由於袋除塵器具備低排放、無事故（gù）排（pái）放和不受粉塵比電（diàn）阻影響的性能，使得許多水泥廠在（zài）對原電除（chú）塵器進行改造時采用電改袋的方式（包括（kuò）改為電（diàn）袋複合（hé））。本文就其中窯頭電除塵器改造為（wéi）袋除塵器後的煙氣降溫方式進行探討。

1　窯頭篦冷機煙氣特性（xìng）

　　1）風量變化大（dà）。篦冷機的風量隨進入篦冷機熟料量多少變化，尤其出現窯內結圈和堆積等惡劣工況時，一旦窯圈崩塌使（shǐ）窯內黃心料（liào）在極短的時間內進（jìn）入篦（bì）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℃，標態下（xià）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”的情況，溫度很快達到450℃以上，標（biāo）態下（xià）含塵濃度也在50g/m3以上。

　　3）粉塵（chén）顆粒較粗、密度（dù）大且磨蝕性強以（yǐ）及幹燥比電阻高（gāo）。生產（chǎn）線增（zēng）加餘熱發電設備以後，煙氣溫度降低到（dào）100℃左右，且粉塵濕（shī）度小、比電阻太高，電除塵器易形成反電暈現象，即從（cóng）收塵極向電暈空間釋放大量的正電荷，這種倒流的電荷與負電荷快速中和，隨氣流逸出（chū）電（diàn）除（chú）塵器，破壞正常的收塵作用，不但降低除塵效率，而且還白白消耗大量的電暈功率。

　　以上特性（xìng）不論是在除塵工藝設計和設備選型還（hái）是在後（hòu）期除塵設備改造（zào）時都必須充分考慮。尤其是煙氣溫度，就目前的技術水平（píng），電除塵器和袋（dài）除塵器均（jun1）無法對此類煙（yān）氣直接進行淨化處理。同時，根據近幾年窯頭電除塵器改（gǎi）造成袋除塵（chén）器項目（mù）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（bú）超過260℃。因此，需要增加（jiā）降溫設備或提供（gòng）降溫途徑。

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（gāng）管（guǎn）排列組（zǔ）合而成，所以也（yě）稱多管冷卻器。高溫氣體在管束內（nèi）通過，同時在管束（shù）外壁用軸流風機（jī）強製通（tōng）風進行冷卻，由於鋼管壁的熱傳導作用，使高溫氣（qì）體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口之間的位置，與餘熱鍋爐是並聯關係。

圖1　窯頭工藝（yì）流程示意

　　由於環（huán）境空氣的溫度和濕度是變化的，需要處理煙（yān）氣的氣體量和溫度也是變化的，而一定（dìng）規格的冷卻器其散熱麵積（jī）是固定的，為使冷卻器適應這（zhè）種變化，確保高溫煙氣被冷卻至一（yī）個（gè）允許的範圍內，在距冷卻器進、出氣口適當的（de）距離上（由現場工藝決定，越遠越好）分別安裝進口和（hé）出口測溫裝置。每（měi）個測溫裝置有（yǒu）幾個測溫元件組成以防誤差和個別損壞，測溫元（yuán）件（jiàn）必（bì）須反應靈敏，檢測溫度真實可靠，保證測試數據與實際工（gōng）況一致。在冷卻器上安裝了（le）相當數量的軸流風機，以便在情（qíng）況發生變化（huà）時啟動這些風機進行強製通風，增加冷卻效果。同時根據現場測溫裝置提供4~20mA的模擬信號控製軸流風機的啟停數量，也可采用變頻調速裝置進行控製，保證了冷卻器出口溫度的穩定可靠。

　　實例：我公司在某企業（yè）窯頭除（chú）塵器（qì）電改袋項目中提供了強製風冷冷卻（què）器，其設計參數見（jiàn）表1。

　　該冷卻設備（bèi）經過現場安裝調試（shì）完畢後，窯（yáo）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（yùn）行後，測篦冷機末端取風（fēng）口管（guǎn）道處（即冷卻器進口（kǒu）測溫點）溫度為260~280℃，袋除塵器（qì）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5～10min。完全滿足袋除（chú）塵器使用的工況要求，並且還有約三（sān）分之一的風（fēng）機未運行，如出現異常工況可啟動所有（yǒu）風機保（bǎo）證袋除塵器進口溫度控製在（zài）濾料可承受的溫度210℃以下。

表1　強製風冷（lěng）冷卻器設計參數

強製風冷冷卻器（qì）的穩定性（xìng）和管理簡單等優點非常明顯，冷卻效果可完全達到設計要（yào）求。在改造項目中，因使用該冷卻器，降低了工況溫（wēn）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後，部分粉塵得到了預沉降，又因（yīn）未采用噴霧降溫，煙氣（qì）含水量小，清灰效果好，加（jiā）之使用了諾麥克斯濾料（liào），濾袋（dài）壽命長達5~6年，工況阻力（lì）基本在1000Pa以下（xià），運行第6年阻力仍能保證在1200Pa以下。

