水。

內(nèi)混式噴頭在柳鋼轉(zhuǎn)爐廠一區(qū)的使用體驗(yàn)為：①?lài)婌F角度靈活，廠家可根據(jù)用戶工況進(jìn)行調(diào)整，但角度選擇不好會(huì)嚴(yán)重影響抽風(fēng)效果。②氣體介質(zhì)消耗低，大約為外混式噴頭的一半。③噴頭使用壽命長(zhǎng)，如果噴槍內(nèi)部未出現(xiàn)斷裂串水，那么噴頭壽命可以達(dá)到2年以上。

圖1 雙流噴頭的一般形式圖

外混式噴頭在柳鋼轉(zhuǎn)爐廠一區(qū)的使用體驗(yàn)為：①?lài)婌F角度大而且一般固定，滿足絕大多數(shù)的工況，少量工況不適用，也會(huì)出現(xiàn)抽風(fēng)效果差。②氣體介質(zhì)消耗高，比內(nèi)混式噴頭高一倍，柳鋼轉(zhuǎn)爐廠用的介質(zhì)是氮?dú)?，高一倍的氮?dú)庀娘@得不夠經(jīng)濟(jì)。③使用1年后即出現(xiàn)外混噴頭結(jié)構(gòu)磨損，噴霧角度和霧化效果改變，導(dǎo)致抽風(fēng)效果差。

但無(wú)論外混或內(nèi)混式噴頭，霧化效果必須足夠好，也就是霧化液滴的粒徑都要控制在150 μm 以內(nèi)，否則,無(wú)論怎么調(diào)整噴霧角度都難以達(dá)到較好的抽風(fēng)效果。

3 選擇噴頭的關(guān)鍵因素

噴頭的選擇主要看霧化效果和噴霧角度，噴頭的霧化效果越好，就能越快地將轉(zhuǎn)爐煙氣從900 ℃降至300 ℃左右，讓煙氣急劇收縮產(chǎn)生真空負(fù)壓，抽煙效果自然形成良性循環(huán)。而噴霧角度會(huì)影響霧化液滴碰撞的幾率，太小的噴霧角度會(huì)導(dǎo)致液滴碰撞劇烈生成大液滴，太大的噴霧角度會(huì)讓相鄰的噴頭霧化錐角重合，同時(shí)也會(huì)讓液滴噴在蒸發(fā)冷筒體上造成濕灰結(jié)壁。

3.1 霧化液滴粒徑測(cè)量方法

機(jī)械測(cè)量方法簡(jiǎn)單，但是存在精度很低的狀況，光學(xué)測(cè)量方法比較普及，但缺點(diǎn)是測(cè)量?jī)x器價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)已有少數(shù)噴霧系統(tǒng)廠家開(kāi)始裝備激光霧化粒徑測(cè)量設(shè)備。

3.2 霧化角度

衡量噴霧的霧化錐形的大小通常用霧化角的大小來(lái)表示。霧化角的定義是：假定從噴頭出口的霧炬外側(cè)做出兩條切線，則兩條切線之間的夾角就是霧化角。噴霧離開(kāi)噴頭后，在環(huán)境中失去了噴頭的原始動(dòng)力，霧滴的動(dòng)能開(kāi)始減小，所以橫向的擴(kuò)散減弱，在本身重力和氣壓的作用下，開(kāi)始發(fā)生向內(nèi)收縮的趨勢(shì)[1]。霧化角的示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 噴頭霧化角示意圖

4 關(guān)鍵參數(shù)的確定

噴頭霧化效果的保證和噴霧角度的選擇，我們更多的是通過(guò)噴頭上線使用效果和實(shí)驗(yàn)室模擬再結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)工況下的煙氣量來(lái)計(jì)算和考慮。

4.1 霧化效果的保證

從電除塵器特性反推回來(lái)，蒸發(fā)冷卻器出口溫度控制在300 ℃左右比較利于電除塵，所以按照25%的爐口燃燒率計(jì)算出理論煙氣量約88.9 萬(wàn)m3的工況流量，蒸發(fā)冷卻器筒體直徑5 m，長(zhǎng)度17 m，可計(jì)算出蒸發(fā)冷內(nèi)煙氣流速12.58 m/s，那么就需要在1.35 s 內(nèi)將霧化液滴完全蒸發(fā)，同時(shí)完成轉(zhuǎn)爐煙氣從平均900 ℃降至300 ℃左右[2]。

