由于袋除塵器具備低排放、無事故排放和不受粉塵比電阻影響的性能，使得許多水泥廠在對原電除塵器進行改造時采用電改袋的方式（包括改為電袋復合）。本文就其中窯頭電除塵器改造為袋除塵器后的煙氣降溫方式進行探討。

1　窯頭篦冷機煙氣特性

　　1）風量變化大。篦冷機的風量隨進入篦冷機熟料量多少變化，尤其出現窯內結圈和堆積等惡劣工況時，一旦窯圈崩塌使窯內黃心料在極短的時間內進入篦冷機，將導致風量迅速增加。

　　2）溫度和含塵濃度變化大。正常情況下，出篦冷機末端余風溫度在200~260℃，標態下含塵濃度約為20g/m3，隨著篦冷機內熟料量的增加，余風溫度相應升高，一旦出現“跑黃心料”的情況，溫度很快達到450℃以上，標態下含塵濃度也在50g/m3以上。

　　3）粉塵顆粒較粗、密度大且磨蝕性強以及干燥比電阻高。生產線增加余熱發電設備以后，煙氣溫度降低到100℃左右，且粉塵濕度小、比電阻太高，電除塵器易形成反電暈現象，即從收塵極向電暈空間釋放大量的正電荷，這種倒流的電荷與負電荷快速中和，隨氣流逸出電除塵器，破壞正常的收塵作用，不但降低除塵效率，而且還白白消耗大量的電暈功率。

　　以上特性不論是在除塵工藝設計和設備選型還是在后期除塵設備改造時都必須充分考慮。尤其是煙氣溫度，就目前的技術水平，電除塵器和袋除塵器均無法對此類煙氣直接進行凈化處理。同時，根據近幾年窯頭電除塵器改造成袋除塵器項目來看，無論采用玻纖覆膜濾料，還是采用復合氈類濾料，耐溫均不超過260℃。因此，需要增加降溫設備或提供降溫途徑。

2　降溫措施

2.1　強制風冷冷卻器

　　這種冷卻器是由一定數量的傳熱鋼管排列組合而成，所以也稱多管冷卻器。高溫氣體在管束內通過，同時在管束外壁用軸流風機強制通風進行冷卻，由于鋼管壁的熱傳導作用，使高溫氣體的溫度降低而冷風的溫度升高。在圖1中處于篦冷機余風與除塵器進口之間的位置，與余熱鍋爐是并聯關系。

圖1　窯頭工藝流程示意

　　由于環境空氣的溫度和濕度是變化的，需要處理煙氣的氣體量和溫度也是變化的，而一定規格的冷卻器其散熱面積是固定的，為使冷卻器適應這種變化，確保高溫煙氣被冷卻至一個允許的范圍內，在距冷卻器進、出氣口適當的距離上（由現場工藝決定，越遠越好）分別安裝進口和出口測溫裝置。每個測溫裝置有幾個測溫元件組成以防誤差和個別損壞，測溫元件必須反應靈敏，檢測溫度真實可靠，保證測試數據與實際工況一致。在冷卻器上安裝了相當數量的軸流風機，以便在情況發生變化時啟動這些風機進行強制通風，增加冷卻效果。同時根據現場測溫裝置提供4~20mA的模擬信號控制軸流風機的啟停數量，也可采用變頻調速裝置進行控制，保證了冷卻器出口溫度的穩定可靠。

　　實例：我公司在某企業窯頭除塵器電改袋項目中提供了強制風冷冷卻器，其設計參數見表1。

　　該冷卻設備經過現場安裝調試完畢后，窯點火成功，并同步運行與窯頭袋除塵器配套的冷卻器，系統正常運行后，測篦冷機末端取風口管道處（即冷卻器進口測溫點）溫度為260~280℃，袋除塵器進口（即冷卻器出口測溫點）溫度為90~110℃，根據起始調節情況溫降時間大約在5～10min。完全滿足袋除塵器使用的工況要求，并且還有約三分之一的風機未運行，如出現異常工況可啟動所有風機保證袋除塵器進口溫度控制在濾料可承受的溫度210℃以下。

