窯頭窯尾煙氣用風(fēng)冷冷卻器技術(shù)及應(yīng)用
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℃，℃即是最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(shí)為200℃左右，不正常時(shí)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(zhǎng)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(gè)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(jiǎn)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(shí)，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(tái)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(gè)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(gè)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。第一臺(tái)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(duì)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(duì)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(shí)，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(jiǎn)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。最早的排管采用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(gè)冷風(fēng)閥，當(dāng)溫度過高時(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)的放熱量；
（T1-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(cuò)流式，也可以由下向上，即逆流式。錯(cuò)流式的結(jié)構(gòu)示意見圖2（略）。由于冷空氣流動(dòng)方向垂直于排管，連續(xù)地繞管外壁流動(dòng)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(shí)，錯(cuò)流式冷卻器的冷風(fēng)量必須很大，此時(shí)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(shí)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?cè)谕獗砻婕由蠋讉€(gè)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
?。?）.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> 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(dòng)力： 45-50 kw
并裝有遠(yuǎn)動(dòng)電動(dòng)冷風(fēng)閥，當(dāng)進(jìn)入袋除塵器煙氣溫度過高時(shí)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(jiǎn)單。
當(dāng)窯尾1#筒煙氣溫度下降時(shí)，可以不用管它，當(dāng)溫度升高時(shí)，在一般情況下也可不用管它，達(dá)到450℃時(shí)，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(shí)才會(huì)出現(xiàn)，短時(shí)間內(nèi)中控室就會(huì)調(diào)整，并還可打開冷風(fēng)閥，放入一些冷空氣來降低溫度。
（2）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> 管子規(guī)格：Ø 200×24500 144根；
散熱面積：3108m2；
采用8臺(tái)風(fēng)機(jī)，動(dòng)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
（3）.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(zhǎng)袋脈沖袋除塵器。
多管冷卻器型式；錯(cuò)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(tái)軸流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)冷風(fēng)量：330000M3/H，37KW，總動(dòng)力444KW
采用PLC控制能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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。
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