【骆齐环保】喷雾降温系统在窑头的应用

2020-04-01  来自: 泉州骆齐环保科技有限公司 浏览次数:10

窑头电除尘器改造为袋除尘器目前应用广泛,为满足改造后滤料的使用温度要求,在篦冷机上需增加喷雾降温系统。本文对水泥窑头常用的喷雾系统类型和控制方式进行介绍,并结合工程实例中遇到的相关问题,对前期服务、系统控制的优化、安装位置的选择和使用维护提出建议,并进行总结。

1 安装喷雾降温系统的作用

  近年来由于国家粉尘排放标准的日益严格,国内水泥生产线电除尘器改造成袋除尘器项目大量实施,在窑头“电改袋”后,由于滤袋滤料的正常使用温度相对于电除尘器低,因此需要对篦冷机出风的温度进行有效控制以防止高温损坏滤袋。以往水泥窑头降温常采用的方式有掺冷风、管道增湿、增加多管冷却器和设置余热锅炉。在管道上设置冷风阀掺入大量冷风,在温度范围内可实现迅速降温[1],但随着温度的降低,降温的效率也随着降低,且大量冷风的掺入会造成除尘系统负荷过大而产生一系列不利影响。管道增湿曾被人们关注,但由于管道横截面积相对较小且风速较高,容易“结皮”堵塞管道。多管冷却器能保证烟气温度的合理控制范围,但投资成本太高且对环境造成热污染,不太适合目前的节能减排标准。余热锅炉既实现了余热利用,又将进入窑头袋除尘器的烟气温度控制在了合理的范围内,得到了广泛推广,但故障检修时若无辅助降温措施则仍存在着烟气温度过高的风险。在窑头篦冷机上安装喷雾降温系统,作为余热锅炉故障检修或工况异常时的辅助降温措施,目前已成为一种有效的降温措施。

2 水泥窑头喷雾系统的特点

2.1 喷雾降温系统的功能和机理

  水泥窑头喷雾降温系统的基本功能为:当感温探头传输的温度信号高出设定值后系统自动启动,冷却水自水源水箱经过滤器过滤后由多级水泵升压,经出口管路送到喷嘴,产生的细小水雾颗粒与高温烟气混合并迅速蒸发,吸收烟气的大量热能,使烟气温度迅速降低并维持在120~180℃范围内[2]。

2.2 常用喷雾系统类型

  水泥窑头采用的喷雾降温系统,一般大致分为单流体和双流体两种类型。单流体主要依靠高压水泵对喷射水流进行加压,经过喷嘴的机械特性达到雾化效果。该方式喷嘴处压力相对较大,依据喷嘴类型工作压力一般在0.6~1.2MPa之间,水泵功率在15kW左右,优点在于结构简单,耗气量低,投入成本相对较小。双流体是将高压气体和液体直接在喷嘴内部混合,在高压射流状态下通过气体对液体切割达到雾化目的,因此喷射介质除了水外,还需要提供压力的压缩空气。双流体喷嘴的工作压力一般在0.3~0.6MPa之间,工作气压在0.5MPa左右,水泵功率约5.5kW。优点在于雾化效果好,水雾粒径可达3~4μm;喷嘴孔径大,对水质的适应性更强。

2.3 常用喷雾系统控制

  综合考虑使用频率和投入成本,水泥窑头较多采用单流体喷雾降温系统,依据所采用的喷嘴类型和所需喷射流量来确定不同风量和温降范围下配备的喷枪数量。一般而言,外资喷雾公司(如美国spray)多采用六嘴广角喷头,即每把喷枪配有6个喷嘴,如对于6000t/d及以下的水泥窑头,一般采用2~3把喷枪即可满足要求,采用两台高压水泵供水,水泵为一用一备。这种喷枪数量较少的喷雾模式在工作时,喷枪一直处于喷雾状态,调节流量大小主要依靠变频器控制水泵的转速,可控温度变化的连续性较好。国内喷雾多采用螺旋喷嘴或双嘴、三嘴的广角喷头,喷枪数量相对较多。早期多采用单嘴喷头,如对于3 000t/d以上水泥窑头,喷枪数量一般在12~20把之间,随着喷嘴技术的改进,目前喷枪数量一般在4~6把之间,同样采用两台高压水泵供水,一用一备。对于早期多喷枪的喷雾系统,控制上常采用开启或关闭喷枪的工作数量来实现对温度的控制,因此可控温度的连续性较差,难以实现控温。现阶段采用4~6把喷枪时,多采用控制喷枪的工作数量和水泵变频控制相结合的方式达到准确控温的目的。

