篦冷機噴霧降溫系統在窯頭電改袋中的成功應用

高密軍，鄭金平，羅振

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節能減排

篦冷機噴霧降溫系統在窯頭電改袋中的成功應用

高密軍，鄭金平，羅振

由于新型干法水泥生產線中原窯頭電收塵器不能滿足越來越嚴格的排放標準30mg/m3（標）的要求，國內掀起了電改袋的熱潮，現有水泥生產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，廢氣溫度高，配套的降溫設備也需運行穩定可靠，篦冷機噴霧降溫系統應運而生，憑借其投資少、運行費用低且可靠的優勢被廣泛應運于窯頭電改袋項目中，實現了對溫度的恒定快速準確控制，從而起到有效保護袋收塵器的作用。

窯頭電改袋；余熱鍋爐；篦冷機噴霧降溫系統

1　前言

眾所周知，水泥行業屬于高耗能、高污染的行業。其排放的粉塵對我國近年來頻繁出現的霧霾天氣有很大影響。為此，國家最新污染物排放標準（《水泥工業大氣污染物排放標準》GB4915-2013）規定其粉塵排放濃度＜30mg/m3（標）。而地方標準往往嚴于國家標準，一般要求＜20mg/m3（標）。原水泥生產中的電除塵技術已經遠不能滿足環保要求，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］，意外情況下會達到450℃。這對于袋收塵器的高溫濾料是很大的風險，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、空氣冷卻器和噴霧降溫等［2］。出于對改造價格的考慮，我們研發了新式窯頭篦冷機噴霧降溫系統并將其成功應用在窯頭電改袋項目中。

2窯頭生產工藝

水泥廠回轉窯內燒成的熟料（約1 400℃）進入篦冷機內冷卻［3］。篦冷機通過風機鼓入環境空氣來冷卻熟料，熟料冷卻后，空氣被加熱。篦冷機一段空氣溫度很高，可作為二次風和三次風回收利用；二段和三段熱空氣作為廢氣進入窯頭余熱鍋爐發電利用，降溫后的廢氣進入窯頭電收塵器凈化后通過煙囪排放；當余熱鍋爐故障時，窯頭廢氣通過旁路直接進入窯頭電除塵器凈化后排放。工藝流程如圖1所示［4］。

3篦冷機的噴霧降溫系統

窯頭電除塵器改為袋除塵器后，當窯頭余熱鍋爐故障時，為了不影響生產，窯頭廢氣（＞250℃）直接進入袋除塵器。此時需立即啟動篦冷機噴霧降溫系統對煙氣進行快速降溫，以保護袋除塵器濾料。

該噴霧降溫系統在篦冷機側壁或頂部布置霧化噴槍，通過將霧化水均勻地噴射到熾熱的熟料表面，從而快速準確地降低廢氣溫度。該系統用于配置余熱發電，且余熱發電與回轉窯同步，運轉率較高、工藝穩定，采用噴霧降溫系統短期或應急使用（不超過一個月）。

圖1　水泥生產線窯頭工藝流程圖

該系統的設備組成如圖2所示。

在測點A和測點B（袋收塵器入口）、測點C（袋收塵器出口）分別設置了3個快速檢測廢氣真實溫度的熱電偶。系統的西門子S7-300PLC控制器通過實時檢測3個溫度點的溫度值來計算廢氣熱焓量和降溫所需的噴霧量，然后通過PLC內置的數學模型和干擾式PID程序去控制水泵開停臺數和回流調節閥的開度，實現實際噴霧量和理論計算值相匹配，最終實現溫度的快速恒定控制（160i 5℃）。

3.1水箱

工藝水管道向水箱補水。當水箱水位高于浮球閥高度時，水箱進水口處的浮球閥會自動關閉，停止補水。當水箱水位低于浮球閥高度時，浮球閥自動打開，水箱開始補水。

當水箱水位低于浮球閥高度，而未及時補水時，水位低報警信號會報警提示中控及時檢查并恢復補水。當水箱水位降至水箱出水口高度時，水位低報警信號被觸發，為保護水泵，系統會自動停止噴水。

