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由於袋除塵器具備（bèi）低排放（fàng）、無事故排放和不受粉塵比電阻影響（xiǎng）的性能，使得許多水泥廠在對（duì）原電除（chú）塵（chén）器進行（háng）改造時采用電改袋的方式（包（bāo）括改為電袋複合）。本文就其中窯頭電（diàn）除塵器改造（zào）為袋除塵器後的煙氣（qì）降溫方式進行探討。
1 窯頭篦冷機煙氣特性
1）風量變化大。篦冷機的風量隨進入篦冷機熟料量多（duō）少變化，尤其出現窯內結圈和堆積等惡劣工況時，一旦窯圈（quān）崩塌使窯內黃心料在極（jí）短的時間內進（jìn）入篦冷機，將導致風量迅（xùn）速增加（jiā）。
2）溫度和含（hán）塵（chén）濃度變化大（dà）。正常情況下，出篦冷機末端餘（yú）風（fēng）溫度在200~260℃，標態（tài）下含塵濃度約為20g/m3，隨著篦冷機內熟料量的增加，餘風溫度相應升高，一旦出現“跑黃心料”的情（qíng）況，溫度很快達到450℃以上（shàng），標態下含塵濃度也在50g/m3以上（shàng）。
3）粉（fěn）塵（chén）顆粒較粗、密（mì）度大且磨蝕性強以及幹燥比電阻高。生產線增加餘熱發電設備以後，煙氣溫度（dù）降低到100℃左右，且粉塵濕度小、比電阻太（tài）高，電（diàn）除塵器易形（xíng）成反電暈（yūn）現象，即（jí）從收塵極向電暈空間釋放大量的正電荷（hé），這種倒流的電荷與負電荷快速中和（hé），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（qiě）還白白消耗大量的電暈功率。
以（yǐ）上（shàng）特性不論（lùn）是在（zài）除塵工藝設（shè）計和設備選型還是在後期除塵設備改造時都必（bì）須（xū）充分考（kǎo）慮。尤其是煙氣溫度，就目前的技術水平，電除塵器和袋除塵器均無法（fǎ）對此類（lèi）煙氣直接進行淨化處理。同時，根（gēn）據近幾年窯頭電除塵（chén）器改（gǎi）造成袋除塵器項目來看，無論采用玻纖覆膜濾料，還是采用複合氈類濾料，耐（nài）溫均不超過260℃。因此，需（xū）要增加降溫設備或提（tí）供降溫（wēn）途徑。
2 降溫措施
2.1 強製風冷冷卻器
這種冷卻器是由一定數量的傳熱鋼管排列組合而成，所以也稱多管冷卻器。高溫氣體在管束內通（tōng）過，同時在（zài）管束外壁用軸流風機強製通風進行冷卻，由於鋼管壁的（de）熱傳導作用，使（shǐ）高溫氣體的溫度降低而冷風的溫度（dù）升高。在圖1中處於篦冷機餘風與除塵器（qì）進口之間的位置，與（yǔ）餘熱（rè）鍋爐是（shì）並聯關係。
圖1 窯頭（tóu）工（gōng）藝流程示意
由於環境空氣的溫度和濕度是（shì）變化的，需要處理煙氣的氣體量和溫度也是變（biàn）化的（de），而一定規格的冷卻器其散（sàn）熱麵積是固定的，為使（shǐ）冷卻器適應這種變化，確保高溫煙氣（qì）被冷卻至一個允（yǔn）許的範圍內，在距冷卻器進、出氣口適（shì）當的距離上（由現場工藝決定，越（yuè）遠越好）分別安裝進口和出（chū）口測溫裝置。每（měi）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（bì）須反應靈敏，檢測溫度真實可靠（kào），保證（zhèng）測試數據與實際工況一致。在冷（lěng）卻器上安裝了相當數量的軸流風機，以便在情況發生變化時（shí）啟動這些風機進行（háng）強製通風，增加冷卻效果。同時（shí）根據現場測溫裝置提供4~20mA的模（mó）擬信號控製軸流風機（jī）的啟停數量，也可采用變頻調（diào）速裝置進行控製，保證了冷卻（què）器出口（kǒu）溫度的穩定可靠。
