由于袋除塵器具備低排放、無事故排放和不受粉塵比電阻影響的性能，使得許多水泥廠在對原電除塵器進(jìn)行改造時采用電改袋的方式（包括改為電袋復(fù)合）。本文就其中窯頭電除塵器改造為袋除塵器后的煙氣降溫方式進(jìn)行探討。

1　窯頭篦冷機(jī)煙氣特性

1）風(fēng)量變化大。篦冷機(jī)的風(fēng)量隨進(jìn)入篦冷機(jī)熟料量多少變化，尤其出現(xiàn)窯內(nèi)結(jié)圈和堆積等惡劣工況時，一旦窯圈崩塌使窯內(nèi)黃心料在極短的時間內(nèi)進(jìn)入篦冷機(jī)，將導(dǎo)致風(fēng)量迅速增加。

2）溫度和含塵濃度變化大。正常情況下，出篦冷機(jī)末端余風(fēng)溫度在200~260℃，標(biāo)態(tài)下含塵濃度約為20g/m3，隨著篦冷機(jī)內(nèi)熟料量的增加，余風(fēng)溫度相應(yīng)升高，一旦出現(xiàn)“跑黃心料”的情況，溫度很快達(dá)到450℃以上，標(biāo)態(tài)下含塵濃度也在50g/m3以上。

3）粉塵顆粒較粗、密度大且磨蝕性強(qiáng)以及干燥比電阻高。生產(chǎn)線增加余熱發(fā)電設(shè)備以后，煙氣溫度降低到100℃左右，且粉塵濕度小、比電阻太高，電除塵器易形成反電暈現(xiàn)象，即從收塵極向電暈空間釋放大量的正電荷，這種倒流的電荷與負(fù)電荷快速中和，隨氣流逸出電除塵器，破壞正常的收塵作用，不但降低除塵效率，而且還白白消耗大量的電暈功率。

以上特性不論是在除塵工藝設(shè)計和設(shè)備選型還是在后期除塵設(shè)備改造時都必須充分考慮。尤其是煙氣溫度，就目前的技術(shù)水平，電除塵器和袋除塵器均無法對此類煙氣直接進(jìn)行凈化處理。同時，根據(jù)近幾年窯頭電除塵器改造成袋除塵器項目來看，無論采用玻纖覆膜濾料，還是采用復(fù)合氈類濾料，耐溫均不超過260℃。因此，需要增加降溫設(shè)備或提供降溫途徑。

2　降溫措施

2.1　強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器

這種冷卻器是由一定數(shù)量的傳熱鋼管排列組合而成，所以也稱多管冷卻器。高溫氣體在管束內(nèi)通過，同時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。在圖1中處于篦冷機(jī)余風(fēng)與除塵器進(jìn)口之間的位置，與余熱鍋爐是并聯(lián)關(guān)系。

圖1　窯頭工藝流程示意

由于環(huán)境空氣的溫度和濕度是變化的，需要處理煙氣的氣體量和溫度也是變化的，而一定規(guī)格的冷卻器其散熱面積是固定的，為使冷卻器適應(yīng)這種變化，確保高溫?zé)煔獗焕鋮s至一個允許的范圍內(nèi)，在距冷卻器進(jìn)、出氣口適當(dāng)?shù)木嚯x上（由現(xiàn)場工藝決定，越遠(yuǎn)越好）分別安裝進(jìn)口和出口測溫裝置。每個測溫裝置有幾個測溫元件組成以防誤差和個別損壞，測溫元件必須反應(yīng)靈敏，檢測溫度真實可靠，保證測試數(shù)據(jù)與實際工況一致。在冷卻器上安裝了相當(dāng)數(shù)量的軸流風(fēng)機(jī)，以便在情況發(fā)生變化時啟動這些風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，增加冷卻效果。同時根據(jù)現(xiàn)場測溫裝置提供4~20mA的模擬信號控制軸流風(fēng)機(jī)的啟停數(shù)量，也可采用變頻調(diào)速裝置進(jìn)行控制，保證了冷卻器出口溫度的穩(wěn)定可靠。

