王永林

(北京世紀源博科技股份有限公司,北京 100036)

煙氣汽化冷卻系統(tǒng)控制研究

王永林

(北京世紀源博科技股份有限公司,北京 100036)

噴霧冷卻塔具有換熱效率高、降溫迅速、適用煙溫范圍廣等特點,能將高溫煙氣“瞬間”降至設計要求,能有效抑制二英等有害致癌物質(zhì)的生成。論文著重介紹了噴霧汽化冷卻系統(tǒng)的控制研究,采用雙調(diào)節(jié)量協(xié)調(diào)控制噴水量,使調(diào)節(jié)器快速響應高溫煙氣溫度變化,最終達到高溫煙氣迅速降溫目的,以珠鋼電爐煙氣噴霧汽化冷卻系統(tǒng)為實例驗證了該控制方法的可行性。

汽化冷卻系統(tǒng) 噴霧冷卻塔 汽冷煙道

1 引言

煉鋼電爐在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫煙氣往往被引入預熱段內(nèi)燃燒，預熱廢鋼后進入沉降室，然后再進行冷卻凈化，最終由風機經(jīng)煙囪排入大氣。煉鋼電爐高溫煙氣冷卻過程中，由于廢鋼中含有聚氯乙烯(PVC)塑料、氯化油、溶劑及鹽類等化學物質(zhì)，當高溫煙氣被冷卻到600～300℃時，其中的灰顆粒是形成致癌物質(zhì)二英的催化劑。歐共體已制定出二英等有害致癌物質(zhì)的排放標準，盡管我國暫時尚無相應的排放標準，但隨著我國對節(jié)能環(huán)保日益重視，有效控制煉鋼電爐煙氣冷卻系統(tǒng)使煙氣溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，防止二英致癌物質(zhì)的產(chǎn)生刻不容緩。

常見的高溫煙氣冷卻設備有：水冷煙道、自然對流空氣冷卻器、強制吹風冷卻器和汽化冷卻塔等。其中，自然對流空氣冷卻器通常適用于煙氣初始溫度在300～600℃的場合，強制吹風冷卻器一般也只用于冷卻600℃以下的高溫煙氣，而汽化冷卻塔可根據(jù)系統(tǒng)設計需要將煙氣溫度1000℃左右降到200℃左右，可避免有害物質(zhì)的產(chǎn)生，溫度適用范圍廣，另外，汽化冷卻管道和噴霧蒸發(fā)冷卻塔若替代傳統(tǒng)龐大的水冷煙道，可以顯著降低設備投資和維修、運行費用，沒有水的二次污染，利于環(huán)境保護，對煉鋼電爐高溫煙氣的冷卻較為適宜。

2 噴霧汽化冷卻系統(tǒng)簡介

煉鋼電爐生成的高溫煙氣可用作兩種處理，一是進入余熱鍋爐，回收電爐煙氣的余熱，產(chǎn)生低壓蒸汽，供應鋼廠生產(chǎn)生活，二是進入備用旁路系統(tǒng)，在垂直布置的圓柱形噴霧冷卻塔內(nèi)，將水和壓縮空氣按一定比例送至特定的雙相流噴嘴內(nèi)，將水霧化成細小的汽水混合物顆粒后直接由噴嘴噴向塔內(nèi)高溫煙氣，水霧吸收熱量迅速蒸發(fā)，使高溫煙氣“瞬間”冷卻至設定的不飽和溫度，避免煙氣中在沉降室內(nèi)燃燒分解的有害氣體再度化合，有效抑制二英等有害致癌物質(zhì)產(chǎn)生。在噴水減溫的同時，煙氣中約有20%～30%的粉塵被凝聚成較大的干顆粒沉降在灰斗中，所以，噴霧冷卻塔不僅降低了煙氣溫度，而且也降低了煙氣中的含塵濃度和粉塵比電阻，它既能與布袋除塵器配套，也可與靜電除塵器配套，最終將處理后的低溫煙氣經(jīng)風機排出。噴霧冷卻是煉鋼電爐煙氣流程圖見圖1。

