窑头除尘器电改袋后烟气降温方式的探讨

由于袋除尘器具备低排放、无事故排放和不受粉尘比电阻影响的性能，使得许多水泥厂在对原电除尘器进行改造时采用电改袋的方式（包括改为电袋复合）。本文就其中窑头电除尘器改造为袋除尘器后的烟气降温方式进行探讨。

1　窑头篦冷机烟气特性

1）风量变化大。篦冷机的风量随进入篦冷机熟料量多少变化，尤其出现窑内结圈和堆积等恶劣工况时，一旦窑圈崩塌使窑内黄心料在极短的时间内进入篦冷机，将导致风量迅速增加。

2）温度和含尘浓度变化大。正常情况下，出篦冷机末端余风温度在200~260℃，标态下含尘浓度约为20g/m3，随着篦冷机内熟料量的增加，余风温度相应升高，一旦出现“跑黄心料”的情况，温度很快达到450℃以上，标态下含尘浓度也在50g/m3以上。

3）粉尘颗粒较粗、密度大且磨蚀性强以及干燥比电阻高。生产线增加余热发电设备以后，烟气温度降低到100℃左右，且粉尘湿度小、比电阻太高，电除尘器易形成反电晕现象，即从收尘极向电晕空间释放大量的正电荷，这种倒流的电荷与负电荷快速中和，随气流逸出电除尘器，破坏正常的收尘作用，不但降低除尘效率，而且还白白消耗大量的电晕功率。

以上特性不论是在除尘工艺设计和设备选型还是在后期除尘设备改造时都必须充分考虑。尤其是烟气温度，就目前的技术水平，电除尘器和袋除尘器均无法对此类烟气直接进行净化处理。同时，根据近几年窑头电除尘器改造成袋除尘器项目来看，无论采用玻纤覆膜滤料，还是采用复合毡类滤料，耐温均不超过260℃。因此，需要增加降温设备或提供降温途径。

2　降温措施

2.1　强制风冷冷却器

这种冷却器是由一定数量的传热钢管排列组合而成，所以也称多管冷却器。高温气体在管束内通过，同时在管束外壁用轴流风机强制通风进行冷却，由于钢管壁的热传导作用，使高温气体的温度降低而冷风的温度升高。在图1中处于篦冷机余风与除尘器进口之间的位置，与余热锅炉是并联关系。

图1　窑头工艺流程示意

由于环境空气的温度和湿度是变化的，需要处理烟气的气体量和温度也是变化的，而一定规格的冷却器其散热面积是固定的，为使冷却器适应这种变化，确保高温烟气被冷却至一个允许的范围内，在距冷却器进、出气口适当的距离上（由现场工艺决定，越远越好）分别安装进口和出口测温装置。每个测温装置有几个测温元件组成以防误差和个别损坏，测温元件必须反应灵敏，检测温度真实可靠，保证测试数据与实际工况一致。在冷却器上安装了相当数量的轴流风机，以便在情况发生变化时启动这些风机进行强制通风，增加冷却效果。同时根据现场测温装置提供4~20mA的模拟信号控制轴流风机的启停数量，也可采用变频调速装置进行控制，保证了冷却器出口温度的稳定可靠。

实例：我公司在某企业窑头除尘器电改袋项目中提供了强制风冷冷却器，其设计参数见表1。

该冷却设备经过现场安装调试完毕后，窑点火成功，并同步运行与窑头袋除尘器配套的冷却器，系统正常运行后，测篦冷机末端取风口管道处（即冷却器进口测温点）温度为260~280℃，袋除尘器进口（即冷却器出口测温点）温度为90~110℃，根据起始调节情况温降时间大约在5～10min。完全满足袋除尘器使用的工况要求，并且还有约三分之一的风机未运行，如出现异常工况可启动所有风机保证袋除尘器进口温度控制在滤料可承受的温度210℃以下。