實例：我公司在某企業(yè)窯頭除塵器電改袋項目中提供了強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器，其設(shè)計參數(shù)見表1。

該冷卻設(shè)備經(jīng)過現(xiàn)場安裝調(diào)試完畢后，窯點火成功，并同步運行與窯頭袋除塵器配套的冷卻器，系統(tǒng)正常運行后，測篦冷機(jī)末端取風(fēng)口管道處（即冷卻器進(jìn)口測溫點）溫度為260~280℃，袋除塵器進(jìn)口（即冷卻器出口測溫點）溫度為90~110℃，根據(jù)起始調(diào)節(jié)情況溫降時間大約在5～10min。完全滿足袋除塵器使用的工況要求，并且還有約三分之一的風(fēng)機(jī)未運行，如出現(xiàn)異常工況可啟動所有風(fēng)機(jī)保證袋除塵器進(jìn)口溫度控制在濾料可承受的溫度210℃以下。

表1　強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器設(shè)計參數(shù)

強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器的穩(wěn)定性和管理簡單等優(yōu)點非常明顯，冷卻效果可完全達(dá)到設(shè)計要求。在改造項目中，因使用該冷卻器，降低了工況溫度，減少了袋除塵器工況下處理的煙氣量，并且煙氣經(jīng)過冷卻器后，部分粉塵得到了預(yù)沉降，又因未采用噴霧降溫，煙氣含水量小，清灰效果好，加之使用了諾麥克斯濾料，濾袋壽命長達(dá)5~6年，工況阻力基本在1000Pa以下，運行第6年阻力仍能保證在1200Pa以下。

2.2　噴霧降溫

這種降溫方式通過特殊霧化設(shè)備將水霧化，由于水的比熱較大，霧狀顆粒擴(kuò)散蒸發(fā)就會吸收周圍環(huán)境的熱量，從而使周圍環(huán)境溫度降低。

現(xiàn)在水泥廠窯頭篦冷機(jī)常用的噴霧降溫系統(tǒng)分為雙流體噴霧系統(tǒng)和單流體噴霧系統(tǒng)（其中包含高壓回流式和高壓直噴式）。雙流體噴霧系統(tǒng)（見圖2）構(gòu)成主要有：1）水路系統(tǒng)，包括水箱、水泵、液體過濾器和流量控制裝置等；2）氣路系統(tǒng)，由氣體壓力調(diào)節(jié)閥、電磁控制閥和壓力檢測組件等組成；3）控制系統(tǒng)，由溫度檢測裝置、控制柜、變頻器、水路和氣路壓力變送器及壓力開關(guān)等組成；4）噴槍。

圖2　雙流體噴霧系統(tǒng)示意

雙流體噴霧系統(tǒng)與單流體噴霧系統(tǒng)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別表現(xiàn)在前者比后者增加了氣路系統(tǒng)，并相應(yīng)增加氣路的控制元件。包括由自動控制回路、安全模式回路和噴槍吹掃回路等組成的供氣系統(tǒng)，由控制器控制實現(xiàn)回路的自動切換。在系統(tǒng)停用時，可以通過低壓吹掃保持噴槍內(nèi)的微正壓，保證含塵煙氣不會進(jìn)入噴槍，有效地防止噴槍的堵塞。

由于結(jié)構(gòu)不同造成兩者在經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)上也有著本質(zhì)的區(qū)別。雙流體水泵出口壓力小，噴槍水氣壓低，相應(yīng)系統(tǒng)管路元件承受壓力低，流量調(diào)節(jié)采用噴槍分組及水泵變頻調(diào)節(jié)噴水量，霧化粒徑小，霧化效果好，蒸發(fā)時間少，使篦冷機(jī)內(nèi)不易結(jié)垢，處理同樣的煙氣量需要的噴槍數(shù)量少，尤其在噴水量由大變小的過程中相對單流體高壓直噴式優(yōu)勢明顯。雙流體噴嘴是核心部件，噴嘴孔徑大，不易堵塞，可直接使用河水、廢水和循環(huán)水不需過濾處理。同時由于噴嘴孔徑大、工作壓力低，使噴嘴磨損速度慢，使用壽命長。

