摘要：本文介紹高溫?zé)煔庵苯訃婌F蒸發(fā)冷卻技術(shù)及在高爐全干法除塵系統(tǒng)爐頂打水、布袋除塵器前、煤氣柜前冷卻中的應(yīng)用，并與傳統(tǒng)冷卻方式進(jìn)行了比較；同時對噴霧蒸發(fā)冷卻技術(shù)在燒結(jié)、焦化等方面的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。
前言
高爐采用全干法除塵系統(tǒng)時，在爐頂打水冷卻保護(hù)機(jī)械設(shè)備的同時，還必須滿足布袋除塵入口要求的煙氣溫度和濕度，進(jìn)煤氣柜前還需要冷卻到煤氣柜設(shè)備要求的溫度。采用直接噴水霧蒸發(fā)冷卻技術(shù)由于其投資少、設(shè)備重量輕、全自動設(shè)備控制安全可靠、免維修等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被更多的用戶所認(rèn)同和選用。
1 高爐爐頂打水
高爐爐頂荒煤氣的正常氣溫為150—250·C，但在爐況部正常時煤氣溫度會超過上限，最高可達(dá)700·C，也有時會偏低。對于濕法冷卻，溫度高時傳統(tǒng)的冷卻方式是用扁鋼管。或普通水噴嘴噴水冷卻；近年來也開始采用改進(jìn)的高壓水噴嘴冷卻。通常工藝要求當(dāng)?shù)綘t頂溫度超過350·C開始打水，要求在30分鐘內(nèi)冷卻到正常范圍。
對于保護(hù)爐頂機(jī)械設(shè)備而言，傳統(tǒng)的冷卻方式都能滿足要求。但是當(dāng)采用全干法除塵系統(tǒng)后，對煤氣冷卻提出了更高的要求：不僅要保護(hù)爐頂?shù)脑O(shè)備，還有保護(hù)好布袋除塵器。
國內(nèi)外采用了多種不同的冷卻方式來滿足布袋的要求。
一、80年代末期，國內(nèi)引進(jìn)了高壓回流噴嘴在重力除塵器中噴霧冷卻，存在的主要問題：
1）噴槍堵塞；
2）噴槍磨損特別快，改用陶瓷噴霧嘴解決了磨損但又出現(xiàn)經(jīng)常炸裂的問題；
3）對水處理要求高；
4）噴水不能100%蒸發(fā)，存在重力除塵器結(jié)灰；
因此該技術(shù)沒有得到推廣。
二、后來國內(nèi)比較普遍采用的是金屬管式換熱器，安裝在重力除塵器后部，與煤氣管道并聯(lián)：當(dāng)煤氣溫度超過220·C時，煤氣通過切換閥切換到換到換熱器冷卻；仍超過時向金屬管表面噴水冷卻。這種冷卻方式的主要存在問題：
1）最主要的問題是冷卻速度慢，容易燒布袋，尤其是前部的布袋；
2）瀘定打水時由于不是100%蒸發(fā)。煤氣帶機(jī)械水容易引起粘結(jié)布袋；
3）設(shè)備重量大（幾百噸）、投資多、占地面積大。
近年來，國內(nèi)用戶開始采用我們的直接噴霧蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，改造傳統(tǒng)的爐頂打水，由于實(shí)現(xiàn)了直接噴霧的快速蒸發(fā)干冷卻，不僅能保護(hù)爐頂機(jī)械設(shè)備，且能同時滿足布袋入口溫度、溫度的要求、濕度的要求，可以一舉多得，既不燒，也不粘布袋。
采用壓縮氮?dú)�、或蒸汽、廢煙氣霧化噴槍，替代普通的水噴嘴進(jìn)行高爐爐頂打水時，當(dāng)檢測到爐頂溫度超過350·C（可以改變設(shè)定值），噴霧水管上得閥門自動打開，噴槍開始噴水；當(dāng)瀘定溫度降到300·C時，噴水自動停止，同時氣路上的電磁閥也延時關(guān)閉。
該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：
1、 冷卻速度特別快，理論上，從檢測到溫度超設(shè)定值到正常范圍部超過5秒。噴槍噴霧顆粒的蒸發(fā)時間小于1秒，這樣就可以確保布袋除塵器的安全：既不燒也不粘灰，這是老式打水所不能做到的；
