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    窯頭窯尾煙氣用風冷冷卻器技術及應用

    發布日期:2019-06-11 15:11:35

    一.     槪述
      干法水泥窯尾的廢氣,不僅風量大,且溫度高,一般在350-400℃,℃即是**近大部分采用低溫余熱發電,其溫度也在300。而窯頭熟料篦式冷卻器的余風溫度,正常時為200℃左右,不正常時可達300-450℃。用于處理這二種工況的袋除塵器,無論采用P84及其混合針刺氈,還是使用各種玻纖袋或玻纖覆膜濾袋,其長期使用的工作溫度小于250℃,實際控制在200℃。因此,煙氣在入袋除塵器前必須采取適當的降溫措施。而目前采用的方法有三種:

      1.吸風冷卻
      在尾系統的負壓管道上裝設一個帶有調節閥門的支管,一端與大氣相通,靠系統本身的負壓將冷空氣經支管流入與高溫煙氣混合而以達到降溫目的。這種設施結構簡單,調節方便。但是由于吸入冷風煙氣量增加,使袋除塵器和尾風機負荷增大,另外由于系統負不穩定而影響窯系統的熱工溫定。一般在卻水的地方采用,如合肥院在做沙特NAJERAN6000噸/日工程時,就采用了摻冷風來進行袋除塵器入口的煙氣降溫,故這臺除塵器較相同規模的大,達到處理風量160萬m3/h。

      2.噴霧降溫
      在窯尾系統中,袋除塵器前設置一個噴霧降溫塔,也有在入口管道中設置一套噴霧系統。在塔和管道中霧狀噴水與高溫煙氣直接接觸,使得煙氣溫度降低。這種方法降溫效果較好,但投資大,耗水量高,管理復雜,且不易用在窯頭降溫。

      3.排管表面風冷冷卻器
      同樣,在窯頭和窯尾系統中,袋除塵器前設置一個多管表面散熱器(也稱熱交換器)。利用表面散熱原理,增加煙氣與管壁的接觸面積,靠自然冷風或強制冷風來降低煙氣的溫度。采用排管風冷技術后,顯示出了它的優點,其工作穩定,無須人工操作,通常情況下只須記錄袋除塵器入口溫度即可。**臺排管冷卻器于1983年用于蘇州光華水泥廠Ø2.5×40M分解窯上,系自然對流風冷,排管直徑6×Ø600,降溫80-100℃,以后在多家立筒型窯上被采用如湖北枝城水泥廠,吉林交通廳水泥廠等采用。自然對流冷空器流速低,換熱系數也低(<7卡/米2℃,或8W/M2K),在小型窯上為避免結構復雜,尚可采用。當在700T/D或規模更大的窯上采用風冷技術時,因采用強制風冷冷卻器,其熱交換系數可提高到12左右,設計溫度降可達150-200℃。1990年度在河北宣化水泥廠、95和2003年南京青龍山二條生產線,2004年巴基斯坦LUCKY水泥廠、及2006年河南義馬、山東青州所采用的煙器冷卻器即屬這一種。
     
      二.風冷冷卻器結構
      煙氣排管風冷卻器(簡稱多管冷卻器)是正在發展中的適用于高溫袋除塵系統的降溫設備,分自然冷卻和強制冷卻二種。
      1.自然風冷煙氣排管冷缺器
      結構示意圖(1),干法窯窯尾框架的高端,是1#旋風筒的出口,離地面40-60M,有的甚至更高,而窯尾風機則裝在地面,幾十米的高差正好用來安裝排管。**早的排管采用6×Ø700,后來改為12×Ø500,增加了散熱面積。其熱交換系數為6-7W/M2K。另設有一個冷風閥,當溫度過高時開啟冷風閥,使冷空氣摻入煙氣,輔助降溫。煙氣從排管內自上向下通過,冷空氣在排管外被加熱,自然對流上升。


    圖1

      總的熱交換系數可以由下式計算:
      K= 1/A, A=1/a1+1/k/б+1/a2
      式中:a1------管內煙氣與管壁間的給熱系數;
         a2---管壁與管外冷空氣的給熱系數。
      K與б---管壁材料導熱系數與厚度,包括薄層粉塵。只要管壁積灰很少,這一項比例很小可以忽略。
      a1 和 a2  與氣體成份等許多參數有關,但主要因素是氣體流速,流速愈高則給熱系數愈高,管內流速比管外自然對流的流速高很多,管內的給熱系數也比管外高,因此自然風冷的熱阻在管外。自然對流速度大約為2—3m/s。其給熱系數一般小于9,總的換熱系數為6-7W/M2K。如果把外部空氣流速提高,如10M/S,可以把總的給熱系數提高到11-12。為達此目的,可以采用強制雙冷技術。

