一. 槪述
干法水泥窯尾的廢氣,不僅風(fēng)量大,且溫度高,一般在350-400℃,℃即是**近大部分采用低溫余熱發(fā)電,其溫度也在300。而窯頭熟料篦式冷卻器的余風(fēng)溫度,正常時為200℃左右,不正常時可達(dá)300-450℃。用于處理這二種工況的袋除塵器,無論采用P84及其混合針刺氈,還是使用各種玻纖袋或玻纖覆膜濾袋,其長期使用的工作溫度小于250℃,實(shí)際控制在200℃。因此,煙氣在入袋除塵器前必須采取適當(dāng)?shù)慕禍卮胧?。而目前采用的方法有三種:
1.吸風(fēng)冷卻
在尾系統(tǒng)的負(fù)壓管道上裝設(shè)一個帶有調(diào)節(jié)閥門的支管,一端與大氣相通,靠系統(tǒng)本身的負(fù)壓將冷空氣經(jīng)支管流入與高溫?zé)煔饣旌隙赃_(dá)到降溫目的。這種設(shè)施結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)節(jié)方便。但是由于吸入冷風(fēng)煙氣量增加,使袋除塵器和尾風(fēng)機(jī)負(fù)荷增大,另外由于系統(tǒng)負(fù)不穩(wěn)定而影響窯系統(tǒng)的熱工溫定。一般在卻水的地方采用,如合肥院在做沙特NAJERAN6000噸/日工程時,就采用了摻冷風(fēng)來進(jìn)行袋除塵器入口的煙氣降溫,故這臺除塵器較相同規(guī)模的大,達(dá)到處理風(fēng)量160萬m3/h。
2.噴霧降溫
在窯尾系統(tǒng)中,袋除塵器前設(shè)置一個噴霧降溫塔,也有在入口管道中設(shè)置一套噴霧系統(tǒng)。在塔和管道中霧狀噴水與高溫?zé)煔庵苯咏佑|,使得煙氣溫度降低。這種方法降溫效果較好,但投資大,耗水量高,管理復(fù)雜,且不易用在窯頭降溫。
3.排管表面風(fēng)冷冷卻器
同樣,在窯頭和窯尾系統(tǒng)中,袋除塵器前設(shè)置一個多管表面散熱器(也稱熱交換器)。利用表面散熱原理,增加煙氣與管壁的接觸面積,靠自然冷風(fēng)或強(qiáng)制冷風(fēng)來降低煙氣的溫度。采用排管風(fēng)冷技術(shù)后,顯示出了它的優(yōu)點(diǎn),其工作穩(wěn)定,無須人工操作,通常情況下只須記錄袋除塵器入口溫度即可。**臺排管冷卻器于1983年用于蘇州光華水泥廠Ø2.5×40M分解窯上,系自然對流風(fēng)冷,排管直徑6×Ø600,降溫80-100℃,以后在多家立筒型窯上被采用如湖北枝城水泥廠,吉林交通廳水泥廠等采用。自然對流冷空器流速低,換熱系數(shù)也低(<7卡/米2℃,或8W/M2K),在小型窯上為避免結(jié)構(gòu)復(fù)雜,尚可采用。當(dāng)在700T/D或規(guī)模更大的窯上采用風(fēng)冷技術(shù)時,因采用強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻器,其熱交換系數(shù)可提高到12左右,設(shè)計(jì)溫度降可達(dá)150-200℃。1990年度在河北宣化水泥廠、95和2003年南京青龍山二條生產(chǎn)線,2004年巴基斯坦LUCKY水泥廠、及2006年河南義馬、山東青州所采用的煙器冷卻器即屬這一種。
二.風(fēng)冷冷卻器結(jié)構(gòu)
煙氣排管風(fēng)冷卻器(簡稱多管冷卻器)是正在發(fā)展中的適用于高溫袋除塵系統(tǒng)的降溫設(shè)備,分自然冷卻和強(qiáng)制冷卻二種。
1.自然風(fēng)冷煙氣排管冷缺器
結(jié)構(gòu)示意圖(1),干法窯窯尾框架的高端,是1#旋風(fēng)筒的出口,離地面40-60M,有的甚至更高,而窯尾風(fēng)機(jī)則裝在地面,幾十米的高差正好用來安裝排管。**早的排管采用6×Ø700,后來改為12×Ø500,增加了散熱面積。其熱交換系數(shù)為6-7W/M2K。另設(shè)有一個冷風(fēng)閥,當(dāng)溫度過高時開啟冷風(fēng)閥,使冷空氣摻入煙氣,輔助降溫。煙氣從排管內(nèi)自上向下通過,冷空氣在排管外被加熱,自然對流上升。
圖1
總的熱交換系數(shù)可以由下式計(jì)算:
K= 1/A, A=1/a1+1/k/б+1/a2
式中:a1------管內(nèi)煙氣與管壁間的給熱系數(shù);
a2---管壁與管外冷空氣的給熱系數(shù)。
K與б---管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)與厚度,包括薄層粉塵。只要管壁積灰很少,這一項(xiàng)比例很小可以忽略。
a1 和 a2 與氣體成份等許多參數(shù)有關(guān),但主要因素是氣體流速,流速愈高則給熱系數(shù)愈高,管內(nèi)流速比管外自然對流的流速高很多,管內(nèi)的給熱系數(shù)也比管外高,因此自然風(fēng)冷的熱阻在管外。自然對流速度大約為2—3m/s。其給熱系數(shù)一般小于9,總的換熱系數(shù)為6-7W/M2K。如果把外部空氣流速提高,如10M/S,可以把總的給熱系數(shù)提高到11-12。為達(dá)此目的,可以采用強(qiáng)制雙冷技術(shù)。