噴霧裝置可與余熱發(fā)電系統(tǒng)配合使用，首先根據(jù)余熱發(fā)電停用時系統(tǒng)需處理的煙氣量、工況煙氣高溫度和進(jìn)除塵器高溫度確定噴霧裝置規(guī)格。然后根據(jù)現(xiàn)場具體情況，工藝管道走向，選擇噴霧裝置安裝位置。目前使用的噴霧裝置，大多布置在篦冷機(jī)頂部或篦冷機(jī)煙氣出風(fēng)管道內(nèi)，也有兩處同時布置的，正常情況下篦冷機(jī)內(nèi)噴霧裝置工作，當(dāng)遇到突發(fā)意外情況時，管道內(nèi)噴霧裝置也可達(dá)到噴霧降溫功能。篦冷機(jī)安裝噴槍時要充分考慮其內(nèi)部溫度高、粉塵磨蝕性大和內(nèi)部氣體流場等情況，以此來確定噴槍的材質(zhì)和安裝的位置。避免因煙氣溫度過高，使噴槍過熱報廢，同時也要避免由于內(nèi)部過大氣流帶動粉塵沖刷磨蝕噴槍。當(dāng)余熱發(fā)電長期穩(wěn)定運行期間，可采用伸縮式噴槍，或縮短噴槍插入深度，并增加耐磨防護(hù)套，或直接把噴槍抽出以避免噴槍不必要的損壞。當(dāng)噴霧系統(tǒng)布置在管道內(nèi)部時，要盡量遠(yuǎn)離除塵設(shè)備進(jìn)口位置，同時保證在直管段部位，順氣流噴射，要避免噴出的水霧打在管道壁上，影響降溫效果。當(dāng)余熱發(fā)電設(shè)備有計劃的停運時，可先行檢查噴霧降溫系統(tǒng)設(shè)備完好情況，并保證設(shè)備的正常巡檢不遺漏。

實例：我公司在某企業(yè)窯頭除塵器電改袋項目中提供了噴霧降溫裝置，其設(shè)計參數(shù)見表2。

表2　噴霧降溫裝置設(shè)計參數(shù)

全套噴霧設(shè)備經(jīng)過現(xiàn)場安裝調(diào)試完畢后，窯點火運行成功，并同步運行配套余熱發(fā)電系統(tǒng)，緩慢關(guān)閉通往余熱鍋爐的煙氣管道，打開噴霧系統(tǒng)自動控制程序，并打開篦冷機(jī)末端取風(fēng)口管道閥門，使煙氣緩慢進(jìn)入改造后的袋除塵器內(nèi)部，檢測到煙氣初始溫度276~302℃，通過控制噴霧水泵電動機(jī)運行頻率由10Hz調(diào)到30Hz，袋除塵器的煙氣進(jìn)口溫度在150~180℃之間。根據(jù)起始調(diào)節(jié)情況溫降時間大約在1~3min，因此完全滿足袋除塵器使用的工況要求，并且水泵的工作能力還未充分發(fā)揮。

2.3　強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器與噴霧降溫裝置的比較

表3分別從設(shè)備性能、投資等方面對兩種降溫裝置進(jìn)行比較。

表3　強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器與噴霧降溫的比較

2.4　其他降溫措施

其他降溫措施就是在上述降溫裝置正常運行的基礎(chǔ)上，增加系統(tǒng)安全性，避免出現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)量和溫度過高損毀袋除塵器的濾袋和除塵器本體。常用的方式有：1）在系統(tǒng)風(fēng)管上增加冷風(fēng)閥和溫度控制器；2）增加旁路煙道，當(dāng)系統(tǒng)遇到超高溫時，直接由旁路煙道排出，避免進(jìn)入袋除塵器濾袋區(qū)燒毀濾袋。