實（shí）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）製風冷冷卻器，其設計參（cān）數見（jiàn）表1。
該冷（lěng）卻設備經過現場安裝調試完畢後，窯點火成功，並同步運（yùn）行與窯頭袋除塵器配套的冷卻器（qì），係統正常運行後，測篦冷機末（mò）端取風口管道處（即冷卻器進口測溫點）溫度為260~280℃，袋除（chú）塵（chén）器進口（即冷卻器出口測溫點）溫度為90~110℃，根據起始調節情況溫降時間大約在（zài）5～10min。完（wán）全滿足袋除（chú）塵器使（shǐ）用的工況要求，並且還有約三分之（zhī）一的風機未運行，如出現（xiàn）異常工況可啟動所有風機保證袋除塵器進口溫度（dù）控製在濾料可承受的溫度210℃以下（xià）。
表1 強製風冷冷卻器（qì）設計（jì）參數
強製（zhì）風冷冷卻器的穩定性和（hé）管理簡單等優點非常明顯，冷卻效果可完全（quán）達到設計要（yào）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，並且煙氣經過冷卻器（qì）後，部分粉塵得到了預沉降，又（yòu）因未采用噴霧（wù）降溫，煙（yān）氣含水量小，清灰效果（guǒ）好，加之（zhī）使用了諾麥克斯濾料，濾袋壽命長達5~6年，工況阻力基本在1000Pa以下（xià），運行第6年阻力仍能保證在1200Pa以下。
2.2 噴霧（wù）降溫
這種降溫方式通過特（tè）殊霧化設備將水霧化，由於水的比熱較大，霧狀顆粒擴散蒸發就會吸收周圍（wéi）環（huán）境的（de）熱量，從而使周圍環境（jìng）溫度降（jiàng）低。
現（xiàn）在水泥廠窯頭篦冷（lěng）機常用的噴霧降溫係統分為雙流體噴霧係統（tǒng）和（hé）單流體噴霧係統（其（qí）中包含高壓回流式和高壓直噴式）。雙流體噴霧（wù）係（xì）統（見圖2）構（gòu）成主要有（yǒu）：1）水路（lù）係統，包括水箱、水泵（bèng）、液體過濾器（qì）和流（liú）量控製裝置等；2）氣路係統，由氣體壓力調節閥、電磁控製閥和壓力檢測組件等組成；3）控製係（xì）統，由溫度檢測裝置、控製櫃、變頻器、水路和氣路壓力變送器及壓力開關等組成；4）噴槍。
圖2 雙流（liú）體噴（pēn）霧係統示意
雙（shuāng）流體噴霧係統與單流體噴霧係統在（zài）產品結構上的（de）主（zhǔ）要區別表現在前者比後者增加了氣路係統，並相應增加氣路的控製元件。包括由（yóu）自動控製回路、安全模式回路和噴槍吹（chuī）掃回路等組成的供氣係統，由控製器控製實現回路的自動切換。在係統停（tíng）用時，可以通過低壓吹掃（sǎo）保持噴槍內的微正壓，保證含塵煙氣不會（huì）進入噴（pēn）槍，有效地防止噴槍的堵塞。
由於結構不同造成兩者在經濟技術指標上也（yě）有（yǒu）著本質的區別。雙流體水泵出口壓力小，噴槍水氣壓低，相應係統管路元件承受壓力低，流量調節采用噴槍分組及（jí）水泵變頻調節（jiē）噴水量，霧化（huà）粒徑小，霧化效果好，蒸發時間少，使篦冷機內（nèi）不易結垢，處理同樣的煙氣量需要的噴槍數量少，尤其在噴水（shuǐ）量由（yóu）大變小的過程中相對單流體高壓直噴式優勢明（míng）顯。雙流體噴嘴是核心部件，噴嘴孔徑大，不易堵塞，可直接（jiē）使用河水、廢水和循環水（shuǐ）不（bú）需過濾處理（lǐ）。同時（shí）由於噴嘴孔徑大、工作壓力低，使（shǐ）噴嘴（zuǐ）磨損速（sù）度慢，使用（yòng）壽命長。
