孫 權(quán)

（中煤科工集團武漢設計研究院湖北武漢430000）

高溫除塵系統(tǒng)應用蒸發(fā)冷卻技術(shù)

孫 權(quán)

（中煤科工集團武漢設計研究院湖北武漢430000）

通過某鋼廠鐵水預處理項目，蒸發(fā)冷卻塔在除塵系統(tǒng)高溫煙氣冷卻降溫中的實際應用，與常用冷卻方法的比較，說明蒸發(fā)冷卻是高溫煙氣的有效降溫方法。

高溫煙氣；蒸發(fā)冷卻；冷卻降溫；除塵

1 前言

某鋼廠新建的一座100t轉(zhuǎn)爐，其鐵水預處理為三脫功能，在三脫及扒渣過程中產(chǎn)生大量煙氣，為滿足環(huán)保要求進行抽風除塵。由于除塵設備材料和結(jié)構(gòu)條件所限，高溫煙氣進入除塵系統(tǒng)前，必需由700℃的高溫降低至200℃。高溫煙氣冷卻降溫的方法很多，目前常用的冷卻方法有：間接水冷—水冷套管和密排水管；間接空冷—機力空氣冷卻器；直接水冷—噴淋塔。這些方法都有各自適用的場合，但都有明顯的不足，并非理想的冷卻方法。蒸發(fā)冷卻主要利用水的汽化潛熱，換熱效率高，冷卻速度快，調(diào)節(jié)范圍大，設備簡單，初投資少，運行費用低，維護簡便等優(yōu)點，是高溫煙氣冷卻降溫的一種新興技術(shù)。

2 鐵水預處理高溫煙氣蒸發(fā)冷卻應用

2.1 蒸發(fā)冷卻原理

蒸發(fā)冷卻是利用水霧蒸發(fā)吸收熱量變成過熱蒸汽，達到降低煙氣溫度的目的。在煙氣中根據(jù)需要噴入水，水充分霧化后的水滴粒徑越細越好，霧粒在冷卻裝置內(nèi)與高溫煙氣接觸吸收煙氣顯熱后全部汽化，并被煙氣再加熱成一種過熱蒸汽，不出現(xiàn)任何機械水。

2.2 鐵水預處理除塵工藝參數(shù)

2.3 蒸發(fā)冷卻塔設計要點

影響蒸發(fā)冷卻塔冷卻效果的因素很多，如噴嘴的形式、汽化時間、自動控制等，這些在設計中要特別注意。

2.3.1 噴嘴選擇與設置

噴嘴是蒸發(fā)冷卻塔的核心部件，在選擇噴嘴需要考慮以下幾個因素：霧滴直徑、噴嘴位置、噴嘴角度。霧滴直徑是保證水分全部汽化的重要條件，水滴汽化，其蒸發(fā)潛熱會使煙氣溫度急劇下降，達到短時間冷卻煙氣的目的。噴嘴的霧化方式有機械霧化和壓縮空氣霧化兩種，機械霧化適應連續(xù)的煙氣；當煙氣是間斷的，采用機械霧化則噴嘴易堵塞，因此，采用壓縮空氣霧化。

2.3.2 汽化時間

蒸發(fā)冷卻塔殼體尺寸必須具有足夠的空間和煙氣過流時間，以滿足所有水滴都在冷卻塔內(nèi)完全汽化。如果汽化不完全，必然導致水滴落入灰斗或帶入后續(xù)的設備，引起排灰困難，設備腐蝕等問題。

2.3.3 自動控制

自動控制是蒸發(fā)冷卻塔正常工作的關鍵，除塵系統(tǒng)對煙氣溫度調(diào)節(jié)精度要求并不高，因此采用噴嘴數(shù)量的控制，每個噴嘴流量恒定，這種控制模式運行穩(wěn)定可靠。根據(jù)蒸發(fā)冷卻器前后溫度信號控制水管上和壓縮空氣管上電磁閥開關，當溫度為700℃所有閥全開，當溫度每降20℃關一對電磁閥。

2.3.4 鐵水預處理蒸發(fā)冷卻塔主要性能參數(shù)如下：

2.4 運行效果

該蒸發(fā)冷卻塔自建成以來，一直正常運行，在蒸發(fā)冷卻塔進口溫度波動的情況，能自動調(diào)節(jié)噴水量，出口溫度穩(wěn)定，滿足設計要求。

3 蒸發(fā)冷卻與常用冷卻方法的比較

3.1 蒸發(fā)冷卻的特點

3.1.1 換熱效率高、耗水量少

蒸發(fā)冷卻換熱主要利用水的汽化潛熱，換熱效率高，相應水量消耗少。

3.1.2 適應性強、操作彈性大、可調(diào)節(jié)冷卻終點溫度

蒸發(fā)冷卻不僅適用于煙氣量及溫度穩(wěn)定的高溫煙氣冷卻，也適用于非穩(wěn)定狀態(tài)高溫煙氣冷卻?？扇我庹{(diào)節(jié)冷卻終點煙氣溫度。

3.1.3 安全高效、冷卻速度快、投資費用低

霧化水滴與高溫煙氣直接接觸，傳熱速率快，冷卻空間小，設備簡單，投資費用低。

3.1.4 改善煙塵特性

噴霧冷卻由于使煙氣的濕度增加，因此可以降低煙塵的比電阻，又能對細塵起到凝聚作用，使煙塵粒徑增大，離子驅(qū)進速度加快，二次揚塵減少，從而提高后續(xù)的電收塵器收塵效率。

3.1.5 運行費用低

由于冷卻介質(zhì)為一般工業(yè)水，對水質(zhì)無過高要求，若采用壓縮空氣霧化，能耗僅為機械霧化的60%，設備阻力低，一般不超過300Pa。

3.1.6 操作維護方便，自動化程度高

由于采用PLC控制冷卻后的煙氣溫度及噴水量，因此自動化程度高、安全可靠，同時由于冷卻塔無運動部件，因此操作維護簡單方便。

3.2 間接冷卻的特點

間接冷卻是指高溫煙氣與冷卻介質(zhì)不直接接觸，根據(jù)煙氣溫度的高低及工藝要求，可產(chǎn)生蒸汽、熱水、熱風等回收二次能源。但由于間接冷卻設備的總傳熱系數(shù)較低，需要的冷卻介質(zhì)（水、空氣）流量大，能耗大，運行費用高，設備比較龐大，初投資高，并且需匹配清灰機構(gòu)，結(jié)構(gòu)復雜。

3.3 直接水冷的特點

飽和冷卻與蒸發(fā)冷卻相同之處：都是直接水冷，冷卻都采用噴淋的形式。飽和冷卻是高溫煙氣通過大量噴水，使高溫煙氣在瞬間冷卻到相應的飽和溫度，在冷卻降溫的同時，也起到一定的除塵作用。飽和冷卻的主要缺點就是產(chǎn)生二次水污染。

4 結(jié)語

由于蒸發(fā)冷卻與間接冷卻、飽和冷卻等相比具有獨特的優(yōu)點，是高溫煙氣的有效降溫方法。蒸發(fā)冷卻在國外某些發(fā)達國家是一種成熟的高溫煙氣冷卻技術(shù)，但在國內(nèi)尚屬于新興技術(shù)。隨著人們對蒸發(fā)冷卻技術(shù)的逐步認識和掌握，蒸發(fā)冷卻將在除塵系統(tǒng)高溫煙氣冷卻中得到廣泛應用。