關(guān)于增加冷風(fēng)閥和溫度控制器。對它的效果有待考證，當(dāng)系統(tǒng)運行正常的情況下，無論是強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器，還是噴霧降溫措施均能很容易達(dá)到煙氣的降溫要求，但當(dāng)窯系統(tǒng)不穩(wěn)定時，尤其發(fā)生塌料的時候，在篦冷機(jī)與除塵器設(shè)備之間的管道內(nèi)形成正壓區(qū)，冷風(fēng)閥打開時系統(tǒng)外的空氣不會進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部，達(dá)不到降溫效果。同時由于事故出現(xiàn)前，系統(tǒng)基本沒有任何征兆，很難保證長期不運行的冷風(fēng)閥在很短時間內(nèi)打開。根據(jù)實際應(yīng)用情況，國內(nèi)水泥行業(yè)窯頭收塵技術(shù)很少單獨采用摻冷風(fēng)冷卻高溫氣體的措施，因摻冷風(fēng)后會增大廢氣的處理量，摻入的氣體受環(huán)境溫度影響較大，同時必須增大除塵設(shè)備規(guī)格，增大投資；如果在系統(tǒng)中運用，可以在有其他降溫措施的情況下，作為一種輔助措施，增加系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)于增加旁路煙道。旁路煙道的設(shè)置，在國內(nèi)電力行業(yè)應(yīng)用較為普遍，但隨著社會公眾對環(huán)境保護(hù)的重視和技術(shù)的發(fā)展，電力行業(yè)的旁路煙道系統(tǒng)已經(jīng)實施了拆除或鉛封制度。水泥行業(yè)借鑒電力行業(yè)設(shè)置旁路煙道系統(tǒng)，是在余熱發(fā)電異常情況停運、煙氣溫度超出濾袋耐溫范圍時使用，從目前情況不建議采用旁路煙道，因增加旁路煙道既增加了設(shè)備投資，又增加旁路煙道漏灰的可能性，使排放超標(biāo)，且隨著環(huán)保要求的嚴(yán)格，水泥行業(yè)旁路偷排現(xiàn)象必定會受到法律和法規(guī)的約束。

2.5　需要說明的問題

無論采用何種降溫措施，其中熱電阻的選用是重要一環(huán)，因任何降溫系統(tǒng)運行都是以熱電阻的檢測溫度信號為參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。熱電阻要選用熱響應(yīng)時間短的；接線方式要選用能消除引線電阻對測量結(jié)果影響的三線制，尤其在溫度測量點距控制箱較遠(yuǎn)的情況下；熱電阻的安裝要合理，測點位置要保證熱電阻的測量端與被測量介質(zhì)之間有充分的熱交換，避免在閥門、彎頭、管道和設(shè)備的死角處安裝熱電阻；熱電阻的選用長度要適當(dāng)，通常情況下要插入管道中心線處，根據(jù)我們的實際使用經(jīng)驗，如果插入深度不合適，可能會與被測溫度相差20℃以上。因此對于窯頭除塵器電改袋降溫系統(tǒng)來說，熱電阻的選擇應(yīng)用是好重要的一環(huán)，必須引起足夠的重視。

3　結(jié)束語

綜上所述，對于窯頭廢氣降溫方案綜合比較：大型強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器有著冷卻效果好、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、整機(jī)振動小和變頻控制節(jié)能效果明顯等優(yōu)勢，它的缺點是，投資大且對場地有一定的要求；噴霧降溫裝置投資少，對場地要求不高，尤其適宜原水泥生產(chǎn)線配有余熱發(fā)電系統(tǒng)和應(yīng)用強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器空間布置受限的情況。根據(jù)我公司現(xiàn)有窯頭除塵器電改袋的運行情況，在設(shè)備調(diào)試和試運行階段，噴霧降溫系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計的降溫要求，但篦冷機(jī)出現(xiàn)極端工況時，缺少實際運行情況數(shù)據(jù)，所以它的可靠性和強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器相比要差一點。因此，噴霧降溫系統(tǒng)常需要和其他輔助措施同時應(yīng)用。

作者：譚長栓

作者單位：河南中材環(huán)保有限公司