噴霧裝置可與餘熱發電（diàn）係統配合使用，首先根據餘熱發（fā）電停用時係統需處理的煙氣量、工況煙氣高溫度和進（jìn）除塵器高溫度確定噴霧裝置規格。然後根據現場具體情況，工藝管道走向，選（xuǎn）擇噴霧裝置安裝位置。目前使用的（de）噴霧裝置，大多布（bù）置在篦冷機頂部或篦冷機（jī）煙氣出風管道內，也有兩（liǎng）處同時布（bù）置的，正常情況下篦冷機（jī）內（nèi）噴霧裝置工（gōng）作，當遇到突發意外情況時，管道內噴霧裝（zhuāng）置也可達到噴霧降（jiàng）溫功能。篦（bì）冷機安裝噴槍時要充分考慮其內部溫度（dù）高、粉（fěn）塵磨蝕性大和（hé）內部氣體流場等情況，以此來確定噴（pēn）槍的材（cái）質和安裝的位（wèi）置。避免因煙氣溫度過高，使噴槍過（guò）熱報廢，同時也要避免由於內部過大氣流帶（dài）動粉塵衝刷磨蝕噴槍。當餘熱發電長期穩定運行期間，可采用（yòng）伸縮式噴槍（qiāng），或縮短噴槍插入深度，並增（zēng）加耐磨防護（hù）套，或直接把噴槍抽出（chū）以避免噴槍不必要的損壞。當噴霧係統布置在管道內部（bù）時，要盡量遠離除塵設備進口位置，同（tóng）時保證在直管段部（bù）位，順氣（qì）流噴（pēn）射，要避免噴出的水霧打在管道壁上，影響降溫效果。當餘熱發電設備有計劃的停運時，可先行檢查噴霧（wù）降溫係統設備完好情況，並保證設備的正常巡檢不遺漏。
實例：我公司在某企業窯頭除塵器電改袋項目中提供了噴霧降（jiàng）溫裝置，其設（shè）計參數見表2。
表2 噴霧降溫裝置設計參數
全套噴（pēn）霧設備（bèi）經過現場安裝調試完（wán）畢後，窯點火運（yùn）行成功（gōng），並同步運行配套（tào）餘熱發電係統，緩慢關閉通往餘熱鍋爐的煙氣管道，打開噴霧係統自動控製程序，並打開（kāi）篦冷機末端取風口管（guǎn）道閥（fá）門，使煙（yān）氣緩慢進入改造後的袋除塵器（qì）內部，檢測到煙氣初始溫度276~302℃，通過控製噴霧（wù）水（shuǐ）泵電動機運（yùn）行頻率由10Hz調到30Hz，袋除塵（chén）器的煙氣進口溫度（dù）在（zài）150~180℃之間（jiān）。根據起始調節情況溫降（jiàng）時間（jiān）大約在1~3min，因此完全滿足袋除塵器使用的工況要求，並且水泵的工作能（néng）力還未充分發揮。
2.3 強製（zhì）風冷冷卻器與噴霧降溫裝置的比較
表3分別從設備性能、投資等方麵對兩種降溫裝（zhuāng）置進行比較。
表3 強製風冷冷卻器與噴霧降溫的（de）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（háng）的基礎上，增加係（xì）統安全性，避免出現係統風量和溫度過高損毀（huǐ）袋除塵器的濾袋和除塵器本體。常（cháng）用的（de）方式有：1）在係統風管上（shàng）增加冷風（fēng）閥（fá）和溫度控製器；2）增加旁路煙道，當係統遇到超高溫時，直接（jiē）由旁路煙道排出，避免進（jìn）入袋除塵器濾袋區燒毀濾袋。