2、 與單一的水噴嘴不同，采用氮?dú)忪F化噴槍的噴霧顆粒速度可以達(dá)到40米/秒，噴射長度可達(dá)2—10米，可以在高爐頂煤氣正壓力較高的情況下，實(shí)現(xiàn)煤氣的均勻冷卻；
3、 噴嘴的最小孔徑超過6毫米，且暢通，因此不堵塞，可以用各種水源、甚至外排廢水；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，還考慮了防堵設(shè)計(jì)和堵塞自動檢測功能；
4、 操作壓力大，氣、水均在低壓范圍，因此噴嘴基本上不會磨損，可以長期使用；
5、 由于可以實(shí)現(xiàn)100%的干式蒸發(fā)冷卻，除了卻爐頂煙氣保護(hù)頂設(shè)備外，還可以滿足后部采用布袋除塵器的溫度要求；還有條件增加系統(tǒng)的升溫功能，這樣就可以完全取代現(xiàn)在的調(diào)溫系統(tǒng)，以節(jié)省投資和減少系統(tǒng)阻力；
6、 因?yàn)閲婌F完全蒸發(fā)，爐料不會被打濕，這樣可以節(jié)省燃料和熱風(fēng)，從而提高產(chǎn)量，還可以防止產(chǎn)生冷爐；
7、 因?yàn)樵O(shè)計(jì)合理的噴霧角度和位置，噴霧不會打濕高爐的內(nèi)壁，不會產(chǎn)生耐火材料因?yàn)槭艹泵撀涞默F(xiàn)象，延長耐火材料的使用壽命；
2、 煤氣進(jìn)柜前的冷卻
高爐煤氣采用干法除塵后，除塵器出口的煤氣溫度在200·C以下（高溫布袋）、或130·C(常溫布袋)，凈煤氣通常首先是直接送熱風(fēng)爐等用氣點(diǎn)直接利用，而為了解決使用不均衡，有時要建設(shè)煤氣柜存儲，入柜時要求煤氣溫度必須低于50·C；傳統(tǒng)的凈煤氣冷卻方式有：
一、 飽和冷卻塔，也就是向煤氣噴大量的水，利用水升溫來吸收煤氣的熱量實(shí)現(xiàn)煤氣的冷卻。該系統(tǒng)的主要問題：投資多，因?yàn)樾枰嫶蟮墓┧脱h(huán)水冷卻系統(tǒng)；水消耗量大，噴水量是蒸發(fā)冷卻的10—20倍；高耗能：由于循環(huán)水量大，煤氣中的機(jī)械水含量增加，降低了煤氣的熱值，同時還有會在煤氣柜中析出大量的機(jī)械水。水量控制困難，煤氣溫度降得過低時，會損失大量的熱值；系統(tǒng)維修量大，運(yùn)行費(fèi)用高。
二、 金屬管換熱器，也就是采用間接空冷、或水冷方式，主要問題是投資多，維修量大。
近年來。國內(nèi)近超過30個用戶采用了我們的氮?dú)饬慊F直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，主要優(yōu)點(diǎn)：投資少，因?yàn)椴恍枰嫶蟮墓┧脱h(huán)水冷卻系統(tǒng)；系統(tǒng)不需要循環(huán)水冷卻系統(tǒng)；水消耗量大幅度減少，噴水量是飽和冷卻的1/10以下；節(jié)能：由于噴水量減少可以提高煤氣熱值；系統(tǒng)維修量、運(yùn)行費(fèi)用特別少，可以實(shí)現(xiàn)溫度自動調(diào)節(jié)；
三、 燒結(jié)、焦化、原料等應(yīng)用
先進(jìn)的噴霧技術(shù)在煉鐵系統(tǒng)還有許多其他應(yīng)用，簡單介紹如下：
A、 燒結(jié)煙氣除塵：
燒結(jié)煙氣一般采用電除塵器，但是由于燒結(jié)煙氣成分的特殊性，其比電阻和煙氣的含濕量需要在合理的范圍內(nèi)，才能在電除塵器內(nèi)獲得高的除塵效率 。這樣燒結(jié)煙氣在進(jìn)入電除塵前需要對其進(jìn)行調(diào)制處理，本技術(shù)的關(guān)鍵包括：
1、 對燒結(jié)煙氣的含濕量進(jìn)行精確控制，使其在最佳的范圍內(nèi)，使電除塵器的除塵效率得到保證；
2、 對燒結(jié)煙氣的溫度進(jìn)行控制，保證電除塵正常工作；
