高溫除塵系統應用蒸發冷卻技術

孫 權

（中煤科工集團武漢設計研究院湖北武漢430000）

高溫除塵系統應用蒸發冷卻技術

孫 權

（中煤科工集團武漢設計研究院湖北武漢430000）

通過某鋼廠鐵水預處理項目，蒸發冷卻塔在除塵系統高溫煙氣冷卻降溫中的實際應用，與常用冷卻方法的比較，說明蒸發冷卻是高溫煙氣的有效降溫方法。

高溫煙氣；蒸發冷卻；冷卻降溫；除塵

1 前言

某鋼廠新建的一座100t轉爐，其鐵水預處理為三脫功能，在三脫及扒渣過程中產生大量煙氣，為滿足環保要求進行抽風除塵。由于除塵設備材料和結構條件所限，高溫煙氣進入除塵系統前，必需由700℃的高溫降低至200℃。高溫煙氣冷卻降溫的方法很多，目前常用的冷卻方法有：間接水冷—水冷套管和密排水管；間接空冷—機力空氣冷卻器；直接水冷—噴淋塔。這些方法都有各自適用的場合，但都有明顯的不足，并非理想的冷卻方法。蒸發冷卻主要利用水的汽化潛熱，換熱效率高，冷卻速度快，調節范圍大，設備簡單，初投資少，運行費用低，維護簡便等優點，是高溫煙氣冷卻降溫的一種新興技術。

2 鐵水預處理高溫煙氣蒸發冷卻應用

2.1 蒸發冷卻原理

蒸發冷卻是利用水霧蒸發吸收熱量變成過熱蒸汽，達到降低煙氣溫度的目的。在煙氣中根據需要噴入水，水充分霧化后的水滴粒徑越細越好，霧粒在冷卻裝置內與高溫煙氣接觸吸收煙氣顯熱后全部汽化，并被煙氣再加熱成一種過熱蒸汽，不出現任何機械水。

2.2 鐵水預處理除塵工藝參數

2.3 蒸發冷卻塔設計要點

影響蒸發冷卻塔冷卻效果的因素很多，如噴嘴的形式、汽化時間、自動控制等，這些在設計中要特別注意。

2.3.1 噴嘴選擇與設置

噴嘴是蒸發冷卻塔的核心部件，在選擇噴嘴需要考慮以下幾個因素：霧滴直徑、噴嘴位置、噴嘴角度。霧滴直徑是保證水分全部汽化的重要條件，水滴汽化，其蒸發潛熱會使煙氣溫度急劇下降，達到短時間冷卻煙氣的目的。噴嘴的霧化方式有機械霧化和壓縮空氣霧化兩種，機械霧化適應連續的煙氣；當煙氣是間斷的，采用機械霧化則噴嘴易堵塞，因此，采用壓縮空氣霧化。

2.3.2 汽化時間

蒸發冷卻塔殼體尺寸必須具有足夠的空間和煙氣過流時間，以滿足所有水滴都在冷卻塔內完全汽化。如果汽化不完全，必然導致水滴落入灰斗或帶入后續的設備，引起排灰困難，設備腐蝕等問題。

2.3.3 自動控制

自動控制是蒸發冷卻塔正常工作的關鍵，除塵系統對煙氣溫度調節精度要求并不高，因此采用噴嘴數量的控制，每個噴嘴流量恒定，這種控制模式運行穩定可靠。根據蒸發冷卻器前后溫度信號控制水管上和壓縮空氣管上電磁閥開關，當溫度為700℃所有閥全開，當溫度每降20℃關一對電磁閥。

2.3.4 鐵水預處理蒸發冷卻塔主要性能參數如下：

2.4 運行效果

該蒸發冷卻塔自建成以來，一直正常運行，在蒸發冷卻塔進口溫度波動的情況，能自動調節噴水量，出口溫度穩定，滿足設計要求。

3 蒸發冷卻與常用冷卻方法的比較

3.1 蒸發冷卻的特點

3.1.1 換熱效率高、耗水量少

蒸發冷卻換熱主要利用水的汽化潛熱，換熱效率高，相應水量消耗少。

3.1.2 適應性強、操作彈性大、可調節冷卻終點溫度

蒸發冷卻不僅適用于煙氣量及溫度穩定的高溫煙氣冷卻，也適用于非穩定狀態高溫煙氣冷卻?？扇我庹{節冷卻終點煙氣溫度。

3.1.3 安全高效、冷卻速度快、投資費用低

霧化水滴與高溫煙氣直接接觸，傳熱速率快，冷卻空間小，設備簡單，投資費用低。

3.1.4 改善煙塵特性

噴霧冷卻由于使煙氣的濕度增加，因此可以降低煙塵的比電阻，又能對細塵起到凝聚作用，使煙塵粒徑增大，離子驅進速度加快，二次揚塵減少，從而提高后續的電收塵器收塵效率。

3.1.5 運行費用低

由于冷卻介質為一般工業水，對水質無過高要求，若采用壓縮空氣霧化，能耗僅為機械霧化的60%，設備阻力低，一般不超過300Pa。

3.1.6 操作維護方便，自動化程度高

由于采用PLC控制冷卻后的煙氣溫度及噴水量，因此自動化程度高、安全可靠，同時由于冷卻塔無運動部件，因此操作維護簡單方便。

3.2 間接冷卻的特點

間接冷卻是指高溫煙氣與冷卻介質不直接接觸，根據煙氣溫度的高低及工藝要求，可產生蒸汽、熱水、熱風等回收二次能源。但由于間接冷卻設備的總傳熱系數較低，需要的冷卻介質（水、空氣）流量大，能耗大，運行費用高，設備比較龐大，初投資高，并且需匹配清灰機構，結構復雜。

3.3 直接水冷的特點

飽和冷卻與蒸發冷卻相同之處：都是直接水冷，冷卻都采用噴淋的形式。飽和冷卻是高溫煙氣通過大量噴水，使高溫煙氣在瞬間冷卻到相應的飽和溫度，在冷卻降溫的同時，也起到一定的除塵作用。飽和冷卻的主要缺點就是產生二次水污染。

4 結語

由于蒸發冷卻與間接冷卻、飽和冷卻等相比具有獨特的優點，是高溫煙氣的有效降溫方法。蒸發冷卻在國外某些發達國家是一種成熟的高溫煙氣冷卻技術，但在國內尚屬于新興技術。隨著人們對蒸發冷卻技術的逐步認識和掌握，蒸發冷卻將在除塵系統高溫煙氣冷卻中得到廣泛應用。