多管冷卻器的節能設計優化與應用

文 // 童慶 合肥水泥研究設計院

多管冷卻器的節能設計優化與應用

文 // 童慶 合肥水泥研究設計院

水泥窯頭熟料篦冷機余風溫度，正常情況下約為200～250℃左右，隨著篦冷機內熟料量的增加余風溫度相應增高，一旦窯內出現上述惡劣工況，余風瞬間溫度就可能會高達400℃以上。目前，水泥窯頭袋除塵器廣泛采用的高溫濾料耐溫極限約為200℃，長期使用的工作溫度小于180℃。因此，煙氣在入袋除塵器前必須采取適當的降溫措施。多管冷卻器因其具有結構設計簡單、運行穩定可靠等特點而得到廣泛應用，尤其適用于窯頭尚未安裝余熱發電裝置的老廠老線或電改袋項目。

圖1 常規多管冷卻器結構示意圖

1 常規設計存在的問題

根據常規多管冷卻器設計（見圖1）及現場使用經驗發現以下問題。

當高溫含塵煙氣首先高速進入多管冷卻器上部集氣箱后直接進入管束內部，勢必造成冷卻設備內部局部阻力驟然增加。

含塵煙氣中高濃度、高磨蝕性顆粒物，對集氣箱及管束內壁造成嚴重沖刷，加速設備磨損、老化；即便外界環境溫度降低（如冬季），常規多管冷卻器盡管可以通過減少軸流風機運行臺數，實現節能目標，但含塵煙氣仍須通過上部集氣箱、管束，由下部灰斗出口排出，管束內壁磨損仍不可避免然較高。

圖2 優化設計后多管冷卻器結構示意圖

2 優化設計方案

針對現有問題我們進行了優化設計，其結構示意圖如圖2所示。

高溫含塵煙氣由冷卻器一側下部進風管道進入，進風管道內安裝有由多片翅片構成的橫截面呈柵格狀的煙氣整流裝置，對進入冷卻器的高速高溫含塵煙氣預先進行整流，以改善進風氣流流態，降低局部阻力。同時，在進風管道與灰斗的結合部安裝有氣動百葉窗式導流裝置，使含塵煙氣中較大顆粒的粉塵直接落入灰斗，可有效減少其對冷卻器管束、集氣箱以及后續袋除塵器濾袋的沖擊、磨損。

上部的集氣箱內由翻板閥分隔為兩個相對獨立的空間，分別與相鄰的兩個管束單元相對應。冷卻器下部相鄰灰斗的結合部也安裝有翻板閥。當對高溫煙氣進行常規冷卻時，打開多管冷卻器上部集氣箱內的翻板閥，并關閉下部相鄰灰斗結合部的翻板閥，高溫含塵煙氣經過進風管道內的整流、導流裝置后，向上進入一側的管束單元，由軸流風機對其進行冷卻；冷卻后的含塵煙氣通過管束進入該側管束單元頂端的集氣箱，再穿過設置在集氣箱內的翻板閥，進入另一側相鄰的管束單元進行再冷卻，最終由設置在相鄰灰斗上的出風管道排出。

當工藝控制溫度或外界環境溫度（如冬季）達到或接近煙氣自然冷卻所需溫度時，則可停運全部或部分軸流風機，依靠上部集氣箱內翻板閥與灰斗結合部翻板閥間的相互配合，調節控制開啟度，含塵煙氣通過整流和導流裝置后，全部或部分通過灰斗可直接由出風管道排出，有效降低運行阻力。

3 實際應用效果

經優化設計后的窯頭冷卻器成功應用于某2500t/d水泥熟料生產線，設備投運至今已近2年，平均運行阻力較之常規設備降低約300Pa，小時節電40kWh，年節電24萬kWh，年節約運行電費約20萬元。此外，由于進風管道內整流及導流裝置的設置，多管冷卻器冷卻管束的使用壽命由2年提高到5年以上，同時也延長了后續袋除塵器濾袋的使用壽命（大于2年），大大節約了運行維護費用。