3 需要注意的问题

  由于目前国内对水泥窑头喷雾的深入研究和工程应用水平不够完善,在实际使用过程中常常存在着一些影响生产的问题。下面就实际生产中遇到的一些问题或需要完善之处进行探讨。

3.1 前期服务很重要

  前期服务指设计前技术人员对现场实际情况的了解,包括查看水源、气源的情况,确定水箱和泵组的安装位置,测量篦冷机外形尺寸、各取风口位置和篦冷机三段尾部主管道的直径和长度,了解管路上冷风阀的布置情况和便于检修的位置等。以上工作需要设计人员和喷雾公司服务人员共同进行,用户配合以上双方对各项数据的获取并提出自己的使用要求,后三方共同决定相关内容。

  前期有效的了解现场情况,能更充分、合理地制定有效技术方案,尽量避免和应对施工中出现的各种突发状况或现场技术服务人员本身带来的问题,同时提升用户对设计和施工的满意度。如2015年3月中联某水泥厂改造工地,因喷雾公司未提供前期服务导致后续系统改造时无法确定喷雾系统的安装,造成整体施工延后;同年6月另一条中联生产线改造时,采用其他喷雾公司服务,由于前期工作到位,项目顺利按期完工并投产。因此,项目开始设计和施工前,要求喷雾公司为设计单位和用户提供前期服务很有必要。

3.2 喷雾控制的相关问题

  喷雾系统的控制主要依靠PLC,对于每一个控制系统,在出厂前都应进行充分的调试,而有些喷雾公司往往对这一步骤不够重视造成现场控制出现问题,耽误了整个项目的进展。如2015年上半年中联水泥几条生产线改造,采用某外企喷雾公司喷雾系统,在窑点火前对喷雾系统进行调试,发现喷雾运行参数无法在控制柜显示屏上显示,使得点火全部推迟,其原因为出厂前未进行充分的调试,导致几个不同的现场都发生了同样的错误。

  虽然控制系统一般设计为程序自动控制,但实际生产表明设置手动操作,并在中控设置强制启、停开关,将出口温度、报警、喷水量等参数联机到中控,实现中控对喷雾系统的直接监控和操作很有必要。实现中控对喷雾系统的可操作性,不仅增加了控制的保险系数,也方便了调试和生产。

  测温是喷雾系统的重要组成部分,测温点主要分两部分。测温点之一是篦冷机出风主管上烟气的温度,喷雾控制柜在判断实测温度时取的是测量值相近的温度为有效温度,并计算有效温度的平均值作为喷雾系统的开启对比温度。因此为了测温的准确性,建议设置3个量程为0~600℃的耐磨测温探头(见图1)。很多厂家为了节省成本,在该处的测温探头往往只有1~2个,这样容易导致实测数据不够准确。测温点之二是篦冷机进风口附近的温度,设置一个量程为0~1000℃耐磨测温探头即可,其作用是当出现工况异常高温时报警,作为喷雾系统开启的一个依据。目前很多企业认为该处测温没有实质意义,往往取消安装,这样可能使得当异常工况时,由于无及时警报,导致喷雾启动时已有部分超温烟气进入到袋除尘器,对滤袋造成损伤。

