柳鋼轉爐一區(qū)干法除塵蒸發(fā)冷卻器霧化噴頭的選型及應用

黃 磊

（廣西鋼鐵集團有限公司煉鋼廠，廣西防城港 538001）

1 現(xiàn)狀

轉爐干法除塵蒸發(fā)冷卻靠多桿噴槍噴出霧化氣水，對高溫煙氣進行冷卻，經(jīng)過實驗證明，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系。柳鋼轉爐廠一區(qū)一次除塵的抽煙效果一直不好，體現(xiàn)在爐口冒火大，轉爐煤氣回收平均時間大約在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

雙流體霧化噴頭主要通過壓縮空氣對液體進行霧化，一般常見的雙流霧化噴頭的霧化形式見圖1，分為內混式和外混式。

柳鋼轉爐廠用的都是內混式噴頭，氣體用的是氮氣，液體用的是過濾后的工業(yè)循環(huán)水。

內混式噴頭在柳鋼轉爐廠一區(qū)的使用體驗為：①噴霧角度靈活，廠家可根據(jù)用戶工況進行調整，但角度選擇不好會嚴重影響抽風效果。②氣體介質消耗低，大約為外混式噴頭的一半。③噴頭使用壽命長，如果噴槍內部未出現(xiàn)斷裂串水，那么噴頭壽命可以達到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爐廠一區(qū)的使用體驗為：①噴霧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，也會出現(xiàn)抽風效果差。②氣體介質消耗高，比內混式噴頭高一倍，柳鋼轉爐廠用的介質是氮氣，高一倍的氮氣消耗顯得不夠經(jīng)濟。③使用1年后即出現(xiàn)外混噴頭結構磨損，噴霧角度和霧化效果改變，導致抽風效果差。

但無論外混或內混式噴頭，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，否則,無論怎么調整噴霧角度都難以達到較好的抽風效果。

3 選擇噴頭的關鍵因素

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，就能越快地將轉爐煙氣從900 ℃降至300 ℃左右，讓煙氣急劇收縮產(chǎn)生真空負壓，抽煙效果自然形成良性循環(huán)。而噴霧角度會影響霧化液滴碰撞的幾率，太小的噴霧角度會導致液滴碰撞劇烈生成大液滴，太大的噴霧角度會讓相鄰的噴頭霧化錐角重合，同時也會讓液滴噴在蒸發(fā)冷筒體上造成濕灰結壁。

3.1 霧化液滴粒徑測量方法

機械測量方法簡單，但是存在精度很低的狀況，光學測量方法比較普及，但缺點是測量儀器價格昂貴，國內已有少數(shù)噴霧系統(tǒng)廠家開始裝備激光霧化粒徑測量設備。

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表示。霧化角的定義是：假定從噴頭出口的霧炬外側做出兩條切線，則兩條切線之間的夾角就是霧化角。噴霧離開噴頭后，在環(huán)境中失去了噴頭的原始動力，霧滴的動能開始減小，所以橫向的擴散減弱，在本身重力和氣壓的作用下，開始發(fā)生向內收縮的趨勢[1]。霧化角的示意圖見圖2。

圖2 噴頭霧化角示意圖

4 關鍵參數(shù)的確定

噴頭霧化效果的保證和噴霧角度的選擇，我們更多的是通過噴頭上線使用效果和實驗室模擬再結合標準工況下的煙氣量來計算和考慮。

4.1 霧化效果的保證

從電除塵器特性反推回來，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%的爐口燃燒率計算出理論煙氣量約88.9 萬m3的工況流量，蒸發(fā)冷卻器筒體直徑5 m，長度17 m，可計算出蒸發(fā)冷內煙氣流速12.58 m/s，那么就需要在1.35 s 內將霧化液滴完全蒸發(fā)，同時完成轉爐煙氣從平均900 ℃降至300 ℃左右[2]。

經(jīng)過某國內噴頭生產(chǎn)廠家的模擬計算，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，除了噴頭有這個工藝能力外，還要選擇特定的參數(shù)，即氣水比，見表1。

表1 國產(chǎn)噴頭不同氣壓水壓下的霧化粒徑

注：3、4、5、6、7、8、9 測試出的顆粒粒徑都有超標，原因分別是氣壓水壓太接近、氣壓過低、水壓比氣壓低。因此氮氣壓力最好在0.55 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)轉爐一區(qū)單爐14支蒸發(fā)冷噴槍的配置，每小時平均32 t 的水量，對應水壓大約0.55 MPa，因此，我們決定將氮氣壓力控制在0.6 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 標準霧化參數(shù)見圖3。

圖3 斯普瑞噴霧系統(tǒng)霧化形狀標準參數(shù)圖[4]

A——噴霧噴出1.22 m的時候，霧展圓直徑；

B——噴霧噴出4.88 m的時候，霧展圓直徑；

X——選取的業(yè)內噴出距離常數(shù)1.22 m；

Y——選取的業(yè)內噴出距離常數(shù)4.88 m；

Z——噴出的最遠距離；

V——噴出1.22 m時達到的最大噴射速度。

我們用某國產(chǎn)品牌噴頭，選取0.6 MPa 氣壓和0.55 MPa水壓，測量A、B、X、Y、Z、V值，如表2，對照斯普瑞噴霧系統(tǒng)提供的對應氣壓水壓實驗數(shù)據(jù)表[4]，基本上一致，說明我們選取的國產(chǎn)噴頭完全符合標準實驗要求，數(shù)據(jù)真實可信。

表2 霧化形狀標準值

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計院初始設計的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噴淋到蒸發(fā)冷筒壁，而小于30°的噴霧角度，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)霧化液滴開始明顯發(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，再調試至0.6 MPa 氣壓和0.55 MPa 水壓，噴頭在柳鋼轉爐一區(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 的噴頭對比，一次除塵抽煙效果好，一次風機平均降低200 r/min，平均每爐煤氣回收時間增加40 s，按照平均每秒24 m3的煤氣流量計算，每爐鋼增加煤氣回收量960 m3，煤氣熱值增加210 kJ/m3。

6 結語

雖然確定了噴頭的霧化角度及保證了霧化效果之后，使用效果比原來改善許多，但轉爐煤氣回收量和煤氣熱值還未達到國內先進水平，說明我們仍未摸索出最優(yōu)的參數(shù)選型或解決方案。我們仍然可以尋找霧化粒徑在100～120 μm 的噴頭來進行實驗，用以驗證更好的霧化效果對轉爐煤氣回收量和煤氣熱值的提升幅度。