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的性能，使得許多水泥（ní）廠在對原電除塵器進行改造時采用（yòng）電改袋的方式（包括改為電袋複合）。本文就其中窯頭電除塵器（qì）改造為袋除（chú）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（fēng）量隨進入（rù）篦冷機（jī）熟料量多少變化，尤（yóu）其出現窯內結圈和堆（duī）積等惡劣工況時，一旦窯圈崩塌使窯內黃心料在極短的時間內（nèi）進入篦冷機，將導致風量迅速增加。

　　2）溫度和含塵濃度變化大。正常情況下，出篦冷機末端餘風溫度在200~260℃，標（biāo）態下含塵濃度約為20g/m3，隨著篦（bì）冷機內熟料量的增（zēng）加（jiā），餘風溫度（dù）相應升高，一旦出現“跑黃心料”的情況，溫（wēn）度很快達到450℃以上，標態下含塵濃度（dù）也在50g/m3以上。

　　3）粉塵顆粒（lì）較粗、密度大且磨（mó）蝕性（xìng）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（wēn）度降低到（dào）100℃左右，且粉塵濕度（dù）小、比電阻（zǔ）太高（gāo），電除塵器易（yì）形成反電暈現象，即（jí）從收塵極向電暈空間釋放大量的正電荷，這種（zhǒng）倒流（liú）的電荷與負電荷快速（sù）中和，隨（suí）氣流逸出電除塵器，破壞正常的收塵（chén）作（zuò）用（yòng），不但降低除（chú）塵效率，而且還白白消耗大量（liàng）的電暈功率。

　　以上特性不論是在除塵工藝設計和設備選（xuǎn）型還是在後期除塵設備改造時都必須充分考慮。尤其是煙氣溫度（dù），就目前的技術水平，電除塵器和袋除塵（chén）器均無法對（duì）此類煙氣直接進行淨化處（chù）理。同時，根據近幾年窯頭（tóu）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，還是采用複合氈類濾料，耐溫均不超過260℃。因此（cǐ），需要增加降溫設備或提供降溫途徑。

2　降溫措（cuò）施

2.1　強製風冷冷卻器（qì）

　　這種冷卻器是由一定（dìng）數量的傳熱鋼管排列組合而成，所以也（yě）稱多管冷卻器。高溫氣體在管束內通過，同時在管束（shù）外壁用軸流風機強製通風進行冷卻，由於鋼管壁的熱（rè）傳導作用，使高（gāo）溫氣體（tǐ）的溫度降低而冷風的溫度升高。在圖1中處於篦冷機餘風與除塵器進（jìn）口之間的位置，與餘熱鍋爐是並聯關係。

圖（tú）1　窯頭（tóu）工藝（yì）流程示意

　　由於環境空氣的溫度和濕度（dù）是變化的（de），需要處理煙氣的氣體量和溫度也是變化的，而一定規格的冷卻器其散熱麵積是固定的，為使冷卻器適應這種變化，確保高溫煙氣被冷卻至一個（gè）允許的範圍內，在距冷卻器進、出氣口適當的距離上（由現場工藝決定，越遠越好）分（fèn）別安裝（zhuāng）進口（kǒu）和出口測溫裝置。每個測（cè）溫裝置有幾個測溫元件組成以防誤差和個別損壞，測溫元件必須反應靈敏，檢測溫度真實可靠，保（bǎo）證測試數據與（yǔ）實際工況一致。在冷（lěng）卻（què）器上安（ān）裝了相當數量的軸流風機，以便在情況發生（shēng）變化時啟動這些風（fēng）機進（jìn）行強製通風，增加冷卻（què）效果。同時根據現場測溫（wēn）裝（zhuāng）置提供4~20mA的模擬信號控製軸流風機的啟停（tíng）數量，也可采用變頻調速裝置進行控（kòng）製，保證（zhèng）了冷卻器出口（kǒu）溫（wēn）度的穩定可靠。

