呂忠明

1 引言

隨著水泥行業(yè)粉塵排放環(huán)保指標(biāo)的提高，絕大部分水泥廠在窯頭改造過程中選擇將原有的電收塵器改造為袋收塵器。改造后的袋收塵器濾袋所承受的溫度極限一般為250℃（10min），正常運(yùn)行溫度＜200℃。在此過程中，需采取措施將篦冷機(jī)余風(fēng)溫度從350℃左右降低到200℃以下，以保證袋收塵器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

目前絕大部分大型水泥生產(chǎn)線均配套安裝有余熱發(fā)電裝置，篦冷機(jī)余風(fēng)經(jīng)余熱發(fā)電裝置后，溫度一般在100℃左右。此類安裝有余熱發(fā)電裝置的生產(chǎn)線在電改袋過程中可不配套空冷器，而采取成本較低的噴水降溫或冷風(fēng)閥門，用來處理極端情況下的短時(shí)間高溫篦冷機(jī)余風(fēng)。但在我國(guó)仍有相當(dāng)一部分2 500t/d及以下的水泥生產(chǎn)線，并未配套安裝余熱發(fā)電裝置，因此在電改袋過程中，就需要采取措施處理高溫篦冷機(jī)余風(fēng)。

多管空冷器通過管內(nèi)外熱、冷空氣強(qiáng)制對(duì)流換熱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，且不存在增加水分等不利于窯頭袋收塵器運(yùn)行的情況。應(yīng)用多管空冷器是窯頭煙氣降溫的首選措施，特別適用于未配套余熱發(fā)電裝置的熟料生產(chǎn)線。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

根據(jù)我公司在新疆某2 000t/d水泥廠窯頭電改袋中應(yīng)用的空冷器實(shí)例，介紹窯頭多管空冷器在設(shè)計(jì)中的優(yōu)化措施及實(shí)際效果，具體情況如下。

2.1 優(yōu)化氣流分布，避免局部渦流

多管空冷器結(jié)構(gòu)見圖1。在空冷器進(jìn)風(fēng)罩口設(shè)計(jì)一組或多組由多個(gè)翅片組成的可調(diào)式格柵導(dǎo)流裝置，對(duì)進(jìn)入冷卻管的含塵煙氣進(jìn)行導(dǎo)流，可阻擋粒徑較大的粉塵進(jìn)入冷卻管，還可降低局部阻力，減少大顆粒粉塵對(duì)冷卻管的磨蝕，有效保護(hù)冷卻管和后續(xù)工藝設(shè)備。

圖1 多管空冷器結(jié)構(gòu)示意

2.2 采用冷卻管防磨損設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)使用壽命

由于窯頭廢氣粉塵粒徑大、磨蝕性強(qiáng)，設(shè)計(jì)將冷卻管加長(zhǎng)，延伸進(jìn)入進(jìn)風(fēng)罩內(nèi)部，使冷卻管磨損發(fā)生在進(jìn)風(fēng)罩內(nèi)的延長(zhǎng)管部分，而不是起冷卻作用的位置。這樣即使發(fā)生磨損，也不會(huì)導(dǎo)致煙氣中的粉塵沖出冷卻管，排放至外界環(huán)境。同時(shí)，由于冷卻管主體部分不發(fā)生磨損，可有效延長(zhǎng)使用壽命。

2.3 優(yōu)化進(jìn)出風(fēng)方式，減小空冷器體積和重量

根據(jù)不同的窯頭工藝布置情況，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的進(jìn)出風(fēng)方式，可減小多管空冷器體積。該水泥廠窯頭工藝的改造，如按常規(guī)布置空冷器，需要增加φ1 800m×40m的工藝管道和配套的拉鏈機(jī)輸送系統(tǒng)，且需增加相應(yīng)的冷卻器及輸送系統(tǒng)土建工作，大大增加了投資成本，延長(zhǎng)了施工工期。如利用窯頭篦冷機(jī)平臺(tái)土建框架作為空冷器基礎(chǔ)，篦冷機(jī)風(fēng)從下部進(jìn)入空冷器，從上部出風(fēng)直接進(jìn)入窯頭收塵器，則不僅可以節(jié)省土建和拉鏈機(jī)輸送系統(tǒng)的投資，而且增加的工藝管道長(zhǎng)度也可從40m降為15m，工期也相應(yīng)縮短。但利用窯頭篦冷機(jī)平臺(tái)土建框架布置空冷器，設(shè)備體積和重量會(huì)受到限制。

（1）空間位置受限

該廠篦冷機(jī)平臺(tái)土建框架共兩層。二層用來布置窯頭噴煤系統(tǒng)，只有5.2m×3.2m平面空間可供利用，在此平面上只能布置714根φ89mm冷卻管。

（2）空冷器重量受限

利用原篦冷機(jī)平臺(tái)土建框架，空冷器整體重量受到限制，經(jīng)核算，只能新增60t重量。

該空冷器處理風(fēng)量87 640m3（標(biāo)）/h，冷卻溫度350℃～180℃，需1 700m2換熱面積。在只能布置714根φ89mm冷卻管和新增重量≯60t的情況下，冷卻管重量應(yīng)≯47t（空冷器除冷卻管外，部件重量約為13t）。按常規(guī)設(shè)計(jì)，冷卻管長(zhǎng)度為7 500mm（無縫鋼管，壁厚4mm，8.38kg/m），換熱面積1 497m2，無法滿足1 700m2換熱面積的要求。因此采用帶換熱肋片的設(shè)計(jì)，在φ89mm冷卻管（L=6 100mm，壁厚4mm）間隔130mm增加一個(gè)φ132mm的換熱圓環(huán)肋片（厚度4mm），共46個(gè)肋片。每根換熱管換熱面積為0.089×π×6.1+45×2×（0.0672-0.0452）×π=2.4m2，重 約 62kg，則總換熱面積為 2.4× 714=1 714m2，換熱管總重 62×714=44 268kg，延長(zhǎng)管部分重量0.2×8.38×714=1 200kg。換熱面積1 714m2和重量45.468t均可滿足要求。

3 實(shí)際使用效果

采用有針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)后，我公司利用原篦冷機(jī)平臺(tái)土建框架作為空冷器基礎(chǔ)，優(yōu)化了進(jìn)出風(fēng)方式，縮短了工藝管道，直接節(jié)省土建和輸送系統(tǒng)成本120萬元，窯頭電改袋項(xiàng)目整體改造成本從438萬降低至318萬元，進(jìn)入袋收塵器煙氣溫度從350℃降低至160℃，設(shè)備運(yùn)行效果良好。由于冷卻管長(zhǎng)度從正常的7.5m縮短到了6.1m，氣流沿程阻力有所降低，整機(jī)運(yùn)行阻力約350Pa，完全滿足后續(xù)袋收塵器的運(yùn)行工作要求。