表1　强制风冷冷却器设计参数

强制风冷冷却器的稳定性和管理简单等优点非常明显，冷却效果可完全达到设计要求。在改造项目中，因使用该冷却器，降低了工况温度，减少了袋除尘器工况下处理的烟气量，并且烟气经过冷却器后，部分粉尘得到了预沉降，又因未采用喷雾降温，烟气含水量小，清灰效果好，加之使用了诺麦克斯滤料，滤袋寿命长达5~6年，工况阻力基本在1000Pa以下，运行第6年阻力仍能保证在1200Pa以下。

2.2　喷雾降温

这种降温方式通过特殊雾化设备将水雾化，由于水的比热较大，雾状颗粒扩散蒸发就会吸收周围环境的热量，从而使周围环境温度降低。

现在水泥厂窑头篦冷机常用的喷雾降温系统分为双流体喷雾系统和单流体喷雾系统（其中包含高压回流式和高压直喷式）。双流体喷雾系统（见图2）构成主要有：1）水路系统，包括水箱、水泵、液体过滤器和流量控制装置等；2）气路系统，由气体压力调节阀、电磁控制阀和压力检测组件等组成；3）控制系统，由温度检测装置、控制柜、变频器、水路和气路压力变送器及压力开关等组成；4）喷枪。

图2　双流体喷雾系统示意

双流体喷雾系统与单流体喷雾系统在产品结构上的主要区别表现在前者比后者增加了气路系统，并相应增加气路的控制元件。包括由自动控制回路、安全模式回路和喷枪吹扫回路等组成的供气系统，由控制器控制实现回路的自动切换。在系统停用时，可以通过低压吹扫保持喷枪内的微正压，保证含尘烟气不会进入喷枪，有效地防止喷枪的堵塞。

由于结构不同造成两者在经济技术指标上也有着本质的区别。双流体水泵出口压力小，喷枪水气压低，相应系统管路元件承受压力低，流量调节采用喷枪分组及水泵变频调节喷水量，雾化粒径小，雾化效果好，蒸发时间少，使篦冷机内不易结垢，处理同样的烟气量需要的喷枪数量少，尤其在喷水量由大变小的过程中相对单流体高压直喷式优势明显。双流体喷嘴是核心部件，喷嘴孔径大，不易堵塞，可直接使用河水、废水和循环水不需过滤处理。同时由于喷嘴孔径大、工作压力低，使喷嘴磨损速度慢，使用寿命长。

喷雾装置可与余热发电系统配合使用，首先根据余热发电停用时系统需处理的烟气量、工况烟气高温度和进除尘器高温度确定喷雾装置规格。然后根据现场具体情况，工艺管道走向，选择喷雾装置安装位置。目前使用的喷雾装置，大多布置在篦冷机顶部或篦冷机烟气出风管道内，也有两处同时布置的，正常情况下篦冷机内喷雾装置工作，当遇到突发意外情况时，管道内喷雾装置也可达到喷雾降温功能。篦冷机安装喷枪时要充分考虑其内部温度高、粉尘磨蚀性大和内部气体流场等情况，以此来确定喷枪的材质和安装的位置。避免因烟气温度过高，使喷枪过热报废，同时也要避免由于内部过大气流带动粉尘冲刷磨蚀喷枪。当余热发电长期稳定运行期间，可采用伸缩式喷枪，或缩短喷枪插入深度，并增加耐磨防护套，或直接把喷枪抽出以避免喷枪不必要的损坏。当喷雾系统布置在管道内部时，要尽量远离除尘设备进口位置，同时保证在直管段部位，顺气流喷射，要避免喷出的水雾打在管道壁上，影响降温效果。当余热发电设备有计划的停运时，可先行检查喷雾降温系统设备完好情况，并保证设备的正常巡检不遗漏。

实例：我公司在某企业窑头除尘器电改袋项目中提供了喷雾降温装置，其设计参数见表2。

表2　喷雾降温装置设计参数

全套喷雾设备经过现场安装调试完毕后，窑点火运行成功，并同步运行配套余热发电系统，缓慢关闭通往余热锅炉的烟气管道，打开喷雾系统自动控制程序，并打开篦冷机末端取风口管道阀门，使烟气缓慢进入改造后的袋除尘器内部，检测到烟气初始温度276~302℃，通过控制喷雾水泵电动机运行频率由10Hz调到30Hz，袋除尘器的烟气进口温度在150~180℃之间。根据起始调节情况温降时间大约在1~3min，因此完全满足袋除尘器使用的工况要求，并且水泵的工作能力还未充分发挥。

