噴霧冷卻技術在韶冶精餾高溫廢氣中的應用

鐘定新

韶關冶煉廠，廣東韶關512024

    摘要：本文分析了精餾高溫廢氣的現狀，介紹了噴霧冷卻系統的特點，提出適合當前精餾高溫廢氣的處理措施，達到了對精餾高溫廢氣降溫的目的。關鍵詞：高溫廢氣；噴霧冷卻；蒸發冷卻塔
    中圖分類號：TQ028.3             文獻標識碼：A            文章編號：1674-6708（2010）21-0119-02
    1·概述
    韶關冶煉廠鋅精餾車間精餾塔生產精鋅過程中，燃燒產生大量高溫廢氣，這部分廢氣在正常達標情況下，由煙囪直接外排；異常情況下(塔漏時)則引入與工藝配套的脈沖袋式除塵器凈化處理后經煙囪外排。目前與工藝配套的脈沖袋式除塵器不能直接凈化處理這部分高溫廢氣，須摻混大量冷空氣降溫后，才能進入袋式除塵器處理，造成除塵器的有效處理能力大大降低，只能勉強同時處理2組塔漏廢氣，當同時出現3組塔漏時，除塵器的處理能力難以滿足全部處理塔漏含塵廢氣的處理要求，而只能將部分含塵廢氣直接引入大煙囪外排，造成大煙囪廢氣排放濃度經常超標。為此，在綜合考慮技術、經濟及場地的基礎上，尋找一種能適當處理精餾塔燃燒室高溫廢氣的除塵技術是非常必要的。
    2·蒸發冷卻塔設計
    2.1蒸發冷卻塔
    蒸發冷卻塔的組成范圍主要由設備本體、噴槍、供水和供氣系統以及控制系統等部分組成。設備本體主要由殼體、灰斗、進出口管道、框架和梯子平臺等組成；噴槍主要由噴嘴、汽水混合裝置、噴槍固定裝置等組成，噴槍部分設計要求達到噴霧顆粒微細、流量大、壓力低、耗氣量低等水準；供水系統主要由水泵、水箱、過濾器、流量調節閥及檢測報警裝置等組成；供氣系統由儲氣罐、過濾器、調壓閥及檢測報警裝置等組成；控制系統主要由蒸發冷卻塔進出口煙氣溫度檢測裝置、供水和供氣系統的流量和壓力檢測裝置、調節閥等組成。
    2.2蒸發冷卻塔的容積
    蒸發冷卻塔的容積與冷卻塔筒體直徑和粒徑/μm長度有關，其冷卻塔筒體直徑和長度的大小，取決于煙氣流的斷面速度和煙氣流通過冷卻塔時水霧完全汽化蒸發所需的時間。水霧粒徑越小、蒸發越快，則其蒸發所需的時間也就越短，冷卻塔長度相應可以縮短。但在水霧蒸發時間和冷卻塔長度確定時，還應考慮到有一部分較大粒徑的水霧不但其完全蒸發的時間相對較長，而且還受到高溫煙氣已首先被細小水霧汽化蒸發的影響。
    2.3噴霧裝置的選擇
    1）噴嘴是蒸發冷卻塔實現干式運行的關鍵部件，材質應首選不銹鋼。
    2）噴嘴的安裝布置：（1）噴嘴所噴水霧不能噴在冷卻塔內壁上，否則會引起管壁腐蝕和粘結；（2）噴嘴采用標準法蘭與冷卻塔固定，便于安裝和拆卸，噴嘴插入深度應可以調整；（3）噴嘴布置應防止所噴出的水霧交叉和重疊，以避免水霧粒徑增大，影響水霧汽化蒸發時間。
    3）噴霧系統的操作和控制。（1）煙氣溫度報警裝置是供氣和供水系統流量、壓力報警裝置；（2）供水流量控制；（3）供氣流量控制；（4）供水流量閥與煙氣進口管道閥門連鎖。
    2.4冷卻塔系統的控制
    蒸發冷卻塔系統控制的目的是保證煙氣出口溫度在設定值范圍內，控制內容主要包括供水和供氣系統的流量、壓力控制等。1）供水系統。蒸發冷卻塔通常配置獨立的供水站，水泵出口管道設計時分成兩路，一路與噴槍系統連接，通過流量調節閥向冷卻塔噴槍供水，另一路通過壓力調節閥將多余水返回水箱。流量調節閥與蒸發冷卻塔出口煙氣溫度設定值聯鎖。2）供氣系統。供氣系統控制通常配置儲氣罐，並包括配套除油和除塵過濾器，以保持壓縮空氣流量、壓力的穩定和壓縮空氣的清潔。
    3·主要技術性能參數
    3.1工藝條件
    冷卻塔規格：直徑為4.2 m，有效長度為10 m；處理煙氣量為90 000 m3/h；進口煙氣溫度為200~350℃(最高350℃)；出口煙氣溫度為90~110℃；噴槍標高為7~8m。
    3.2噴霧冷卻系統設計參數
    水量：2.3~5.3t/h；噴槍類型及數量：3只FM5A；水壓工作范圍：4~6ba；氣壓工作范圍： 4~5ba；水源：>7t/h；氣源壓力：>6ba；氣源氣量：>500m3/h。
    3.3冷卻系統主要設備配置
    噴槍：3 FM5A；自控泵站：1臺GCS-V-5(含自動控制系統)；測溫元件：4個，AF-KN4；1＂軟管6根。
    4·實際運行情況及關鍵點
    4.1實際運行情況
    該噴霧冷卻系統2008年底完成建設投運后，運行穩定可靠，沒有出現控溫滯后的現象，各臺關鍵設備(如泵、閥門等)均未出現故障。在實際生產中，進口煙氣溫度一般為200℃，出口煙氣溫度控制在80℃。
    4.2關鍵點
    在該系統中，運用了如下操作模式以保證出口溫度控制在適當的范圍內，還采取了相應措施確保如下關鍵點的控制。1）自動和安全模式。當整個系統的各部位都在安全無故障的狀態下，系統應根據實際的煙氣狀態調節，自動檢測溫度，實現整個系統的自動調節，保證出口溫度控制在適當的范圍內；當控制器檢測到系統中出現如下狀況時，系統自動切換至安全模式，即溫度傳感器故障，壓力傳感器故障，流量傳感器故障，煙氣溫度超過安全溫度。進入安全模式運行時，系統以事先設定好的調節工作，同時發出報警信號；2）過濾單元。在水箱來水與水泵之間，安裝并聯管路過濾器，在過濾器的兩端分別裝有球閥，檢修人員可以通過過濾器前后的閥門換向，在線清洗和更換濾芯而不影響系統的正常運行。如沒有特別的要求，一般過濾器過濾精度為30~50目；3）泵單元。該系統配置兩臺立式多級離心泵，一用一備，采用變頻轉速調節，保證該系統安全正常的工作；4）回路系統。供氣系統由自動控制回路、安全模式回路和噴槍吹掃回路等組成，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。
    5·結論
    噴霧冷卻系統在高溫煙氣除塵系統中的應用是成熟的，該工程也是成功的案例。在未來的韶冶高溫煙氣除塵系統中，采用該技術進行煙氣降溫，對于降低系統處理煙氣流量、節省收塵系統的投資及節能降耗是很有意義的。