工作原理
蒸發(fā)冷卻器屬于噴霧式直接冷卻設(shè)備,通過(guò)向高溫?zé)煔庵兄苯訃娝?,用水霧的蒸發(fā)吸熱,從而使轉(zhuǎn)爐熱煙氣的溫度由800~10000C降低到150~200℃范圍內(nèi),再進(jìn)入電除塵設(shè)備。蒸發(fā)冷卻器設(shè)備簡(jiǎn)單、投資省、水和動(dòng)力消耗不大,同時(shí)可以改善煙塵的比電阻;但是其會(huì)增加煙氣量、含濕量、腐蝕性和煙氣的黏結(jié)性。
蒸發(fā)冷卻器在噴淋冷卻塔內(nèi)直接向流經(jīng)塔內(nèi)的高溫?zé)煔鈬姵鏊危揽克郎貢r(shí)的顯熱和蒸發(fā)時(shí)的潛熱吸收煙氣的熱量,使煙氣降溫。利用水的汽化潛熱,降溫效果好,用水量不多,水的蒸發(fā)而使煙氣體積增加也很少,但是直接冷卻方法不適宜煙氣初始溫度小于150℃的情況,同時(shí)降溫的溫度不能低于煙氣的飽和溫度(露點(diǎn)溫度),以免出現(xiàn)結(jié)露而產(chǎn)生設(shè)備腐蝕、堵塞管道等不良影響。因此,煙氣通過(guò)蒸發(fā)冷卻器降溫后的溫度要保持在150℃以上,一般會(huì)高于此溫度20~30℃,所以煙氣的出口溫度應(yīng)在170℃左右。
蒸發(fā)冷卻器內(nèi)的熱煙氣斷面流速一般不宜大于1.5~2.0m/s,主要原因在于保證水滴所需要的蒸發(fā)時(shí)間小于煙氣在蒸發(fā)冷卻器內(nèi)的停留時(shí)間,使煙氣得到充分的冷卻。因此,蒸發(fā)冷卻器必須有一定的高度,此高度取決于蒸發(fā)冷卻器內(nèi)水滴的完全蒸發(fā)時(shí)間,而蒸發(fā)時(shí)間又與水滴的大小和煙氣的進(jìn)出口溫度有關(guān),因此,要求的水壓較高,達(dá)到4~6MPa。
因此,在進(jìn)行蒸發(fā)冷卻器的設(shè)計(jì)及選型時(shí),需要進(jìn)行熱平衡計(jì)算來(lái)確定水量和煙氣量的匹配關(guān)系,利用熱平衡計(jì)算結(jié)果來(lái)最終確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸。
結(jié)構(gòu)組成
蒸發(fā)冷卻器也叫蒸發(fā)冷卻塔,其主要由塔本體、高溫金屬補(bǔ)償器、水汽噴射裝置、除灰裝置以及入口煙氣分配裝置等部分組成。
噴射裝置在蒸發(fā)冷卻器比鄰汽化冷卻煙道末端的管道內(nèi)部,根據(jù)轉(zhuǎn)爐容量的不同,均勻地分布著8~12個(gè)高壓氣霧噴槍。為實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)冷卻的目的,則噴霧顆粒必須達(dá)到足夠細(xì)(平均100 μm),因此霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)比較特殊。
霧化方法有三種,氮?dú)忪F化、高壓霧化和蒸汽霧化。一般都采用氮?dú)忪F化和蒸汽霧化的方法。其噴槍是雙層結(jié)構(gòu),中心管路通水,外層通氣(汽)。
噴水量小則對(duì)煙氣降溫和滅火的效果就差;噴水量大或者水不能霧化則使塵中帶水,導(dǎo)致蒸發(fā)冷卻器內(nèi)壁結(jié)垢或沉降的灰塵板結(jié)刮出困難。
因此,噴槍的參數(shù)是至關(guān)重要的。目前國(guó)產(chǎn)噴槍的制造水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平。
膨脹調(diào)節(jié)裝置為了調(diào)節(jié)汽化冷卻煙道由熱脹冷縮而引起的設(shè)備位移,在與汽化冷卻煙道末端銜接處安置一個(gè)“膨脹調(diào)節(jié)裝置”,起到“活套”作用。膨脹調(diào)節(jié)裝置有兩種,一種是金屬膨脹節(jié),一種是無(wú)收縮段溢流水封。目前在蒸發(fā)冷卻器上應(yīng)用的基本是金屬膨脹節(jié)。
