一种复合式高温烟气冷却及净化系统探析

一种复合式高温烟气冷却及净化系统探析

摘要：介绍了高温烟气冷却降温的常用方法以及各种方法的优缺点，详细介绍了一种复合式高温烟气冷却及净化系统的工艺流程，该系统包括直接水冷、间接空冷以及直接风冷等多种冷却方式。

关键词：高温烟气；冷却；电除尘器 引言

冶金钢厂在进行冶炼过程中，往往产生各种高温烟气，这些高温烟气需经过除尘器除尘后排放到大气中。电除尘器是一种高效的除尘设备，具有压力损失小，耗电量少，运行费用低等优点。但由于炼钢炼铁过程产生的粉尘比电阻往往大于电除尘器能有效捕集的比电阻范围，容易产生反电晕而破坏电除尘器正常除尘过程，使电除尘效果急剧恶化而影响使用。因此，在进入除尘净化设备之前，需要首先进行粗除尘，并需要适当增加烟气中的含湿量，从而可降低烟气中粉尘的比电阻，改善粉尘的荷电性能，对于提高电除尘器的净化效果十分有利。此外，因设备材料和结构条件极限的限制，必须在进入电除尘器前对高温烟气予以冷却降温，以保证除尘设备在安全的温度范围内工作。因此确定电除尘器前烟气的冷却方式将对电除尘器的净化效果起到至关重要的作用。

1、高温烟气冷却方式及特点

目前普遍使用的高温烟气冷却降温方法主要有以下几种：

（1）直接水冷，即利用喷雾的方法将水喷成水雾，使之在高温烟气中直接进行热交热，利用雾滴蒸发吸热的原理，降低高温烟气的温度。该种冷却方式设备简单，热交换效率高、投资省、能耗少，同时可以增加烟气中的含湿量，降低烟气中粉尘的比电阻，改善粉尘的荷电性能，对于提高电除尘器的净化效果十分有利。但是直接水冷会增加烟气中的含湿量将会导致管道与设备结露，使烟尘容易产生粘结或腐蚀管道，进而降低设备及管道的使用寿命。

（2）间接水冷，即使高温烟气通过管壁将热量传出，由冷却器或夹层中流动的冷却水带走的一种冷却方式。常用的设备有水冷套管，水冷式热交换器和密排管式水冷器。间接水冷传热效率低，需要较大的传热面积，钢材耗量大运行阻力大，运行费用高。

（3）直接空冷，即掺冷风的方法，是在除尘器进口前的管段上设置大气吸口，并在除尘器入口处设置测温装置，通过自动调节阀（混风阀）控制吸入空气量。当烟气温度较高时，直接空冷因所需空气量大而必须相应增大管道系统、除尘器和风机，造成初投资和运行成本高。因此直接空冷适用于烟气温度不高的系统。

（4）间接空冷，即利用高温烟气在管内流通，室外常温空气在管外流动，

将高温烟气的热量带走的冷却方式。该系统构造简单，易维护，不增加烟气体积，节约冷却水，不必顾虑水垢影响传热，但是因其传热效率低，结构往往较为庞大，钢材耗量、占地、阻力均较大。

目前常用的高温烟气冷却降温方法来讲，都有各自明显的优缺点，但在实际工程的具体应用中，如何合理利用这些方法的优点提高降温效果，从而有效发挥电除尘器的功能和提高除尘效率，成为急待解决的问题。

2、一种复合式高温烟气冷却及净化系统介绍

冶金钢厂在进行冶炼过程中所产生的各种高温烟气各方面的性能往往存在很大的差异，但都需经过降温后进入除尘器进行净化处理。因此如何选择冷却方式对于确保除尘器的安全工作和良好的除尘效果则起着至关重要的作用。

单一的高温烟气冷却有着十分明显的优缺点，采用单一的冷却方式都有一定的局限性，因此本文提出一种复合式高温烟气冷却及净化系统，该系统包括直接水冷、间接空冷以及直接风冷等多种冷却方式。取各种冷却方式的优点同时又可避免单一冷却方式存在的不足。系统流程图见图1。

图1一种复合是高温烟气冷却及净化系统流程图

1冷却塔 2 空冷器 3混风阀 4电除尘器 5风机 6排气筒

7卸灰口 8喷嘴 9供水供气装置 10输泄灰装置

高温烟气首先通过管道进入冷却塔，进行第一次降温冷却与粗除尘。冷却塔选择高温蒸发冷却塔，塔体内部设有水雾喷枪，并配有气、水双相流自动喷嘴，确保水滴能很好的雾化，当充分雾化后的水滴遇到高温烟气后迅速汽化，汽化过程吸收大量的热，从而让烟气温度迅速降到一定程度。烟气中的大颗粒粉尘遇到汽化后的水雾，重量增加，落入泄灰装置，起到粗除尘的作用。该过程通过直接水冷的方式在很大程度上迅速降低了烟气温度，增加了烟气的含湿量，降低了烟气的比电阻，有利于电除尘器除尘效果的提高。为防止结露，确保烟气为不饱和气体，则需根据温度由控制单元严格控制喷水量，保证降温后的烟气温度不低于烟气的露点温度，这样降温后的烟气温度往往比除尘器的最大耐温温度还高，所以仍需进一步的降温冷却。

经冷却塔冷却和粗除尘后的烟气通过管道进入空冷器。冷却器为列管式对流空气冷却器，其空冷管呈n型多列设置，且每个空冷管的首端与其同列相邻的空冷管尾端依次连接。这样能保证烟气在空冷器内流过较长的路程，高温烟气在空冷管内流动，室外常温空气在空冷管外流动，通过对流换热将高温烟气的热量带走，从而进一步降低高温烟气的温度至除尘器和风机所能承受的范围。经过空冷器降温后高温烟气通过管道进入电除尘器。

因冶炼过程的不稳定性，产生的高温烟气的温度往往波动较大，为了确保电除尘器的工作安全，还需在进入电除尘器的管道上设置混风阀，通过测温控制单元控制混风阀的启闭，当温度高于设定值时，迅速打开混风阀，通过混入冷风的方式迅速降低烟气温度；当温度低于设定值时，混风阀关闭。

经过粗除尘和降温后的烟气进入电除尘器进行除尘，由于前序装置降低了烟气的温度及通过增加湿度降低了粉尘的比电阻，因而可提高电除尘器的除尘效果和稳定性。经电除尘器捕集下来的粉尘落入输泄灰装置进行运走处理，净化后的烟气则通过风机引入排气筒排入大气。

3、结论

这种复合式高温烟气冷却及净化系统通过直接水冷的方式降温的同时又可以增加烟气中的含湿量，降低烟气中粉尘的比电阻，改善粉尘的荷电性能，从而可以提高电除尘器工作的效率和稳定性，解决了电除尘器在选用上的局限性。采用空冷器这种间接空冷的方式作为辅助，避免了单纯用直接水冷可能出现的结露现象从而使烟尘容易产生粘结或腐蚀管道的可能性。在电除尘器前的管道上设置混风阀这种直接空冷的方式，确保设备的安全工作，因混风阀只在极少数的情况下打开，因而并没有增加系统的风量。这种复合式高温烟气冷却及净化系统可根据工程实际情况进行灵活的组合利用，适用性广，可以解决很多实际问题，具有进一步推广的意义。

参考文献

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