3、 粗出塵的作用，降低電除塵的負(fù)荷；
B、 燒結(jié)煙氣脫硫。脫硝；
燒結(jié)煙氣脫硫、脫硝在中國才處于剛剛起步的階段，各種在電力行業(yè)應(yīng)用成熟技術(shù)，在燒結(jié)煙氣中都還存在各種問題；
由于鐵礦石的質(zhì)量不同，燒結(jié)煙氣中硫的含量具有很大的一個變化范圍，同時由于燒結(jié)工藝本身的特點(diǎn)，在燒結(jié)煙氣量的變化很大，成分變化也很大，這給燒結(jié)煙氣脫硫帶來很大困難。其中，濕法脫硫是應(yīng)用在廣泛的技術(shù)‘現(xiàn)在還有一些其他的技術(shù)也處于試驗(yàn)階段，但都還存在一定的問題，比如半干法脫硫、干法脫硫。采用先進(jìn)的噴霧技術(shù)，可以提高和穩(wěn)定這些系統(tǒng)的效率和運(yùn)行費(fèi)用，并可以利用外排廢水替代石灰等脫硫劑，從而大幅度降低一次投資和運(yùn)行費(fèi)用。
C、 噴霧低水熄焦：
焦炭出爐后，必須在幾分鐘時間內(nèi)將其溫度從1400·C迅速冷卻到常溫。采用降壓、大流量噴嘴進(jìn)行窒息式低水熄焦，替代落后的原管子上開孔噴淋濕熄焦系統(tǒng)，改造量特別少、投資少，改造過程不影響生產(chǎn)。
此項(xiàng)技術(shù)取得的主要效果包括：
1、 降低成本：在沒有亮焦的前提下，焦炭含水量可以穩(wěn)定在3—4%。據(jù)有關(guān)鑒定結(jié)論：焦炭含水量每降低1%，煉鐵焦比可降低約2%，噸鐵成本可將低約6元，減少入爐焦炭含水量具有顯著的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益。
2、 減少熄火時間：可以減少到約90秒，僅為傳統(tǒng)熄焦時間的一半。
3、 環(huán)保：由于噴水均勻、有利且將焦車全覆蓋，因此蒸汽中所加帶的焦粉顯著減少，既減少了資源浪費(fèi)，有控制了粉塵污染。
4、 節(jié)水：熄火放散的水蒸氣明顯減少，相應(yīng)減少了補(bǔ)充新水量。
5、 噴嘴不堵塞，不像原有系統(tǒng)需要經(jīng)常堵塞或管子端頭不封閉來排出焦炭顆粒。
6、 由于沒有焦車底部進(jìn)水引起的高溫焦炭劇烈攪動，焦炭機(jī)械損壞少，也沒有焦炭蹦出焦車問題。
D、 噴霧除塵
粉塵控制它能夠常有預(yù)防、噴霧和通風(fēng)除塵三類方法。我國不管什么用途，比較普遍地選用通風(fēng)除塵方法，既捕集罩、布袋除塵器或電除塵器、煙道、風(fēng)機(jī)、煙囪的除塵系統(tǒng)，如果系統(tǒng)能力設(shè)計(jì)的足夠，除塵效果一般沒有問題，但問題是運(yùn)行費(fèi)用和浪費(fèi)多；如果能力小了，除塵效果就難以保證。此外還有局限性，如大型料場、大型卸車和活動式卸料上料系統(tǒng)就無法采用。相比之下，國外更多的選擇順序市首選防塵、或噴霧方法，最后才選擇通風(fēng)除塵。采用無水噴霧除塵技術(shù)應(yīng)該是一個首選方案，適合大部分的除塵應(yīng)用，可以很好解決環(huán)保設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用太高的難題。
直接噴霧出塵的基本原理就是用噴水霧將粉塵顆粒弄濕，使其顆粒和比重增大，然后與大氣或煙氣分離。關(guān)鍵點(diǎn)如下：
*噴霧首先將煙塵冷卻到露點(diǎn)溫度以下。對溫度較高的煙塵，主要是通過蒸發(fā)冷卻。冷卻效率高、用水量最少。
*接著，噴霧顆粒與粉塵顆粒相互碰撞后，粘結(jié)、凝聚、長大，同時比重增大，長大到某一臨界顆粒后就會與大氣或煙氣分離，落到料場、渣場內(nèi)。
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