      有了K系數,則散熱面積計算如下;
      F=Q/K(T1-T2);
      F—散熱面積;
      Q—煙氣通過冷卻器后降低到所需溫度時的放熱量;
     。═1-T2)--煙氣溫度與環境氣溫的平均差。

      2.強制風冷
      用風機將冷空器氣以較高速度從排管外流過是強制風冷技術的特點。高溫煙氣從頂部進入冷卻排管內部,從底部排出。冷風在管外流過。流向可以是從一側流向另一側,即錯流式,也可以由下向上,即逆流式。錯流式的結構示意見圖2(略)。由于冷空氣流動方向垂直于排管,連續地繞管外壁流動產生許多渦流,在這種氣流條件下給熱系數較高,因此冷卻器的體積也可做得較小。

      由于窯尾煙氣粉塵細,濃度大,容易堵塞風管,因此排管直徑不能太小,我們采用Ø200- Ø300,通過計算發現,當管徑小于己于Ø120時,錯流式冷卻器的冷風量必須很大,此時需選到合適的風機,只有采用逆流型,即冷空氣由下方流向上方,冷風的參數才比較合適。要頭篦冷機余風的降

      有時雖然采用了較高的冷風速度,但外壁給熱系數還比較低,為提高總的換熱系數,我們在外表面加上幾個散熱翅片,使總的換熱系數可達到13-14W/M2K。

      3.應用實例
     。1).宣化水泥廠窯尾冷卻器
      窯系統為;700/日窯尾分解窯,采用玻纖袋除塵器,處理風量:160000m3/h,過濾面積;5500m2。
      冷卻器設備;逆流向上,且帶翅片。
      設備自重:48T
      煙氣流量: 70000 Nm3/h
      煙氣進口溫度: 360-380℃
      煙氣出口溫度: 200-220℃
      冷風動力:     45-50 kw
      并裝有遠動電動冷風閥,當進入袋除塵器煙氣溫度過高時開啟,在一般情況下全閉。與采用噴霧增濕塔相比,其投資相仿,而突出的優點是穩定、可靠、管理簡單。

      當窯尾1#筒煙氣溫度下降時,可以不用管它,當溫度升高時,在一般情況下也可不用管它,達到450℃時,出冷卻器風溫大約為260℃,而這種情況只有在窯尾喂料不正常時才會出現,短時間內中控室就會調整,并還可打開冷風閥,放入一些冷空氣來降低溫度。

     。2)南京三龍水泥股分有限公司窯尾冷卻器
      窯系統為: 1800噸/日新型干法窯尾分解窯,窯尾處理風量:350000m3/h,采用了玻纖袋除塵器CXS(Ⅱ)900-2×8(F),過濾面積;14400m2,2003年投運至今。
        多管冷卻器型式;逆流向上,且帶翅片;
        管子規格:Ø 200×24500   144根;
        散熱面積:3108m2;
        采用8臺風機,動力;88kw,設備重量:95噸;  
        煙氣流量: 150000Nm3/h;
         煙氣進口溫度: 360-380℃;
         煙氣出口溫度: 200-220℃(見圖2)。

      圖2

     。3).浙江富陽水泥有限公司
      新型干法5000噸/日窯頭篦冷機余風除塵系統,采用CDMC低壓長袋脈沖袋除塵器。
      多管冷卻器型式;錯流,細管,且防磨
      技術性能要求:處理風量為752000m3/h,
      煙氣進口溫度: 300℃(正常工況)-450℃(異常工況)
      煙氣出口溫度: 130℃(正常工況)-180℃(異常工況)
      多管冷卻器: 阻力:600Pa(正常)-1000(異常)
      系統漏風率;<2%。
      散熱面積:6288M2,  
      管子規格和數量;Ø86×12000,1386根
      采用了12臺軸流風機,每臺冷風量:330000M3/H,37KW,總動力444KW
      采用PLC控制能實現自動聯鎖控制并能控制冷風開關,變頻器根據溫度自動調節風機轉速功能。
      設備總重量;265噸
      隨后的河南義馬5000噸/日,山動青州6000噸/日均采用了這種冷卻器見圖3。

    圖3

      總之,多管冷卻器的穩定性和管理簡單等優點非常明顯,已經成為窯頭窯尾袋除塵器系統配套的常規設備。


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