表1　強制風冷冷卻器設計參數

強制風冷冷卻器的穩定性和管理簡單等優點非常明顯，冷卻效果可完全達到設計要求。在改造項目中，因使用該冷卻器，降低了工況溫度，減少了袋除塵器工況下處理的煙氣量，并且煙氣經過冷卻器后，部分粉塵得到了預沉降，又因未采用噴霧降溫，煙氣含水量小，清灰效果好，加之使用了諾麥克斯濾料，濾袋壽命長達5~6年，工況阻力基本在1000Pa以下，運行第6年阻力仍能保證在1200Pa以下。

2.2　噴霧降溫

　　這種降溫方式通過特殊霧化設備將水霧化，由于水的比熱較大，霧狀顆粒擴散蒸發就會吸收周圍環境的熱量，從而使周圍環境溫度降低。

　　現在水泥廠窯頭篦冷機常用的噴霧降溫系統分為雙流體噴霧系統和單流體噴霧系統（其中包含高壓回流式和高壓直噴式）。雙流體噴霧系統（見圖2）構成主要有：1）水路系統，包括水箱、水泵、液體過濾器和流量控制裝置等；2）氣路系統，由氣體壓力調節閥、電磁控制閥和壓力檢測組件等組成；3）控制系統，由溫度檢測裝置、控制柜、變頻器、水路和氣路壓力變送器及壓力開關等組成；4）噴槍。

圖2　雙流體噴霧系統示意

　　雙流體噴霧系統與單流體噴霧系統在產品結構上的主要區別表現在前者比后者增加了氣路系統，并相應增加氣路的控制元件。包括由自動控制回路、安全模式回路和噴槍吹掃回路等組成的供氣系統，由控制器控制實現回路的自動切換。在系統停用時，可以通過低壓吹掃保持噴槍內的微正壓，保證含塵煙氣不會進入噴槍，有效地防止噴槍的堵塞。

　　由于結構不同造成兩者在經濟技術指標上也有著本質的區別。雙流體水泵出口壓力小，噴槍水氣壓低，相應系統管路元件承受壓力低，流量調節采用噴槍分組及水泵變頻調節噴水量，霧化粒徑小，霧化效果好，蒸發時間少，使篦冷機內不易結垢，處理同樣的煙氣量需要的噴槍數量少，尤其在噴水量由大變小的過程中相對單流體高壓直噴式優勢明顯。雙流體噴嘴是核心部件，噴嘴孔徑大，不易堵塞，可直接使用河水、廢水和循環水不需過濾處理。同時由于噴嘴孔徑大、工作壓力低，使噴嘴磨損速度慢，使用壽命長。

　　噴霧裝置可與余熱發電系統配合使用，首先根據余熱發電停用時系統需處理的煙氣量、工況煙氣高溫度和進除塵器高溫度確定噴霧裝置規格。然后根據現場具體情況，工藝管道走向，選擇噴霧裝置安裝位置。目前使用的噴霧裝置，大多布置在篦冷機頂部或篦冷機煙氣出風管道內，也有兩處同時布置的，正常情況下篦冷機內噴霧裝置工作，當遇到突發意外情況時，管道內噴霧裝置也可達到噴霧降溫功能。篦冷機安裝噴槍時要充分考慮其內部溫度高、粉塵磨蝕性大和內部氣體流場等情況，以此來確定噴槍的材質和安裝的位置。避免因煙氣溫度過高，使噴槍過熱報廢，同時也要避免由于內部過大氣流帶動粉塵沖刷磨蝕噴槍。當余熱發電長期穩定運行期間，可采用伸縮式噴槍，或縮短噴槍插入深度，并增加耐磨防護套，或直接把噴槍抽出以避免噴槍不必要的損壞。當噴霧系統布置在管道內部時，要盡量遠離除塵設備進口位置，同時保證在直管段部位，順氣流噴射，要避免噴出的水霧打在管道壁上，影響降溫效果。當余熱發電設備有計劃的停運時，可先行檢查噴霧降溫系統設備完好情況，并保證設備的正常巡檢不遺漏。

　　實例：我公司在某企業窯頭除塵器電改袋項目中提供了噴霧降溫裝置，其設計參數見表2。

表2　噴霧降溫裝置設計參數

全套噴霧設備經過現場安裝調試完畢后，窯點火運行成功，并同步運行配套余熱發電系統，緩慢關閉通往余熱鍋爐的煙氣管道，打開噴霧系統自動控制程序，并打開篦冷機末端取風口管道閥門，使煙氣緩慢進入改造后的袋除塵器內部，檢測到煙氣初始溫度276~302℃，通過控制噴霧水泵電動機運行頻率由10Hz調到30Hz，袋除塵器的煙氣進口溫度在150~180℃之間。根據起始調節情況溫降時間大約在1~3min，因此完全滿足袋除塵器使用的工況要求，并且水泵的工作能力還未充分發揮。