　　實例：我公司在某企業窯頭除塵器電改袋項（xiàng）目中提供了強製風冷冷卻器，其設計參（cān）數見表（biǎo）1。

　　該冷（lěng）卻設備經過現場安裝調試完畢後，窯點火成功，並同步運行與窯頭袋除塵器配套的冷卻器，係統正常運行後，測篦冷機末端取風口管道處（即冷卻器進口測溫點）溫（wēn）度為260~280℃，袋（dài）除塵器進口（即（jí）冷卻器出（chū）口測溫點）溫度為90~110℃，根據（jù）起始調節（jiē）情況溫降時間大約在5～10min。完全滿足袋除塵器使用的工（gōng）況要求，並且還有約三（sān）分之一（yī）的風機未運行，如出現（xiàn）異常工況可啟（qǐ）動所有風機保證袋除塵器進口溫度（dù）控製在（zài）濾料可承受的溫度（dù）210℃以下。

表1　強製風冷冷卻器設（shè）計參數

強製風冷冷（lěng）卻器的穩定性和管理簡單等優點非常明顯，冷卻效果可（kě）完全達到設計要求（qiú）。在改造項目中，因使用（yòng）該冷卻器，降低了工況溫度，減少了袋除（chú）塵（chén）器工（gōng）況下處理的煙氣量，並且煙氣經過冷卻器後，部分粉（fěn）塵得（dé）到了預沉降，又因未采用噴霧降溫，煙氣含水量小，清灰效果好，加（jiā）之使用了諾麥克斯濾料，濾袋壽（shòu）命長達5~6年，工況阻力基本在1000Pa以下，運行第6年（nián）阻力仍（réng）能（néng）保（bǎo）證在1200Pa以（yǐ）下。

2.2　噴霧（wù）降溫

　　這種降溫方（fāng）式通（tōng）過特殊霧化設備將（jiāng）水霧化，由於水的比熱較（jiào）大，霧狀顆粒擴散蒸發（fā）就會吸收周圍（wéi）環境的熱量，從而（ér）使周（zhōu）圍環境溫度降低。

　　現在水泥廠窯頭篦冷機常用的噴霧降溫係統分為雙流體噴霧係統和單流（liú）體噴霧係統（其中包含高壓回流式和高壓直噴式）。雙流體噴（pēn）霧係統（見圖（tú）2）構成主要有：1）水路係統，包括水（shuǐ）箱、水泵、液（yè）體過濾器和流（liú）量控製裝置等；2）氣（qì）路係統，由氣體壓力調節閥、電磁控製閥和壓力檢測組件（jiàn）等組成；3）控製係統，由溫度檢測裝置、控製櫃、變（biàn）頻（pín）器（qì）、水路和氣路壓力變送器及壓力（lì）開關等組（zǔ）成；4）噴槍。

圖2　雙（shuāng）流體噴霧係統（tǒng）示意

　　雙流體（tǐ）噴霧係統與單流體噴霧係統在產品結構上的主要（yào）區別表現在前（qián）者比後（hòu）者增加了氣路係統，並相應增加氣路的控製元件。包括（kuò）由自動控（kòng）製回路、安全模式回路和噴槍吹掃回路等組成的供氣係統，由控製器控製實現（xiàn）回路的自動切換。在係統（tǒng）停用時，可以通過低壓吹掃保持噴槍內的微正壓，保證含塵煙氣不會（huì）進入（rù）噴槍，有效地防止噴槍的堵塞。

　　由於結構不同造（zào）成兩者在經濟技術指標（biāo）上也有著本質的區別。雙流體水泵出口壓力小，噴槍水氣壓低，相（xiàng）應（yīng）係統管路元件承受壓力低，流量調（diào）節采（cǎi）用噴（pēn）槍分組及水泵變頻調節噴水量，霧化粒徑小，霧化效果好，蒸發（fā）時間少（shǎo），使篦冷機（jī）內（nèi）不易結垢，處理同樣的煙氣量需要的噴槍數量少，尤其在噴水量由大變小的過程中相對單流體高壓直噴式（shì）優勢明顯。雙流體噴嘴是核（hé）心部件（jiàn），噴嘴孔徑大，不易（yì）堵塞，可直接使（shǐ）用河水（shuǐ）、廢水（shuǐ）和循環水不（bú）需過濾（lǜ）處理。同時由於噴嘴孔徑大、工作壓力低，使噴嘴磨損速度慢，使用壽命長。

