羅　振，喻宏祥，高密軍，王　興

水泥生產(chǎn)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(shí)的逐步加強(qiáng)以及國家對(duì)大氣質(zhì)量要求的不斷提高，使得水泥生產(chǎn)線中用于控制粉塵排放的電除塵器面臨著嚴(yán)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(diào)整等特性，給現(xiàn)有水泥窯除塵設(shè)備提出了更高的技術(shù)要求。

目前歐洲的平均粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)≤20mg/m3（標(biāo)），我國最新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)），重點(diǎn)地區(qū)排放濃度甚至≤20mg/m3（標(biāo)）。通過監(jiān)控?zé)焿m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(dá)到國家規(guī)定的排放指標(biāo)。這迫使絕大多數(shù)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(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)水泥窯的電除塵器已經(jīng)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(shì)，國外情況也基本如此［1］。

采用袋收塵器確實(shí)能達(dá)到很低的排放濃度，但是袋收塵器對(duì)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?zé)拇胧?。特別是窯頭篦式冷卻機(jī)，工況條件波動(dòng)很大，如出現(xiàn)跑黃料或堆雪人的故障，煙氣溫度會(huì)急劇上升，瞬時(shí)氣體溫度可高達(dá)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?fù)p壞濾袋的問題。本文僅就窯頭袋收塵器的降溫技術(shù)簡(jiǎn)要介紹如下。

2　窯頭行噴吹袋收塵器配套的降溫技術(shù)［2-3］

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

（1）摻冷風(fēng)方式（也稱直接風(fēng)冷式）

這種降溫措施，即在袋收塵器入口管道上，增設(shè)一臺(tái)隨氣體溫度變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)吸入大氣的冷風(fēng)閥。也就是將冷空氣直接混入高溫氣體以達(dá)到降溫的目的。

摻冷風(fēng)方式歷史悠久、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資省，但由于摻入大量冷風(fēng)，會(huì)增大收塵器的處理風(fēng)量。同時(shí)由于摻入冷風(fēng)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(duì)通風(fēng)量變化要求不高的場(chǎng)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(dá)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(fēng)冷方式

這種冷卻方式是相對(duì)直接風(fēng)冷方式而言，有自然風(fēng)冷式和強(qiáng)制風(fēng)冷式兩種。

a自然風(fēng)冷式

所謂自然風(fēng)冷式是利用常溫空氣自然對(duì)流冷卻管內(nèi)流動(dòng)的高溫氣體。這種冷卻方式的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有運(yùn)動(dòng)部件，因而投資省、維護(hù)方便、使用壽命長。但是，由于這種冷卻方式的導(dǎo)熱能力小，設(shè)備結(jié)構(gòu)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(qiáng)制風(fēng)冷式

這種冷卻方式的機(jī)理，是高溫氣體在管束內(nèi)通過，同時(shí)在管束外壁用軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)進(jìn)行冷卻，由于鋼管壁的熱傳導(dǎo)作用，使高溫氣體的溫度降低而冷風(fēng)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(jī)的粉塵無粘性，顆粒較粗且分散，最適合于篦式冷卻機(jī)收塵系統(tǒng)煙氣的冷卻。

3　窯頭篦式冷卻機(jī)煙氣冷卻系統(tǒng)介紹

當(dāng)篦式冷卻機(jī)煙氣用于余熱發(fā)電時(shí)，其收塵系統(tǒng)如果采用魯奇電收塵器，在余熱鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，收塵器入口的氣體溫度約100℃，如余熱鍋爐運(yùn)行不正?；蛴酂徨仩t停運(yùn)時(shí)，溫度可能高達(dá)400℃以上。如果持續(xù)時(shí)間不長，電收塵器尚能承受，不會(huì)出現(xiàn)大的問題。但是當(dāng)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(huì)出現(xiàn)燒袋事故，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)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?zé)煔鉁囟冉档偷綖V袋的允許溫度范圍內(nèi)，以保證窯頭工藝生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。窯頭篦式冷卻機(jī)收塵系統(tǒng)增設(shè)強(qiáng)制風(fēng)冷式冷卻器的示意圖見圖1。

圖1　窯頭篦式冷卻機(jī)收塵系統(tǒng)增設(shè)強(qiáng)制風(fēng)冷式冷卻器的示意圖

圖2　強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖

4　強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器的工作原理和構(gòu)造

這種冷卻器是由一定數(shù)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(nèi)通過，同時(shí)在管束外壁用軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)進(jìn)行冷卻。