塔體塔體由鋼板焊接而成,為運(yùn)輸、吊裝方便,可制作成兩段或多段。體上有若干入孔或窺視孔。上端與膨脹調(diào)節(jié)器下端連接,下端與出灰器的U形管連接。
出灰裝置在塔身的下部設(shè)有出灰裝置,通過(guò)扇形刮板將通過(guò)重力分離出的灰塵刮到鏈條輸灰機(jī)上,經(jīng)過(guò)氣動(dòng)插板閥、雙層翻板閥送出。
每爐出鋼后都必須認(rèn)真刮灰,并隨時(shí)觀察刮灰鏈板的形狀有無(wú)變化。蒸發(fā)冷卻器香蕉彎處積灰過(guò)多,會(huì)形成“喉口”作用,增加系統(tǒng)阻力,會(huì)導(dǎo)致?tīng)t口處冒火,增加副系統(tǒng)負(fù)荷,甚至燒壞設(shè)備。
煙氣分配器蒸發(fā)冷卻器內(nèi)壁結(jié)灰塊也是干法除塵系統(tǒng)普遍遇到的問(wèn)題,結(jié)灰的原因很多,如噴嘴噴水的霧化狀態(tài)不好等,但是,其根本原因在于進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器的氣流分布不均。如下圖所示,噴槍噴射的水汽混合物在氣流作用下中心線偏向汽化煙道側(cè)壁,在蒸發(fā)冷卻器內(nèi)的兩側(cè)形成渦流。形成渦流的區(qū)域和噴槍水濺濕的區(qū)域容易蒸發(fā)冷卻器內(nèi)壁結(jié)垢。
煙氣分配器
轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程
蒸發(fā)冷卻器在此工藝過(guò)程中起著承前啟后的作用,對(duì)靜電除塵器的正常工作有著很大的影響。如果蒸發(fā)冷卻器出口溫度太高,煙氣不允許進(jìn)入靜電除塵器,因?yàn)闊煔鉁囟雀?,粉塵比電阻升高,所以不利于除塵,煙氣溫度直接影響除塵效率,且影響較為明顯。如果蒸發(fā)冷卻器出口溫度太低,在捕集粗顆粒粉塵的同時(shí)容易產(chǎn)生濕底、掛壁現(xiàn)象,增大蒸發(fā)冷卻器輸灰系統(tǒng)維護(hù)量,嚴(yán)重時(shí)影響轉(zhuǎn)爐生產(chǎn),且溫度太低的煙氣進(jìn)入靜電除塵器會(huì)引起結(jié)露,結(jié)露就會(huì)引起殼體腐蝕或高壓爬電。蒸發(fā)冷卻器的溫度控制系統(tǒng)不僅關(guān)系到轉(zhuǎn)爐一次除塵效果同時(shí)也關(guān)系到轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
蒸發(fā)冷卻器的控制與轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏密切相關(guān),其主要工作在轉(zhuǎn)爐吹氧階段。轉(zhuǎn)爐開(kāi)始吹煉階段,蒸發(fā)冷卻器入口溫度大于設(shè)定值,蒸汽切斷閥打開(kāi),2秒之后,蒸汽調(diào)節(jié)閥以開(kāi)度100%打開(kāi)。同時(shí),噴射水切斷閥打開(kāi),2秒之后,噴射水調(diào)節(jié)閥打開(kāi),同時(shí)設(shè)定25%的開(kāi)度。12秒后,蒸發(fā)冷卻器出口溫度大于設(shè)定溫度時(shí),或者噴射水調(diào)閥打開(kāi)之后35秒,開(kāi)始自動(dòng)調(diào)節(jié)程序。
轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束時(shí),氧氣切斷閥門關(guān)閉,蒸發(fā)冷卻器入口溫度、出口溫度小于設(shè)定值,噴射水切斷閥和調(diào)節(jié)閥關(guān)閉,20秒后,噴射水切斷閥和調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。
為避免轉(zhuǎn)爐在吹氧前期溫度變化陡升,吹氧結(jié)束溫度變化陡降引起的噴射水控制大的超調(diào),根據(jù)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝特點(diǎn)引入模糊控制算法,減少系統(tǒng)波動(dòng)。