有了K系數(shù),則散熱面積計(jì)算如下;
F=Q/K(T1-T2);
F—散熱面積;
Q—煙氣通過冷卻器后降低到所需溫度時的放熱量;
?。═1-T2)--煙氣溫度與環(huán)境氣溫的平均差。
2.強(qiáng)制風(fēng)冷
用風(fēng)機(jī)將冷空器氣以較高速度從排管外流過是強(qiáng)制風(fēng)冷技術(shù)的特點(diǎn)。高溫?zé)煔鈴捻敳窟M(jìn)入冷卻排管內(nèi)部,從底部排出。冷風(fēng)在管外流過。流向可以是從一側(cè)流向另一側(cè),即錯流式,也可以由下向上,即逆流式。錯流式的結(jié)構(gòu)示意見圖2(略)。由于冷空氣流動方向垂直于排管,連續(xù)地繞管外壁流動產(chǎn)生許多渦流,在這種氣流條件下給熱系數(shù)較高,因此冷卻器的體積也可做得較小。
由于窯尾煙氣粉塵細(xì),濃度大,容易堵塞風(fēng)管,因此排管直徑不能太小,我們采用Ø200- Ø300,通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),當(dāng)管徑小于己于Ø120時,錯流式冷卻器的冷風(fēng)量必須很大,此時需選到合適的風(fēng)機(jī),只有采用逆流型,即冷空氣由下方流向上方,冷風(fēng)的參數(shù)才比較合適。要頭篦冷機(jī)余風(fēng)的降
有時雖然采用了較高的冷風(fēng)速度,但外壁給熱系數(shù)還比較低,為提高總的換熱系數(shù),我們在外表面加上幾個散熱翅片,使總的換熱系數(shù)可達(dá)到13-14W/M2K。
3.應(yīng)用實(shí)例
(1).宣化水泥廠窯尾冷卻器
窯系統(tǒng)為;700/日窯尾分解窯,采用玻纖袋除塵器,處理風(fēng)量:160000m3/h,過濾面積;5500m2。
冷卻器設(shè)備;逆流向上,且?guī)С崞?br style="margin: 0px; padding: 0px;" /> 設(shè)備自重:48T
煙氣流量: 70000 Nm3/h
煙氣進(jìn)口溫度: 360-380℃
煙氣出口溫度: 200-220℃
冷風(fēng)動力: 45-50 kw
并裝有遠(yuǎn)動電動冷風(fēng)閥,當(dāng)進(jìn)入袋除塵器煙氣溫度過高時開啟,在一般情況下全閉。與采用噴霧增濕塔相比,其投資相仿,而突出的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定、可靠、管理簡單。
當(dāng)窯尾1#筒煙氣溫度下降時,可以不用管它,當(dāng)溫度升高時,在一般情況下也可不用管它,達(dá)到450℃時,出冷卻器風(fēng)溫大約為260℃,而這種情況只有在窯尾喂料不正常時才會出現(xiàn),短時間內(nèi)中控室就會調(diào)整,并還可打開冷風(fēng)閥,放入一些冷空氣來降低溫度。
?。?)南京三龍水泥股分有限公司窯尾冷卻器
窯系統(tǒng)為: 1800噸/日新型干法窯尾分解窯,窯尾處理風(fēng)量:350000m3/h,采用了玻纖袋除塵器CXS(Ⅱ)900-2×8(F),過濾面積;14400m2,2003年投運(yùn)至今。
多管冷卻器型式;逆流向上,且?guī)С崞?br style="margin: 0px; padding: 0px;" /> 管子規(guī)格:Ø 200×24500 144根;
散熱面積:3108m2;
采用8臺風(fēng)機(jī),動力;88kw,設(shè)備重量:95噸;
煙氣流量: 150000Nm3/h;
煙氣進(jìn)口溫度: 360-380℃;
煙氣出口溫度: 200-220℃(見圖2)。
圖2
?。?).浙江富陽水泥有限公司
新型干法5000噸/日窯頭篦冷機(jī)余風(fēng)除塵系統(tǒng),采用CDMC低壓長袋脈沖袋除塵器。
多管冷卻器型式;錯流,細(xì)管,且防磨
技術(shù)性能要求:處理風(fēng)量為752000m3/h,
煙氣進(jìn)口溫度: 300℃(正常工況)-450℃(異常工況)
煙氣出口溫度: 130℃(正常工況)-180℃(異常工況)
多管冷卻器: 阻力:600Pa(正常)-1000(異常)
系統(tǒng)漏風(fēng)率;<2%。
散熱面積:6288M2,
管子規(guī)格和數(shù)量;Ø86×12000,1386根
采用了12臺軸流風(fēng)機(jī),每臺冷風(fēng)量:330000M3/H,37KW,總動力444KW
采用PLC控制能實(shí)現(xiàn)自動聯(lián)鎖控制并能控制冷風(fēng)開關(guān),變頻器根據(jù)溫度自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速功能。
設(shè)備總重量;265噸
隨后的河南義馬5000噸/日,山動青州6000噸/日均采用了這種冷卻器見圖3。
圖3
總之,多管冷卻器的穩(wěn)定性和管理簡單等優(yōu)點(diǎn)非常明顯,已經(jīng)成為窯頭窯尾袋除塵器系統(tǒng)配套的常規(guī)設(shè)備。