關（guān）於增加冷風閥和溫度控製器。對（duì）它（tā）的效（xiào）果有待考證，當係統運行（háng）正（zhèng）常（cháng）的情況下，無論是強製風冷冷卻器，還是噴霧降溫措施均能（néng）很容易達到煙氣的降溫要求，但當窯係統不穩定時，尤其發生塌料的時（shí）候，在篦冷機與除塵器設備之間的管道（dào）內形成正（zhèng）壓區，冷風閥打開時係統外的（de）空氣不會進入係統內部，達（dá）不到（dào）降（jiàng）溫效果。同時由於（yú）事故出現前，係統基本沒有任何征兆，很難保證長期不運行的冷風閥在很短時間內打開。根（gēn）據實際應用（yòng）情況，國內水（shuǐ）泥行業窯頭收塵技術很少單獨采用摻（chān）冷風冷卻高溫氣體的措施，因摻冷風後會增大廢氣的處理量，摻入的（de）氣體受環境溫（wēn）度影響較大，同時必須增（zēng）大除塵設備規格，增大投資；如果在係統中運用，可以在有其他降溫措施的情況下，作為一種輔助措施，增加係統的可靠性。
關於增加旁路煙道。旁路煙道的設（shè）置，在（zài）國內電力行業應用較為普遍，但隨著社會（huì）公眾對環境保護的重視和技術的發展，電力行業的（de）旁路煙道係統已經（jīng）實施了拆除或鉛（qiān）封製（zhì）度。水泥行業借鑒電力行業設置旁路煙道係統，是在餘熱（rè）發電異常情況停運、煙（yān）氣溫度超出濾袋耐溫範圍時（shí）使用，從目前情況不建議采用（yòng）旁路煙（yān）道，因增加旁路煙道既增加了設備（bèi）投資（zī），又增加旁路煙道漏灰的可能性，使排放超標，且隨著環保（bǎo）要求的嚴格，水泥行業旁路偷排現象必定會受到法律和法規的約束。
2.5 需要說明（míng）的問題
無論采（cǎi）用何種降溫（wēn）措施，其中熱電阻的選用是重要一（yī）環，因任何降溫係統運行都是（shì）以熱電阻的檢測溫度（dù）信號為參數進行調節（jiē）的（de）。熱電阻要選用熱響應時間短的；接線方式要選用能消除引線電（diàn）阻對測量結果影響的三線製，尤其在溫度測量點距（jù）控（kòng）製箱較遠的情況下；熱（rè）電阻的安裝要合理，測點位（wèi）置要保證熱電阻的測量端與（yǔ）被測量介質之間（jiān）有充分的熱交換，避免（miǎn）在閥門、彎頭、管道（dào）和設備的死角處安裝熱電阻；熱電（diàn）阻的（de）選用長（zhǎng）度（dù）要適當，通常情況下要插入管道中心線處，根據我們的實際使用（yòng）經驗，如果插入深度不合適，可能會與被測溫度相差20℃以上。因此對於窯頭除塵器電改袋降溫係統來（lái）說，熱電阻的選（xuǎn）擇應用是好（hǎo）重（chóng）要的一環，必須引起足夠的重視。
3 結束語
綜上所述，對於窯（yáo）頭（tóu）廢氣降溫方案綜合比較：大型（xíng）強（qiáng）製風冷冷卻器有（yǒu）著冷卻效果好、適應性（xìng）強、可靠性高、整機振（zhèn）動小和變（biàn）頻控製節能效果明顯等優勢，它的缺點（diǎn）是，投資大（dà）且對場地有一定的要求；噴（pēn）霧降溫裝置投資少，對場地（dì）要求不高，尤其適宜原水泥生產線（xiàn）配有餘熱發（fā）電係統和應（yīng）用強製風冷冷卻器空（kōng）間布置（zhì）受限的情況（kuàng）。根據我公司現有窯頭（tóu）除塵器電改（gǎi）袋的運行情況，在設備調試和（hé）試運行階段，噴霧降（jiàng）溫係統能夠達到設計的降溫要求，但篦冷機出現極端（duān）工況時，缺少實際運（yùn）行情況數據，所（suǒ）以（yǐ）它的可（kě）靠性（xìng）和強製風冷冷卻器相比要差一點。因此，噴霧降溫係統常需（xū）要和（hé）其他輔助措施同時應用。
