篦冷機(jī)噴霧降溫系統(tǒng)在窯頭電改袋中的成功應(yīng)用

高密軍，鄭金平，羅振

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節(jié)能減排

篦冷機(jī)噴霧降溫系統(tǒng)在窯頭電改袋中的成功應(yīng)用

高密軍，鄭金平，羅振

由于新型干法水泥生產(chǎn)線中原窯頭電收塵器不能滿足越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)30mg/m3（標(biāo)）的要求，國(guó)內(nèi)掀起了電改袋的熱潮，現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線窯頭電收塵器正快速被袋收塵器所取代。窯頭余熱鍋爐故障檢修時(shí)，廢氣溫度高，配套的降溫設(shè)備也需運(yùn)行穩(wěn)定可靠，篦冷機(jī)噴霧降溫系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，憑借其投資少、運(yùn)行費(fèi)用低且可靠的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)運(yùn)于窯頭電改袋項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的恒定快速準(zhǔn)確控制，從而起到有效保護(hù)袋收塵器的作用。

窯頭電改袋；余熱鍋爐；篦冷機(jī)噴霧降溫系統(tǒng)

1　前言

眾所周知，水泥行業(yè)屬于高耗能、高污染的行業(yè)。其排放的粉塵對(duì)我國(guó)近年來(lái)頻繁出現(xiàn)的霧霾天氣有很大影響。為此，國(guó)家最新污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4915-2013）規(guī)定其粉塵排放濃度＜30mg/m3（標(biāo)）。而地方標(biāo)準(zhǔn)往往嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一般要求＜20mg/m3（標(biāo)）。原水泥生產(chǎn)中的電除塵技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足環(huán)保要求，電收塵器正在被改造為袋收塵器［1］。

由于原窯頭電除塵器處理氣體的溫度較高，一般在250℃左右［2］，意外情況下會(huì)達(dá)到450℃。這對(duì)于袋收塵器的高溫濾料是很大的風(fēng)險(xiǎn)，因此窯頭電改袋必須采取措施降低廢氣溫度。降溫措施主要有摻冷風(fēng)、空氣冷卻器和噴霧降溫等［2］。出于對(duì)改造價(jià)格的考慮，我們研發(fā)了新式窯頭篦冷機(jī)噴霧降溫系統(tǒng)并將其成功應(yīng)用在窯頭電改袋項(xiàng)目中。

2窯頭生產(chǎn)工藝

水泥廠回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒成的熟料（約1 400℃）進(jìn)入篦冷機(jī)內(nèi)冷卻［3］。篦冷機(jī)通過(guò)風(fēng)機(jī)鼓入環(huán)境空氣來(lái)冷卻熟料，熟料冷卻后，空氣被加熱。篦冷機(jī)一段空氣溫度很高，可作為二次風(fēng)和三次風(fēng)回收利用；二段和三段熱空氣作為廢氣進(jìn)入窯頭余熱鍋爐發(fā)電利用，降溫后的廢氣進(jìn)入窯頭電收塵器凈化后通過(guò)煙囪排放；當(dāng)余熱鍋爐故障時(shí)，窯頭廢氣通過(guò)旁路直接進(jìn)入窯頭電除塵器凈化后排放。工藝流程如圖1所示［4］。

3篦冷機(jī)的噴霧降溫系統(tǒng)

窯頭電除塵器改為袋除塵器后，當(dāng)窯頭余熱鍋爐故障時(shí)，為了不影響生產(chǎn)，窯頭廢氣（＞250℃）直接進(jìn)入袋除塵器。此時(shí)需立即啟動(dòng)篦冷機(jī)噴霧降溫系統(tǒng)對(duì)煙氣進(jìn)行快速降溫，以保護(hù)袋除塵器濾料。

該噴霧降溫系統(tǒng)在篦冷機(jī)側(cè)壁或頂部布置霧化噴槍，通過(guò)將霧化水均勻地噴射到熾熱的熟料表面，從而快速準(zhǔn)確地降低廢氣溫度。該系統(tǒng)用于配置余熱發(fā)電，且余熱發(fā)電與回轉(zhuǎn)窯同步，運(yùn)轉(zhuǎn)率較高、工藝穩(wěn)定，采用噴霧降溫系統(tǒng)短期或應(yīng)急使用（不超過(guò)一個(gè)月）。