　　噴霧裝置可與餘（yú）熱發電係統配合使用（yòng），首先根據餘熱發電停用（yòng）時係統需（xū）處理的（de）煙氣量、工況煙（yān）氣（qì）高溫度和進除（chú）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，選擇噴霧裝置安裝位置。目前（qián）使用的噴（pēn）霧（wù）裝置，大多布置在篦冷機頂部或篦冷（lěng）機煙（yān）氣出（chū）風管道（dào）內，也有兩處同時（shí）布置的，正常情況下篦冷機內（nèi）噴霧裝置工作，當遇到突發意外情況時，管道內噴霧裝置也可達到噴霧降溫功能。篦冷機安裝噴槍時（shí）要充分考慮其內部溫度高、粉塵磨蝕性大和（hé）內部氣（qì）體流場（chǎng）等情況，以此來確定噴槍的材質和（hé）安裝的位置。避免因煙氣溫度過高（gāo），使噴槍過熱報廢，同時也要避免由於內（nèi）部過大氣流帶（dài）動粉塵衝刷（shuā）磨蝕噴槍。當餘熱發（fā）電長期穩定運行期間，可采用（yòng）伸縮式噴槍，或縮短噴槍插入深度，並增加耐磨防護套（tào），或直接把噴槍抽出以避免（miǎn）噴槍不必要的損壞。當（dāng）噴霧係統布置在管道（dào）內部時，要盡量遠離除塵設備進口位置，同時保證在直管段部位，順氣（qì）流噴射，要（yào）避免噴出的水霧打在管道壁上，影響降（jiàng）溫（wēn）效果。當餘熱發電設備有計劃的停（tíng）運時，可先行檢查噴霧降溫係統設備完（wán）好情況，並保證設備的正常巡檢（jiǎn）不遺漏。

　　實例：我公司在某企（qǐ）業窯頭除塵器電改袋項（xiàng）目中提供了噴霧降溫裝置，其設計參（cān）數見（jiàn）表2。

表2　噴霧降溫裝置設計參數

全套（tào）噴霧設備經過現場安裝調試完畢後，窯點（diǎn）火運行成功，並同步運行配套餘熱發電係（xì）統，緩慢（màn）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（bìng）打開篦冷機末端取風口管道閥門，使煙氣緩慢進入改造（zào）後的袋除塵器內部，檢測到煙氣初始溫度276~302℃，通過控製（zhì）噴霧水泵電動機運行頻率由（yóu）10Hz調到30Hz，袋除塵（chén）器（qì）的煙（yān）氣進口溫（wēn）度在150~180℃之（zhī）間。根據起始調節情況溫降時間大約在1~3min，因此完全（quán）滿足袋除塵器（qì）使用（yòng）的工況要求，並且水泵的工（gōng）作能力還未充分發揮。

2.3　強製風冷冷卻器與噴霧降（jiàng）溫裝置的比較

　　表3分別從設備性（xìng）能（néng）、投資等方麵對兩種降溫裝（zhuāng）置（zhì）進行比較。

表3　強（qiáng）製風冷冷（lěng）卻器與噴（pēn）霧降溫的（de）比較

2.4　其他降溫措施

　　其他（tā）降溫措施就是在上述降溫裝置正（zhèng）常（cháng）運行的基礎上，增加係統安全性，避（bì）免出現係統風量和溫度過高損毀袋除塵器的濾袋和除塵器（qì）本體。常用（yòng）的方式有：1）在係統風管上增（zēng）加冷風閥和溫度控製器；2）增加旁路煙道，當係統遇到超高溫時，直接由旁路煙道排出，避（bì）免進入袋除塵器（qì）濾袋區燒毀濾袋。