2.2　噴霧降溫

　　這（zhè）種降溫方式通過（guò）特殊霧化設備將水霧化，由於水的比熱（rè）較大（dà），霧狀顆粒擴散蒸發就會吸（xī）收周圍環境的熱（rè）量，從而使周圍（wéi）環境溫（wēn）度降低。

　　現在水泥（ní）廠窯頭篦冷機常用的（de）噴霧降溫係統分為雙流體噴霧係（xì）統和單流體噴（pēn）霧係統（其中包含高壓回（huí）流式和高（gāo）壓直噴式）。雙（shuāng）流體噴霧係統（見圖2）構成主要有：1）水路係統，包括水（shuǐ）箱、水泵、液體過濾器和流量控製裝（zhuāng）置等；2）氣路係統，由氣體壓力調節閥、電磁控製閥和壓力檢（jiǎn）測組件等組（zǔ）成；3）控製係統，由溫度檢測裝置、控製櫃、變頻器、水路和氣（qì）路（lù）壓力變送器及壓力開關等組成；4）噴槍。

圖2　雙流體噴霧係統示意

　　雙流體噴霧係統與單流體噴霧係統在產品結構上的主要區（qū）別表現在前者比後者（zhě）增加了氣路係統，並相應增（zēng）加氣路的控製元件。包括由自動控製回路、安全模式（shì）回路和（hé）噴槍吹掃回路等組成的供氣係統，由控製器控製（zhì）實（shí）現回路的自動切換。在係統停用（yòng）時，可以通（tōng）過低壓吹掃保持（chí）噴槍內的微正壓，保證含塵煙氣不會進入噴槍，有效地防止噴槍的堵塞。

　　由於結構不同（tóng）造（zào）成（chéng）兩者在經（jīng）濟（jì）技術指標上也有著本質的區別。雙流體水泵出口壓力（lì）小，噴槍水氣壓（yā）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水泵變頻調節噴水量，霧化粒（lì）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（yào）的噴槍數（shù）量少，尤其在噴水量由大變小的過（guò）程（chéng）中相對單流體高壓直噴式優勢明顯。雙流體噴嘴是核心（xīn）部件，噴嘴孔徑大，不易堵塞，可直接使用河水、廢水和（hé）循環水不需過濾處理。同時由於噴嘴孔徑大、工作壓力低，使噴嘴磨損速度慢，使（shǐ）用壽命長。

　　噴霧裝置可與餘熱發電係統配合使用，首先根據餘熱發電停用時係統需處理的煙氣量、工況煙氣高溫度和進除塵器高溫度確（què）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。目前使用的噴（pēn）霧裝置，大多布置在篦冷機頂（dǐng）部或篦冷機煙氣出風管道內（nèi），也有兩處同時布置的，正常情況（kuàng）下篦冷機內（nèi）噴霧裝置工作，當（dāng）遇到突發意外情況時，管道內噴霧裝置也可達到噴霧降（jiàng）溫功（gōng）能。篦冷機安裝噴槍時要充分考慮其內部溫度（dù）高、粉塵（chén）磨蝕性大和內部氣體流場等情況，以此來確（què）定噴槍的材質和安裝的位（wèi）置。避免因煙氣溫度過高，使噴槍過熱報廢，同時也要避免由於內部過大氣流帶（dài）動粉塵衝（chōng）刷磨蝕（shí）噴槍。當餘熱發（fā）電長（zhǎng）期穩定運行期間，可采用伸縮式噴槍，或縮短噴槍（qiāng）插入深度，並增加耐磨防護套，或直接把噴槍抽出以避免（miǎn）噴槍不必（bì）要的損壞。當噴霧係統布置在管道內部時，要盡量遠離除塵設備進口位置，同時保證在直管段部（bù）位，順氣（qì）流噴射，要避免（miǎn）噴出的水霧打在管道（dào）壁上，影（yǐng）響降溫效果。當餘熱發電設備有（yǒu）計劃的停運時（shí），可先行檢（jiǎn）查噴霧降溫係統設備完好情況，並保證設（shè）備的正常巡（xún）檢不遺漏。

　　實例：我公司在某企業（yè）窯頭除塵器電改袋項目中提供（gòng）了噴霧（wù）降溫裝（zhuāng）置，其設計參數見表2。

表2　噴霧降溫裝置設計參數（shù）

全套噴霧設備經過現場（chǎng）安裝調試完畢後，窯點火運行成功，並同步運行配套餘熱發電係統，緩慢關（guān）閉通往餘熱鍋爐的煙（yān）氣管道，打開噴霧係統自動控製程序，並打開篦冷機末端取風口管道閥門，使煙氣（qì）緩慢進入改造（zào）後的袋除塵器內部，檢（jiǎn）測到煙氣初始溫度276~302℃，通過控（kòng）製噴霧（wù）水（shuǐ）泵電動機（jī）運行（háng）頻率由10Hz調到30Hz，袋除塵（chén）器的（de）煙（yān）氣進（jìn）口溫度在150~180℃之間。根據起始調節情況溫降時間大約在1~3min，因此完全滿足袋除塵器使用的工況要求，並（bìng）且水泵的工作能（néng）力還未充（chōng）分發揮（huī）。