3.2過濾組件

水泵進水過濾組件包括兩路過濾器（一用一備）。系統正常運行時，一路打開一路關閉。當水泵出口壓力＜3.0MPa時，系統會自動向中控報警，需對過濾器進行清洗。

3.3水泵組

水泵組設計為兩用一備。系統運行時，控制柜根據設定溫度值與實際溫度的差值來開啟一臺或兩臺水泵。當1號泵故障時系統會自動切換至3號泵（備用泵）同時向中控報警。

3.4自動伸縮式回流霧化噴槍

通過廢氣熱焓計算結果來配置霧化噴槍。該噴槍布置于篦冷機側壁或頂部，其水霧可直接噴射到高溫熟料表面，對其進行急冷，從而降低廢氣溫度。由于篦冷機內溫度高，粉塵濃度高、風速高，為避免噴槍被熟料顆粒磨蝕，每支噴槍均帶自動伸縮裝置，需要時噴槍插入篦冷機內，不需要時自動退出。噴槍狀態可實時反饋給中控。

3.5回流調節組件

回流調節組件設計為一用一備。正常使用時打開其中一個調節閥兩端的手動球閥，同時關閉另外一個調節閥兩端的手動球閥。

3.6吹堵風機

系統配置2臺吹堵風機（一用一備），以保護噴槍霧化噴嘴。窯系統點火后就需啟動吹堵風機，必須保證一臺風機運行且其出口蝶閥處于打開狀態。

3.7控制柜

系統配置一臺控制柜自動控制噴水系統全部設備。中控只需給該系統發驅動。控制柜會將關鍵的報警給中控發點對點報警信號，這些報警關系到系統啟停、運行和安全，中控需重視并及時處置這些報警。其余的報警會綜合報給中控，中控發現報警后應及時讓現場崗位工在控制柜報警列表中查看具體報警信號，并對故障進行檢查修復和復位。

4該系統的優勢

我公司研發的篦冷機噴霧降溫系統在曲寨水泥集團、冀中能源、金隅集團、山水集團、陜西堯柏集團、黃河同力集團等窯頭電收塵器改造項目中得到廣泛應用。多年來，運行溫度控制準確，在余熱鍋爐系統故障時可以不用停窯，有效保護了袋收塵器。

經多年運行，該系統具有以下優勢：

圖2　篦冷機噴霧降溫系統

（1）具有自主知識產權，集研發設計、制造、安裝、服務于一體，根據用戶具體工況條件及特殊要求，為用戶專業設計與服務。

（2）投資低，結構簡單，占地面積小，系統阻力低，反應速度快。

（3）系統靈敏度高，降溫快速準確，可以做到恒溫控制（設定溫度i 5℃）。

（4）采用西門子PLC控制，可實現智能化全自動控制，大大降低勞動強度。

（5）降溫系統所需的霧化壓力比傳統方法低，大大降低運行費用。

（6）降溫系統只采用熱焓值高的水來降溫，降溫后廢氣的總體積小于單獨摻冷風降溫后的風量，可以減小尾排風機的運行費用。

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

（8）嚴謹的制造工藝、強大的基礎設施、完善的檢驗手段，確保產品100%合格。

（9）產品模塊化出廠，安裝時間短，尤其適合于工期短的改造項目。

5　結語

由于窯頭余熱鍋爐故障檢修時廢氣溫度很高，窯頭電改袋需配套降溫設備，篦冷機噴霧降溫系統可將霧化水均勻地噴射到熾熱的熟料表面，通過西門子S7-300PLC控制器內置的數學模型和干擾式PID程序控制水泵開停臺數、霧化噴槍開啟臺數和回流調節閥的開度，實現實際噴霧量和理論計算值相匹配，能最終實現溫度的快速恒定控制（160i 5℃）。

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

［2］陳濤，等.袋除塵系統處理窯頭廢氣的設計與應用［J］.水泥，2004，（11）.

［3］劉萬麗.水泥生產過程篦冷機工況識別研究［D］.碩士，2012.

［4］羅振，等.水泥生產線窯頭收塵器配套降溫設備概述［J］.水泥技術，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：中材裝備集團有限公司，天津300400；2015-10-13；編輯：呂光