　　關於增加冷（lěng）風閥（fá）和溫度控製器。對它的效（xiào）果有（yǒu）待考證，當係統運行正常的情況下，無論是強製風冷冷卻器，還是噴霧降溫措施均能很容易達到煙（yān）氣的降溫要求，但當窯係統不（bú）穩（wěn）定時，尤其發生塌料的時候，在篦冷（lěng）機與（yǔ）除塵器設備之間的管道內形成正壓區，冷風閥打開時係統外的空氣不會進入係統內部，達不到降溫（wēn）效果。同時由於事故出現前（qián），係統基本（běn）沒有任何征兆，很難保證長期（qī）不運行的冷風（fēng）閥在很短時間內打開。根據實（shí）際應（yīng）用情況，國內水泥（ní）行業窯頭收塵（chén）技（jì）術很（hěn）少單獨采用摻冷風冷卻高溫氣體的措施，因摻冷風後會增大（dà）廢氣的處（chù）理量，摻（chān）入的氣體（tǐ）受環境溫度影響較大，同時必須增大除塵設備規格，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（zhù）措施，增加係統的可靠性。

　　關於增加旁路煙道。旁路煙道的設置，在國內電力行業應用較為普遍，但隨（suí）著社會公（gōng）眾對環境保護（hù）的（de）重視和技術的（de）發展，電（diàn）力行業的旁路（lù）煙道係統已經實施了拆除或鉛封製（zhì）度。水泥行業（yè）借鑒電力行業設置旁路（lù）煙道係統，是（shì）在餘熱發電異常情況停運、煙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旁路煙道，因增加旁路煙道（dào）既增加了設備投資，又增加旁路煙道漏灰的可能性，使排放超（chāo）標（biāo），且隨著環保要求（qiú）的嚴格，水泥行業旁路偷排（pái）現象必定會受到法律和法規的約束。

2.5　需要說明的問題

　　無論采用何種（zhǒng）降溫（wēn）措（cuò）施，其中熱電阻的選（xuǎn）用是重要一環，因任何降溫係統運行都是以熱電阻的檢測溫（wēn）度信號為參數進行調節的。熱電阻要選用熱響應時（shí）間短的；接（jiē）線方式要選（xuǎn）用能消除引線電阻對（duì）測量（liàng）結果影（yǐng）響的三線製，尤其在溫（wēn）度測量點距控製箱較遠的情況下；熱電阻的安裝要合理，測點位置要保證（zhèng）熱電阻的測量端與被測量介質之間有充分的熱交（jiāo）換，避（bì）免在閥門、彎頭、管道和（hé）設備的死（sǐ）角處安（ān）裝熱電阻；熱電阻的選用長（zhǎng）度要適當（dāng），通常情況下要插入管道中心線處，根（gēn）據我們的實際使用經驗，如果插入深度不合適，可（kě）能會與被測溫度相差20℃以上。因此對於窯頭除塵器電（diàn）改袋降溫係統來說，熱電阻的選擇應（yīng）用是（shì）好重（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）頭廢氣降溫方案（àn）綜合比較：大型強製風冷冷卻（què）器有著冷卻效果好、適應性強、可靠性高、整機振動小（xiǎo）和變頻控製（zhì）節能效果明顯等優勢，它（tā）的缺點是，投資大且對場（chǎng）地有一定的要求；噴（pēn）霧（wù）降溫裝置投資少，對場地要（yào）求不高，尤其適宜原水泥生產線配有餘熱發電（diàn）係統和應用強製（zhì）風冷冷卻器（qì）空（kōng）間布（bù）置受（shòu）限的情況。根據（jù）我公司（sī）現有窯頭除塵器電改袋的運行情（qíng）況（kuàng），在設備調試和試（shì）運行階段，噴霧降溫係統能夠達到設計的降溫要求，但篦冷（lěng）機（jī）出現極端工況時，缺少實際運行情（qíng）況數據，所以它的（de）可靠性和強製風冷冷卻器相比要差（chà）一點。因此，噴霧降溫係（xì）統（tǒng）常需要和其他輔助措（cuò）施同時應用。

作者：譚長栓

作者單位（wèi）：河南中材環保有限公司