圖1　水泥生產(chǎn)線窯頭工藝流程圖

該系統(tǒng)的設(shè)備組成如圖2所示。

在測(cè)點(diǎn)A和測(cè)點(diǎn)B（袋收塵器入口）、測(cè)點(diǎn)C（袋收塵器出口）分別設(shè)置了3個(gè)快速檢測(cè)廢氣真實(shí)溫度的熱電偶。系統(tǒng)的西門子S7-300PLC控制器通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)3個(gè)溫度點(diǎn)的溫度值來(lái)計(jì)算廢氣熱焓量和降溫所需的噴霧量，然后通過(guò)PLC內(nèi)置的數(shù)學(xué)模型和干擾式PID程序去控制水泵開停臺(tái)數(shù)和回流調(diào)節(jié)閥的開度，實(shí)現(xiàn)實(shí)際噴霧量和理論計(jì)算值相匹配，最終實(shí)現(xiàn)溫度的快速恒定控制（160i 5℃）。

3.1水箱

工藝水管道向水箱補(bǔ)水。當(dāng)水箱水位高于浮球閥高度時(shí)，水箱進(jìn)水口處的浮球閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，停止補(bǔ)水。當(dāng)水箱水位低于浮球閥高度時(shí)，浮球閥自動(dòng)打開，水箱開始補(bǔ)水。

當(dāng)水箱水位低于浮球閥高度，而未及時(shí)補(bǔ)水時(shí)，水位低報(bào)警信號(hào)會(huì)報(bào)警提示中控及時(shí)檢查并恢復(fù)補(bǔ)水。當(dāng)水箱水位降至水箱出水口高度時(shí)，水位低報(bào)警信號(hào)被觸發(fā)，為保護(hù)水泵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止噴水。

3.2過(guò)濾組件

水泵進(jìn)水過(guò)濾組件包括兩路過(guò)濾器（一用一備）。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，一路打開一路關(guān)閉。當(dāng)水泵出口壓力＜3.0MPa時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向中控報(bào)警，需對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行清洗。

3.3水泵組

水泵組設(shè)計(jì)為兩用一備。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，控制柜根據(jù)設(shè)定溫度值與實(shí)際溫度的差值來(lái)開啟一臺(tái)或兩臺(tái)水泵。當(dāng)1號(hào)泵故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至3號(hào)泵（備用泵）同時(shí)向中控報(bào)警。

3.4自動(dòng)伸縮式回流霧化噴槍

通過(guò)廢氣熱焓計(jì)算結(jié)果來(lái)配置霧化噴槍。該噴槍布置于篦冷機(jī)側(cè)壁或頂部，其水霧可直接噴射到高溫熟料表面，對(duì)其進(jìn)行急冷，從而降低廢氣溫度。由于篦冷機(jī)內(nèi)溫度高，粉塵濃度高、風(fēng)速高，為避免噴槍被熟料顆粒磨蝕，每支噴槍均帶自動(dòng)伸縮裝置，需要時(shí)噴槍插入篦冷機(jī)內(nèi)，不需要時(shí)自動(dòng)退出。噴槍狀態(tài)可實(shí)時(shí)反饋給中控。

3.5回流調(diào)節(jié)組件

回流調(diào)節(jié)組件設(shè)計(jì)為一用一備。正常使用時(shí)打開其中一個(gè)調(diào)節(jié)閥兩端的手動(dòng)球閥，同時(shí)關(guān)閉另外一個(gè)調(diào)節(jié)閥兩端的手動(dòng)球閥。

3.6吹堵風(fēng)機(jī)

系統(tǒng)配置2臺(tái)吹堵風(fēng)機(jī)（一用一備），以保護(hù)噴槍霧化噴嘴。窯系統(tǒng)點(diǎn)火后就需啟動(dòng)吹堵風(fēng)機(jī)，必須保證一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行且其出口蝶閥處于打開狀態(tài)。

3.7控制柜

系統(tǒng)配置一臺(tái)控制柜自動(dòng)控制噴水系統(tǒng)全部設(shè)備。中控只需給該系統(tǒng)發(fā)驅(qū)動(dòng)?？刂乒駮?huì)將關(guān)鍵的報(bào)警給中控發(fā)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)報(bào)警信號(hào)，這些報(bào)警關(guān)系到系統(tǒng)啟停、運(yùn)行和安全，中控需重視并及時(shí)處置這些報(bào)警。其余的報(bào)警會(huì)綜合報(bào)給中控，中控發(fā)現(xiàn)報(bào)警后應(yīng)及時(shí)讓現(xiàn)場(chǎng)崗位工在控制柜報(bào)警列表中查看具體報(bào)警信號(hào)，并對(duì)故障進(jìn)行檢查修復(fù)和復(fù)位。