在喷嘴的保护上,由于喷雾降温系统开启的频率一般不高,时间较长后容易造成喷嘴堵塞,因此当未进行喷雾时需要采用压缩气体对喷嘴进行清理和冷却以保护喷头。在很多设计中,如果控制系统出现故障则导致整个喷雾系统不能工作,这样容易造成系统故障时喷嘴因无冷却气体受到损伤。针对这一情况,2015年3月河南同力某水泥厂窑头改造项目中,在实际的控制中将清扫气体独立出来,即使系统故障时清扫气体依然强制常开,达到了对喷嘴保护的目的。

  在冷风阀和喷雾系统的开启顺序上,目前有的厂家设计为先开启冷风阀掺冷风降温,当达不到预期的降温目标时再开启喷雾降温系统。由于大量冷风的掺入会增大除尘器的负荷,甚至出现正压现象;而喷雾带入的水蒸气量相对要少很多,能避免以上不利影响。因此在设计上建议开启顺序为先喷雾降温,当喷雾故障或未达到预期效果时再开启冷风阀辅助降温。

3.3 安装位置的选择

  安装位置主要包括喷枪、测温探头以及水箱和泵组的安装位置。目前国内很多喷雾厂家本着能装上就好的态度,在喷枪的安装位置选择上没有很明确的要求。国外公司则有比较明确的安装间距要求,如国外某公司对于喷射圆直径约3m的广角喷头,喷头间距应在2.5~3m。有研究表明,当水雾密集时可能形成迟滞区,不利于扩散而影响整体的降温效果;当喷雾距离过近时,虽然局部降温效果有提升,但因水雾不能及时散发可能造成“湿底”现象。由于篦冷机内部[3]环境风速相对较大,喷嘴之间应保证间距。依据实际使用案例,喷枪安装应在篦冷机二段顶部中心线上,位于余热锅炉取风口风向上方,尽可能远离取风口位置并尽可能保持喷枪之间较远距离。

  测温探头安装应选择出风管的圆管段并尽量远离变径管和冷风阀位置,其目的在于混风均匀且温度稳定的管段位置有利于温度测量的准确性,并应同时兼顾检修方便的目的。水箱及泵组的安装位置应尽量位于篦冷机附近,减少高压输送段的距离以降低压损,同时也便于观察喷雾系统是否正常运行。需要特别注意的是水箱安装高度以水箱内水面为准,尽量不要高于喷枪高点位置,防止喷枪防漏效果不好出现漏水造成“湿底”结球现象的发生。如在江苏某水泥厂窑头喷水降温系统,因水箱水面高出喷枪高点2.5~3m,造成水泵停用状态下喷枪漏水使得篦冷机底部“湿底”结球,造成了不良影响。另外,做好前期服务工作,加强喷水系统的防漏设计也是避免“湿底”的必要手段。

3.4 定期清堵

  在喷雾系统投入使用后,应对水箱进行清理,将底部存在的杂物通过排污阀排除出水箱,同时对水箱进水管路和泵组回路上的过滤器进行清理,防止堵塞高压泵组系统管道和喷枪喷嘴。清堵工作在日常检修中应定期进行,否则当需要启动喷雾系统而管路出现堵塞时,可能会造成无法挽回的重大损失。如山东某中联水泥完成“电改袋”后投入运行,在2015年5月左右窑头出现异常高温,喷雾降温系统启动。当水泵电动机频率在25Hz后无法继续升高导致喷水量不足,温度难以保证正常工作需求,后经检查发现因管路被杂物堵塞造成上述现象的发生,清理后系统恢复正常。

4 结束语

  篦冷机喷雾降温与余热锅炉配合使用,辅助以冷风阀是目前保证窑头“电改袋”后除尘器内部温度达到滤料使用温度的有效手段。深化水泥窑头降温的研究,优化喷雾系统的设计,使喷雾系统更贴合水泥生产企业的需求并提高降温的效率,解决“湿底”、“结皮”等不利影响目前有可为之处。从前期服务、系统安装和后期的使用维护,都直接影响着喷雾降温系统的正常运行和降温效果的好坏。

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