水泥生產線窯頭收塵器配套降溫系統概述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。水泥窯收塵器入口含塵濃度高、出口含塵濃度超低值排放、窯系統工況條件需頻繁調整等特性，給現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《水泥工業大氣污染物排放標準》（國家標準GB4915-2013）中規定水泥窯及窯尾余熱利用系統的顆粒物排放濃度要求≤30mg/m3（標），重點地區排放濃度甚至≤20mg/m3（標）。通過監控煙塵的排放狀況，發現現有的水泥窯電除塵器的排放濃度很難達到國家規定的排放指標。這迫使絕大多數水泥公司必須將現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，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境溫度影響很大，因而僅適用于降溫幅度不大和工藝系統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煙氣的冷卻。

3　窯頭篦式冷卻機煙氣冷卻系統介紹

當篦式冷卻機煙氣用于余熱發電時，其收塵系統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常或余熱鍋爐停運時，溫度可能高達400℃以上。如果持續時間不長，電收塵器尚能承受，不會出現大的問題。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℃，否則就會出現燒袋事故，帶來巨大的經濟損失。

為避免出現燒袋的重大事故，窯頭的收塵系統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、出風口及控制系統等7部分構成，見圖2。

5　噴霧恒溫自控系統

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做較大的改造，同時還會給工藝系統增加一定的阻力。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，我公司開發了噴霧恒溫自控系統，在不增設空氣冷卻器的同時，達到降溫目的。噴霧恒溫自控系統窯頭工藝流程圖見圖3。

該系統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。當余熱鍋爐出現故障或出現其他非正常工況時，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，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。噴霧恒溫自控系統通過監測多點氣體的溫度，并將監測數據反饋回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。噴霧恒溫自控系統結構緊湊，占地面積小，系統阻力低，反應速度快，降溫效果好。

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

圖3　噴霧恒溫自控系統的窯頭工藝流程圖

圖4　某5 000t/d熟料生產線噴霧恒溫自控系統的示意圖

表1　冷卻器降溫系統和噴霧恒溫自控系統的比較

6　強制風冷冷卻器和噴霧恒溫自控系統的比較

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進行比較，見表1。

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

我公司開發的強制風冷式冷卻器和冷卻恒溫自控系統，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電系統，所以無論是選擇強制風冷冷卻器降溫系統還是噴霧恒溫自控系統都能安全可靠的運行。但對于改造項目而言，大多數業主都會選擇更加經濟的噴霧恒溫自控系統作為窯頭收塵器的配套系統。

對于未配套窯頭余熱鍋爐發電系統的水泥生產線中，我們比較推薦強制風冷冷卻器降溫系統配套窯頭袋收塵器。若采用噴霧恒溫自控系統，則生產系統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