經(jīng)過(guò)某國(guó)內(nèi)噴頭生產(chǎn)廠家的模擬計(jì)算，選擇霧化粒徑在100～130 μm 的噴頭可以完成上述蒸發(fā)[3]。但是要保證120～130 μm 的霧化粒徑，除了噴頭有這個(gè)工藝能力外，還要選擇特定的參數(shù)，即氣水比，見(jiàn)表1。

表1 國(guó)產(chǎn)噴頭不同氣壓水壓下的霧化粒徑

注：3、4、5、6、7、8、9 測(cè)試出的顆粒粒徑都有超標(biāo)，原因分別是氣壓水壓太接近、氣壓過(guò)低、水壓比氣壓低。因此氮?dú)鈮毫ψ詈迷?.55 MPa 以上，而且最大水壓比氣壓要低0.05 MPa 以上，在穩(wěn)定的氣壓下，水壓越小，霧化顆粒粒徑也越小。

根據(jù)轉(zhuǎn)爐一區(qū)單爐14支蒸發(fā)冷噴槍的配置，每小時(shí)平均32 t 的水量，對(duì)應(yīng)水壓大約0.55 MPa，因此，我們決定將氮?dú)鈮毫刂圃?.6 MPa左右，以保證穩(wěn)定的霧化效果。

4.2 霧化角度的選擇

4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)霧化參數(shù)見(jiàn)圖3。

圖3 斯普瑞噴霧系統(tǒng)霧化形狀標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)圖[4]

A——噴霧噴出1.22 m的時(shí)候，霧展圓直徑；

B——噴霧噴出4.88 m的時(shí)候，霧展圓直徑；

X——選取的業(yè)內(nèi)噴出距離常數(shù)1.22 m；

Y——選取的業(yè)內(nèi)噴出距離常數(shù)4.88 m；

Z——噴出的最遠(yuǎn)距離；

V——噴出1.22 m時(shí)達(dá)到的最大噴射速度。

我們用某國(guó)產(chǎn)品牌噴頭，選取0.6 MPa 氣壓和0.55 MPa水壓，測(cè)量A、B、X、Y、Z、V值，如表2，對(duì)照斯普瑞噴霧系統(tǒng)提供的對(duì)應(yīng)氣壓水壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表[4]，基本上一致，說(shuō)明我們選取的國(guó)產(chǎn)噴頭完全符合標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)要求，數(shù)據(jù)真實(shí)可信。

表2 霧化形狀標(biāo)準(zhǔn)值

4.2.2 霧化角度的確定

圖4 噴槍霧化水模擬圖

安裝噴頭的槍身和噴頭的角度為設(shè)計(jì)院初始設(shè)計(jì)的104°，要保證霧化水不碰到蒸發(fā)冷筒體，那么噴霧角度須小于30°，如圖4。從圖4 可以看出，選擇小于30°的噴霧角度可以保證霧化水不會(huì)噴淋到蒸發(fā)冷筒壁，而小于30°的噴霧角度，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)霧化液滴開(kāi)始明顯發(fā)生碰撞，形成大液滴，不能保證90%以上的液滴小于130 μm，因此，我們最終選取霧化錐角角度為30°。

5 定型噴頭的使用效果

噴頭霧化角度和水流量確定后，再調(diào)試至0.6 MPa 氣壓和0.55 MPa 水壓，噴頭在柳鋼轉(zhuǎn)爐一區(qū)1#爐的使用效果良好，和原用的噴霧角度20°、霧化粒徑大于130 μm 的噴頭對(duì)比，一次除塵抽煙效果好，一次風(fēng)機(jī)平均降低200 r/min，平均每爐煤氣回收時(shí)間增加40 s，按照平均每秒24 m3的煤氣流量計(jì)算，每爐鋼增加煤氣回收量960 m3，煤氣熱值增加210 kJ/m3。

6 結(jié)語(yǔ)

雖然確定了噴頭的霧化角度及保證了霧化效果之后，使用效果比原來(lái)改善許多，但轉(zhuǎn)爐煤氣回收量和煤氣熱值還未達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，說(shuō)明我們?nèi)晕疵鞒鲎顑?yōu)的參數(shù)選型或解決方案。我們?nèi)匀豢梢詫ふ异F化粒徑在100～120 μm 的噴頭來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用以驗(yàn)證更好的霧化效果對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣回收量和煤氣熱值的提升幅度。