2.3　強制風冷冷卻器與噴霧降溫裝置的比較

　　表3分別從設備性能、投資等方面對兩種降溫裝置進行比較。

表3　強制風冷冷卻器與噴霧降溫的比較

2.4　其他降溫措施

　　其他降溫措施就是在上述降溫裝置正常運行的基礎上，增加系統安全性，避免出現系統風量和溫度過高損毀袋除塵器的濾袋和除塵器本體。常用的方式有：1）在系統風管上增加冷風閥和溫度控制器；2）增加旁路煙道，當系統遇到超高溫時，直接由旁路煙道排出，避免進入袋除塵器濾袋區燒毀濾袋。

　　關于增加冷風閥和溫度控制器。對它的效果有待考證，當系統運行正常的情況下，無論是強制風冷冷卻器，還是噴霧降溫措施均能很容易達到煙氣的降溫要求，但當窯系統不穩定時，尤其發生塌料的時候，在篦冷機與除塵器設備之間的管道內形成正壓區，冷風閥打開時系統外的空氣不會進入系統內部，達不到降溫效果。同時由于事故出現前，系統基本沒有任何征兆，很難保證長期不運行的冷風閥在很短時間內打開。根據實際應用情況，國內水泥行業窯頭收塵技術很少單獨采用摻冷風冷卻高溫氣體的措施，因摻冷風后會增大廢氣的處理量，摻入的氣體受環境溫度影響較大，同時必須增大除塵設備規格，增大投資；如果在系統中運用，可以在有其他降溫措施的情況下，作為一種輔助措施，增加系統的可靠性。

　　關于增加旁路煙道。旁路煙道的設置，在國內電力行業應用較為普遍，但隨著社會公眾對環境保護的重視和技術的發展，電力行業的旁路煙道系統已經實施了拆除或鉛封制度。水泥行業借鑒電力行業設置旁路煙道系統，是在余熱發電異常情況停運、煙氣溫度超出濾袋耐溫范圍時使用，從目前情況不建議采用旁路煙道，因增加旁路煙道既增加了設備投資，又增加旁路煙道漏灰的可能性，使排放超標，且隨著環保要求的嚴格，水泥行業旁路偷排現象必定會受到法律和法規的約束。

2.5　需要說明的問題

　　無論采用何種降溫措施，其中熱電阻的選用是重要一環，因任何降溫系統運行都是以熱電阻的檢測溫度信號為參數進行調節的。熱電阻要選用熱響應時間短的；接線方式要選用能消除引線電阻對測量結果影響的三線制，尤其在溫度測量點距控制箱較遠的情況下；熱電阻的安裝要合理，測點位置要保證熱電阻的測量端與被測量介質之間有充分的熱交換，避免在閥門、彎頭、管道和設備的死角處安裝熱電阻；熱電阻的選用長度要適當，通常情況下要插入管道中心線處，根據我們的實際使用經驗，如果插入深度不合適，可能會與被測溫度相差20℃以上。因此對于窯頭除塵器電改袋降溫系統來說，熱電阻的選擇應用是好重要的一環，必須引起足夠的重視。

3　結束語

　　綜上所述，對于窯頭廢氣降溫方案綜合比較：大型強制風冷冷卻器有著冷卻效果好、適應性強、可靠性高、整機振動小和變頻控制節能效果明顯等優勢，它的缺點是，投資大且對場地有一定的要求；噴霧降溫裝置投資少，對場地要求不高，尤其適宜原水泥生產線配有余熱發電系統和應用強制風冷冷卻器空間布置受限的情況。根據我公司現有窯頭除塵器電改袋的運行情況，在設備調試和試運行階段，噴霧降溫系統能夠達到設計的降溫要求，但篦冷機出現極端工況時，缺少實際運行情況數據，所以它的可靠性和強制風冷冷卻器相比要差一點。因此，噴霧降溫系統常需要和其他輔助措施同時應用。

作者：譚長栓

作者單位：河南中材環保有限公司