文 // 童慶 合肥水泥研究設(shè)計院

多管冷卻器的節(jié)能設(shè)計優(yōu)化與應用

文 // 童慶 合肥水泥研究設(shè)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(nèi)熟料量的增加余風溫度相應增高，一旦窯內(nèi)出現(xiàn)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?shù)慕禍卮胧?。多管冷卻器因其具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、運行穩(wěn)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(fā)電裝置的老廠老線或電改袋項目。

圖1 常規(guī)多管冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖

1 常規(guī)設(shè)計存在的問題

根據(jù)常規(guī)多管冷卻器設(shè)計（見圖1）及現(xiàn)場使用經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)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(nèi)部，勢必造成冷卻設(shè)備內(nèi)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(nèi)壁造成嚴重沖刷，加速設(shè)備磨損、老化；即便外界環(huán)境溫度降低（如冬季），常規(guī)多管冷卻器盡管可以通過減少軸流風機運行臺數(shù)，實現(xiàn)節(jié)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(nèi)壁磨損仍不可避免然較高。

圖2 優(yōu)化設(shè)計后多管冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖

2 優(yōu)化設(shè)計方案

針對現(xiàn)有問題我們進行了優(yōu)化設(shè)計，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

高溫含塵煙氣由冷卻器一側(cè)下部進風管道進入，進風管道內(nèi)安裝有由多片翅片構(gòu)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(tài)，降低局部阻力。同時，在進風管道與灰斗的結(jié)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(xù)袋除塵器濾袋的沖擊、磨損。

上部的集氣箱內(nèi)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(jié)合部也安裝有翻板閥。當對高溫煙氣進行常規(guī)冷卻時，打開多管冷卻器上部集氣箱內(nèi)的翻板閥，并關(guān)閉下部相鄰灰斗結(jié)合部的翻板閥，高溫含塵煙氣經(jīng)過進風管道內(nèi)的整流、導流裝置后，向上進入一側(cè)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(cè)管束單元頂端的集氣箱，再穿過設(shè)置在集氣箱內(nèi)的翻板閥，進入另一側(cè)相鄰的管束單元進行再冷卻，最終由設(shè)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(huán)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(nèi)翻板閥與灰斗結(jié)合部翻板閥間的相互配合，調(diào)節(jié)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(jīng)優(yōu)化設(shè)計后的窯頭冷卻器成功應用于某2500t/d水泥熟料生產(chǎn)線，設(shè)備投運至今已近2年，平均運行阻力較之常規(guī)設(shè)備降低約300Pa，小時節(jié)電40kWh，年節(jié)電24萬kWh，年節(jié)約運行電費約20萬元。此外，由于進風管道內(nèi)整流及導流裝置的設(shè)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(xù)袋除塵器濾袋的使用壽命（大于2年），大大節(jié)約了運行維護費用。