2.3　强制风冷冷却器与喷雾降温装置的比较

表3分别从设备性能、投资等方面对两种降温装置进行比较。

表3　强制风冷冷却器与喷雾降温的比较

2.4　其他降温措施

其他降温措施就是在上述降温装置正常运行的基础上，增加系统安全性，避免出现系统风量和温度过高损毁袋除尘器的滤袋和除尘器本体。常用的方式有：1）在系统风管上增加冷风阀和温度控制器；2）增加旁路烟道，当系统遇到超高温时，直接由旁路烟道排出，避免进入袋除尘器滤袋区烧毁滤袋。

关于增加冷风阀和温度控制器。对它的效果有待考证，当系统运行正常的情况下，无论是强制风冷冷却器，还是喷雾降温措施均能很容易达到烟气的降温要求，但当窑系统不稳定时，尤其发生塌料的时候，在篦冷机与除尘器设备之间的管道内形成正压区，冷风阀打开时系统外的空气不会进入系统内部，达不到降温效果。同时由于事故出现前，系统基本没有任何征兆，很难保证长期不运行的冷风阀在很短时间内打开。根据实际应用情况，国内水泥行业窑头收尘技术很少单独采用掺冷风冷却高温气体的措施，因掺冷风后会增大废气的处理量，掺入的气体受环境温度影响较大，同时必须增大除尘设备规格，增大投资；如果在系统中运用，可以在有其他降温措施的情况下，作为一种辅助措施，增加系统的可靠性。

关于增加旁路烟道。旁路烟道的设置，在国内电力行业应用较为普遍，但随着社会公众对环境保护的重视和技术的发展，电力行业的旁路烟道系统已经实施了拆除或铅封制度。水泥行业借鉴电力行业设置旁路烟道系统，是在余热发电异常情况停运、烟气温度超出滤袋耐温范围时使用，从目前情况不建议采用旁路烟道，因增加旁路烟道既增加了设备投资，又增加旁路烟道漏灰的可能性，使排放超标，且随着环保要求的严格，水泥行业旁路偷排现象必定会受到法律和法规的约束。

2.5　需要说明的问题

无论采用何种降温措施，其中热电阻的选用是重要一环，因任何降温系统运行都是以热电阻的检测温度信号为参数进行调节的。热电阻要选用热响应时间短的；接线方式要选用能消除引线电阻对测量结果影响的三线制，尤其在温度测量点距控制箱较远的情况下；热电阻的安装要合理，测点位置要保证热电阻的测量端与被测量介质之间有充分的热交换，避免在阀门、弯头、管道和设备的死角处安装热电阻；热电阻的选用长度要适当，通常情况下要插入管道中心线处，根据我们的实际使用经验，如果插入深度不合适，可能会与被测温度相差20℃以上。因此对于窑头除尘器电改袋降温系统来说，热电阻的选择应用是好重要的一环，必须引起足够的重视。

3　结束语

综上所述，对于窑头废气降温方案综合比较：大型强制风冷冷却器有着冷却效果好、适应性强、可靠性高、整机振动小和变频控制节能效果明显等优势，它的缺点是，投资大且对场地有一定的要求；喷雾降温装置投资少，对场地要求不高，尤其适宜原水泥生产线配有余热发电系统和应用强制风冷冷却器空间布置受限的情况。根据我公司现有窑头除尘器电改袋的运行情况，在设备调试和试运行阶段，喷雾降温系统能够达到设计的降温要求，但篦冷机出现极端工况时，缺少实际运行情况数据，所以它的可靠性和强制风冷冷却器相比要差一点。因此，喷雾降温系统常需要和其他辅助措施同时应用。

作者：谭长栓

作者单位：河南中材环保有限公司