冷卻管束外的冷卻空氣是靠風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)進(jìn)行傳熱的，冷卻風(fēng)機(jī)多選用軸流風(fēng)機(jī)，根據(jù)冷卻器管箱的尺寸選擇相應(yīng)的規(guī)格進(jìn)行組合，使風(fēng)機(jī)能夠覆蓋全部冷卻管。風(fēng)機(jī)一般分成若干組，根據(jù)煙氣溫度的變化確定投入運(yùn)行的風(fēng)機(jī)數(shù)量，以保證出口溫度控制在一定的范圍內(nèi)。

采用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻，可使整個(gè)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(shí)對(duì)煙氣和環(huán)境溫度的適應(yīng)性較強(qiáng)。但增加風(fēng)機(jī)后，電耗增加，且風(fēng)機(jī)的噪音大，這是它的不足之處。

強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器由進(jìn)氣室、冷卻管箱（鋼管束）、冷卻軸流風(fēng)機(jī)、灰斗、支承、樓梯平臺(tái)、出風(fēng)口及控制系統(tǒng)等7部分構(gòu)成，見圖2。

5　噴霧恒溫自控系統(tǒng)

強(qiáng)制風(fēng)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(duì)原有工藝管道和回灰系統(tǒng)做較大的改造，同時(shí)還會(huì)給工藝系統(tǒng)增加一定的阻力。另外，由于需要新增加設(shè)備，土建需要打基礎(chǔ)，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(shè)空氣冷卻器的同時(shí)，達(dá)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(jī)二段或三段的殼體上，設(shè)置若干個(gè)噴槍，并配備有噴霧恒溫自控系統(tǒng)。當(dāng)余熱鍋爐出現(xiàn)故障或出現(xiàn)其他非正常工況時(shí)，根據(jù)濾料的允許工作溫度，自動(dòng)控制噴槍的開關(guān)，向篦冷機(jī)內(nèi)連續(xù)噴霧。冷卻水自水箱經(jīng)過濾后由水泵升壓，經(jīng)出口管路控制系統(tǒng)送到噴霧噴槍，經(jīng)過高性能噴嘴霧化成為非常細(xì)小的水霧顆粒而噴入篦冷機(jī)內(nèi)，水霧在高溫?zé)煔庵醒杆僬舭l(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(nèi)。噴霧恒溫自控系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)多點(diǎn)氣體的溫度，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋回PLC處理器，通過內(nèi)置數(shù)學(xué)模型自動(dòng)控制噴槍開啟數(shù)量、位置和噴水量等工藝參數(shù)，保證袋收塵器入口氣體溫度在要求范圍內(nèi)。噴霧恒溫自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，系統(tǒng)阻力低，反應(yīng)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(jìn)回水管路及自動(dòng)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(chǎn)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(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器和噴霧恒溫自控系統(tǒng)的比較

結(jié)合大量工程實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，從不同的角度，對(duì)強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器和噴霧恒溫自控系統(tǒng)進(jìn)行比較，見表1。

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

我公司開發(fā)的強(qiáng)制風(fēng)冷式冷卻器和冷卻恒溫自控系統(tǒng)，用于北京金隅集團(tuán)、山東山水集團(tuán)、陜西堯柏集團(tuán)、曲寨水泥集團(tuán)、黃河同力集團(tuán)等窯頭電收塵改造項(xiàng)目中，運(yùn)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(yùn)行。

7　結(jié)語

目前絕大部分水泥生產(chǎn)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(qiáng)制風(fēng)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(yùn)行。但對(duì)于改造項(xiàng)目而言，大多數(shù)業(yè)主都會(huì)選擇更加經(jīng)濟(jì)的噴霧恒溫自控系統(tǒng)作為窯頭收塵器的配套系統(tǒng)。

對(duì)于未配套窯頭余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)的水泥生產(chǎn)線中，我們比較推薦強(qiáng)制風(fēng)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(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行中需經(jīng)常檢查篦冷機(jī)殼體和風(fēng)管管道內(nèi)是否存在結(jié)皮現(xiàn)象，防止堵塞設(shè)備和管道而引起設(shè)備停車。

［1］和世超.窯頭電改袋除塵器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.水泥技術(shù)，2011，（2）：101-104.

［2］劉后啟，等.水泥大氣污染物排放控制技術(shù)［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(shè)計(jì)選型［J］.水泥工程，2012，（2）：19-21.

TQ172.688.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1001-6171（2015）05-0086-03

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