2.3　強製風冷冷卻器與噴霧降溫（wēn）裝置的比較

　　表3分別從設（shè）備性能、投資等方麵對兩（liǎng）種降溫裝置進行比較。

表3　強製風冷冷卻器與噴霧降溫的比較

2.4　其他（tā）降溫措施

　　其他降溫措施就是在上述降溫裝置正常運行的基礎（chǔ）上，增加係統安全性，避免出現係統風量和溫度過高損毀袋除塵器的濾袋（dài）和除塵器本體。常用的方式有：1）在係統（tǒng）風（fēng）管（guǎn）上（shàng）增加冷風閥和溫度控（kòng）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，避免進（jìn）入袋（dài）除（chú）塵器濾袋區燒毀濾袋。

　　關於增加冷風閥和溫度控製器。對它的效果有待考證，當係統運行正（zhèng）常的情況下，無論是強製風冷冷卻器，還是噴霧（wù）降（jiàng）溫措施均（jun1）能很容（róng）易達到煙氣的降溫要求，但當窯（yáo）係統不穩定時，尤其（qí）發生塌料的時候，在（zài）篦冷機與除塵器設備之間的管道（dào）內（nèi）形成正壓區，冷風閥打開（kāi）時係統外的空氣不會進入係統內部，達不到降溫效果。同時由於事故出現前，係統基本沒有（yǒu）任何征兆，很難保證（zhèng）長期不運行的冷風閥在很短時間內（nèi）打開。根據實際應用情況，國內（nèi）水泥行業窯頭（tóu）收塵技術很少單獨采用摻冷風冷（lěng）卻高溫氣體的措施，因摻冷風（fēng）後會增（zēng）大廢氣的處理量，摻入的氣體受環境溫度影響較大，同時必須增大除塵設備規格，增大（dà）投資；如果在（zài）係統中運用，可以在（zài）有其他（tā）降溫措施的情況下（xià），作為一種輔助措施，增加（jiā）係統的可靠性。

　　關於增加旁路（lù）煙道。旁路（lù）煙道的設置（zhì），在國內電力行業應用較為普遍，但隨著社會公眾對環境保護的（de）重視（shì）和技術的發展，電力行業的旁路煙道係統已（yǐ）經實施了拆除或鉛封製度。水泥行業（yè）借鑒電力行業設置旁路煙（yān）道係統，是在餘熱發電異常情況停運、煙氣溫度（dù）超出濾袋耐溫範圍時使用，從目前情況（kuàng）不建議采用旁路煙道，因增加旁路煙道既增加了設備投資，又增加（jiā）旁路煙道漏灰的（de）可能性，使排放超標（biāo），且隨著環（huán）保要求的嚴格，水泥行業（yè）旁路偷排現象必定會受（shòu）到法（fǎ）律和法規的約（yuē）束。

2.5　需要說明的問題

　　無論采用何種（zhǒng）降溫措施，其中熱電阻的選用是重要一環，因（yīn）任何降溫係統運行都是以熱電阻的檢測溫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；接線方式要選用能消除引線電阻對測（cè）量（liàng）結果影響的三線製，尤（yóu）其在溫度測量點距控（kòng）製箱較遠的情況下（xià）；熱電阻的安（ān）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（jiān）有充分的熱交換（huàn），避（bì）免在閥門、彎（wān）頭、管道和設備的死角處安裝熱電阻；熱電阻的選用長度要適當，通常（cháng）情況下要插（chā）入管道（dào）中心線處，根據我們的實際使用經（jīng）驗，如果插入（rù）深度不合適（shì），可能（néng）會與（yǔ）被測溫度相差20℃以上。因此（cǐ）對於窯（yáo）頭除塵器電（diàn）改袋（dài）降（jiàng）溫係統來說，熱電阻（zǔ）的選擇應用是好重要的一環，必須（xū）引起足夠的重視。

3　結束語

　　綜上所述，對於窯頭廢氣降溫方案綜合比較：大型強製風冷冷卻器有（yǒu）著冷卻效果好（hǎo）、適應性（xìng）強、可靠性高、整機振（zhèn）動小和變頻控製節能效果明顯等優勢，它的缺點是，投資（zī）大且對場地有一定的要求；噴霧降溫裝置投資少，對場（chǎng）地要求不高，尤其適宜原水泥生產線配有餘熱發電係統和應用強製風冷冷卻器空間布（bù）置受限的（de）情況。根據我公司現有窯頭除塵器電改袋的運行情況，在設備調試和試運行階段，噴霧降溫係統能夠達到設計的降溫要求，但篦冷機出現（xiàn）極端工況時，缺少實際（jì）運行情（qíng）況數據，所以它的可靠性和強製（zhì）風冷冷卻器相比要差一點（diǎn）。因此，噴（pēn）霧降溫係統常需要和其他輔助措施同時應（yīng）用。

作者：譚長栓

作者單位（wèi）：河南中材環保有限公司