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窯頭窯尾煙氣用風冷冷卻器技術及應用

2010-04-26 00:00  留言

　　一．槪述
　　干法水泥窯尾的廢氣，不僅風量大，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溫度，正常時為200℃左右，不正常時可達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℃，實際控制在200℃。因此，煙氣在入袋除塵器前必須采取適當?shù)慕禍卮胧６壳安捎玫姆椒ㄓ腥N：

　　1.吸風冷卻
　　在尾系統(tǒng)的負壓管道上裝設一個帶有調節(jié)閥門的支管，一端與大氣相通，靠系統(tǒng)本身的負壓將冷空氣經支管流入與高溫煙氣混合而以達到降溫目的。這種設施結構簡單，調節(jié)方便。但是由于吸入冷風煙氣量增加，使袋除塵器和尾風機負荷增大，另外由于系統(tǒng)負不穩(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，就采用了摻冷風來進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，達到處理風量160萬m³/h。

　　2.噴霧降溫
　　在窯尾系統(tǒng)中，袋除塵器前設置一個噴霧降溫塔，也有在入口管道中設置一套噴霧系統(tǒng)。在塔和管道中霧狀噴水與高溫煙氣直接接觸，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，管理復雜，且不易用在窯頭降溫。

　　3.排管表面風冷冷卻器
　　同樣，在窯頭和窯尾系統(tǒng)中，袋除塵器前設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，靠自然冷風或強制冷風來降低煙氣的溫度。采用排管風冷技術后，顯示出了它的優(yōu)點，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構復雜，尚可采用。當在700T/D或規(guī)模更大的窯上采用風冷技術時，因采用強制風冷冷卻器，其熱交換系數(shù)可提高到12左右，設計溫度降可達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．風冷冷卻器結構
　　煙氣排管風冷卻器（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)的降溫設備，分自然冷卻和強制冷卻二種。
　　1．自然風冷煙氣排管冷缺器
　　結構示意圖（1），干法窯窯尾框架的高端，是1#旋風筒的出口，離地面40-60M，有的甚至更高，而窯尾風機則裝在地面，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。另設有一個冷風閥，當溫度過高時開啟冷風閥，使冷空氣摻入煙氣，輔助降溫。煙氣從排管內自上向下通過，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)可以由下式計算：
　　K= 1/A， A=1/a1+1/k/б+1/a2
　　式中：a1------管內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---管壁材料導熱系數(shù)與厚度，包括薄層粉塵。只要管壁積灰很少，這一項比例很小可以忽略。
　　a1 和 a2 與氣體成份等許多參數(shù)有關，但主要因素是氣體流速，流速愈高則給熱系數(shù)愈高，管內流速比管外自然對流的流速高很多，管內的給熱系數(shù)也比管外高，因此自然風冷的熱阻在管外。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。為達此目的，可以采用強制雙冷技術。

　　有了K系數(shù)，則散熱面積計算如下；
　　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.強制風冷
　　用風機將冷空器氣以較高速度從排管外流過是強制風冷技術的特點。高溫煙氣從頂部進入冷卻排管內部，從底部排出。冷風在管外流過。流向可以是從一側流向另一側，即錯流式，也可以由下向上，即逆流式。錯流式的結構示意見圖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，濃度大，容易堵塞風管，因此排管直徑不能太小，我們采用Ø200- Ø300，通過計算發(fā)現(xiàn)，當管徑小于己于Ø120時，錯流式冷卻器的冷風量必須很大，此時需選到合適的風機，只有采用逆流型，即冷空氣由下方流向上方，冷風的參數(shù)才比較合適。要頭篦冷機余風的降

　　有時雖然采用了較高的冷風速度，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)可達到13-14W/M2K。

　　3.應用實例
　?。?）.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，處理風量：160000m³/h，過濾面積；5500m²。
　　冷卻器設備；逆流向上，且?guī)С崞?BR>　　設備自重：48T
　　煙氣流量： 70000 Nm³/h
　　煙氣進口溫度： 360-380℃
　　煙氣出口溫度： 200-220℃
　　冷風動力： 45-50 kw
　　并裝有遠動電動冷風閥，當進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)點是穩(wěn)定、可靠、管理簡單。

　　當窯尾1#筒煙氣溫度下降時，可以不用管它，當溫度升高時，在一般情況下也可不用管它，達到450℃時，出冷卻器風溫大約為260℃，而這種情況只有在窯尾喂料不正常時才會出現(xiàn)，短時間內中控室就會調整，并還可打開冷風閥，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臺風機，動力；88kw，設備重量：95噸；
    煙氣流量： 150000Nm³/h；
     煙氣進口溫度： 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/日窯頭篦冷機余風除塵系統(tǒng)，采用CDMC低壓長袋脈沖袋除塵器。
　　多管冷卻器型式；錯流，細管，且防磨
　　技術性能要求：處理風量為752000m³/h，
　　煙氣進口溫度： 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臺軸流風機，每臺冷風量：330000M3/H，37KW，總動力444KW
　　采用PLC控制能實現(xiàn)自動聯(lián)鎖控制并能控制冷風開關，變頻器根據(jù)溫度自動調節(jié)風機轉速功能。
　　設備總重量；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。