4該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

我公司研發(fā)的篦冷機(jī)噴霧降溫系統(tǒng)在曲寨水泥集團(tuán)、冀中能源、金隅集團(tuán)、山水集團(tuán)、陜西堯柏集團(tuán)、黃河同力集團(tuán)等窯頭電收塵器改造項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。多年來(lái)，運(yùn)行溫度控制準(zhǔn)確，在余熱鍋爐系統(tǒng)故障時(shí)可以不用停窯，有效保護(hù)了袋收塵器。

經(jīng)多年運(yùn)行，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

圖2　篦冷機(jī)噴霧降溫系統(tǒng)

（1）具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，集研發(fā)設(shè)計(jì)、制造、安裝、服務(wù)于一體，根據(jù)用戶具體工況條件及特殊要求，為用戶專業(yè)設(shè)計(jì)與服務(wù)。

（2）投資低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，系統(tǒng)阻力低，反應(yīng)速度快。

（3）系統(tǒng)靈敏度高，降溫快速準(zhǔn)確，可以做到恒溫控制（設(shè)定溫度i 5℃）。

（4）采用西門子PLC控制，可實(shí)現(xiàn)智能化全自動(dòng)控制，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

（5）降溫系統(tǒng)所需的霧化壓力比傳統(tǒng)方法低，大大降低運(yùn)行費(fèi)用。

（6）降溫系統(tǒng)只采用熱焓值高的水來(lái)降溫，降溫后廢氣的總體積小于單獨(dú)摻冷風(fēng)降溫后的風(fēng)量，可以減小尾排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用。

（7）在保證水泥生產(chǎn)線各種工況下（最高450℃），收塵器入口溫度恒定，可有效保護(hù)袋收塵器。

（8）嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹圃旃に?、?qiáng)大的基礎(chǔ)設(shè)施、完善的檢驗(yàn)手段，確保產(chǎn)品100%合格。

（9）產(chǎn)品模塊化出廠，安裝時(shí)間短，尤其適合于工期短的改造項(xiàng)目。

5　結(jié)語(yǔ)

由于窯頭余熱鍋爐故障檢修時(shí)廢氣溫度很高，窯頭電改袋需配套降溫設(shè)備，篦冷機(jī)噴霧降溫系統(tǒng)可將霧化水均勻地噴射到熾熱的熟料表面，通過(guò)西門子S7-300PLC控制器內(nèi)置的數(shù)學(xué)模型和干擾式PID程序控制水泵開停臺(tái)數(shù)、霧化噴槍開啟臺(tái)數(shù)和回流調(diào)節(jié)閥的開度，實(shí)現(xiàn)實(shí)際噴霧量和理論計(jì)算值相匹配，能最終實(shí)現(xiàn)溫度的快速恒定控制（160i 5℃）。

［1］劉劍華，等.新型干法水泥生產(chǎn)線窯頭除塵器電改袋的實(shí)踐［J］.中國(guó)水泥，2009，（7）：70-74.

［2］陳濤，等.袋除塵系統(tǒng)處理窯頭廢氣的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.水泥，2004，（11）.

［3］劉萬(wàn)麗.水泥生產(chǎn)過(guò)程篦冷機(jī)工況識(shí)別研究［D］.碩士，2012.

［4］羅振，等.水泥生產(chǎn)線窯頭收塵器配套降溫設(shè)備概述［J］.水泥技術(shù)，2015，（5）：86-88.

Application of Cooler Spraying System on Kiln Hood ETB Project

GAO Mijun，ZHENG Jinping，LUO Zhen （Sinoma Energy Conservation Ltd.，Tianjin，300400）

With increasingly stringent emission standards（30mg/Nm3）for cement plants，more and more electric precipitators used before the cooler fan have been transformed into bag filters in China. To protect the bag filter，a stable and reliable cooling device is needed to cool the high temperature cooler waste gas in case of troubleshooting of the waste heat boiler. And cooler spraying system has been widely used in transforming electric precipitator into bag filter projects，with the characteristics of lower investment and operation cost. And it can realize constant，rapid and accurate control of the waste gas temperature，which can protect the bag filter effectively .

kiln hood ETB；waste heat boiler；cooler spraying system

TQ172.688.3

A

1001-6171（2016）02-0079-03

通訊地址：中材裝備集團(tuán)有限公司，天津300400；2015-10-13；編輯：呂光