圖1 煉鋼電爐煙氣流程圖

圖2 噴霧冷卻控制流程圖

3 煙氣噴霧冷卻系統(tǒng)控制對象、方案研究及結果分析

3.1 煙氣噴霧冷卻系統(tǒng)控制對象

噴霧冷卻系統(tǒng)除了要有高品質(zhì)的噴頭以外，與之相配套的管路控制也是極為關鍵的。噴霧冷卻塔是以噴水量作為調(diào)節(jié)量來控制噴霧冷卻塔出口溫度的，而噴水量由開啟的噴嘴數(shù)及每個噴嘴的噴水量決定。噴霧冷卻塔的噴嘴常成對相對安裝，調(diào)節(jié)噴水量時每次至少啟閉兩組相對安裝的噴嘴，本噴霧冷卻塔共有12組噴嘴，噴霧塔安裝8組噴嘴，噴霧冷卻塔前煙道上布置4組噴嘴，均為相對安裝。

3.2 煙氣噴霧冷卻系統(tǒng)控制方案

噴霧冷卻系統(tǒng)的被控量是噴霧冷卻塔出口溫度，控制目標是維持該溫度在允許的范圍內(nèi)，控制流程圖見圖2。

噴霧冷卻塔出口安裝三只熱電偶(信號三取二)，用來檢測噴霧冷卻塔出口溫度，控制系統(tǒng)以此溫度為基礎，決定開啟噴嘴組的數(shù)量(即噴水量)。同時，小沉降室出口安裝三只熱電偶(該信號三取二)作用有二：一是檢測小沉降室出口溫度，二是當溫度發(fā)生大的變化時，控制系統(tǒng)提前響應溫度變化，從而改變冷卻煙氣所需要的噴水量，提高控制系統(tǒng)性能和控制精度。

噴霧冷卻系統(tǒng)可視為以噴霧冷卻塔出口溫度為主要控制對象，以小沉降室出口溫度為輔助控制對象的控制系統(tǒng)。在控制過程中，首先根據(jù)小沉降室出口溫度進行粗調(diào)，然后再根據(jù)噴霧冷卻塔出口實際溫度值與設定值的差值變化進行細調(diào)。當設定好噴霧冷卻塔出口的溫度值后，一般情況下不用人為干預，系統(tǒng)就會自動調(diào)節(jié)噴水量。當出口溫度高于設定值時，系統(tǒng)自動增加噴水量；當出口溫度低于設定值時，系統(tǒng)自動減少噴水量，直到出口溫度與設定溫度的偏差在設定的誤差范圍內(nèi)。(如圖3)

圖3 水冷煙道后煙氣溫度分布

3.3 控制結果分析

珠鋼電爐采用水冷煙道時，經(jīng)過水冷煙道冷卻后的煙氣溫度分布如圖4，可以看出，經(jīng)過水冷煙道冷卻后(單壁管道的降溫暫忽略不計)，機力風冷機進口的溫度基本在500℃以內(nèi)，個別超過500℃。而當采用汽化冷卻時以及噴霧冷卻時，噴霧冷卻后煙氣溫度分布如圖5所示，可保證進入機力風冷機進口的溫度基本控制在450℃以下，可見根據(jù)小沉降室出口溫度進行粗調(diào)，再根據(jù)冷卻塔出口溫度進行細調(diào)，可有效克服控制延遲，迅速噴霧冷卻，使煙氣溫度“瞬間”達到設定要求。

圖4 噴霧冷卻后煙氣溫度分布

4 結語

噴霧汽化冷卻系統(tǒng)作為一種高效冷卻設備，具有換熱效率高、適用范圍廣、降溫迅速等優(yōu)點，且其設備運行阻力小、噪聲低、電耗省。對于煉鋼電爐這種650℃以上的高溫煙氣，采用噴霧汽化冷卻系統(tǒng)不但有助于煉鋼車間工藝設備的布置，而且解決了冷卻設備耐高溫材料的選用問題， 同時可有效抑制電爐煙塵中二英的生成。另外，噴霧冷卻僅僅是作為補充冷卻，僅在煙氣超溫時啟用，啟用的時間較少，由于噴水量不大，煙氣的含濕量增加不多，能夠滿足目前除塵器濾料長期使用的要求，相信未來噴霧冷卻技術會越來越受到青睞。

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