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烟气汽化冷却系统控制研究

作者:2018-02-08 11:10:20阅读:文章来源:

【摘 要】 喷雾冷却塔具有换热效率高、降温迅速、适用烟温范围广等特点,能将高温烟气“瞬间”降至设计要求,能有效抑制二噁英等有害致癌物质的生成。论文着重介绍了喷雾汽化冷却系统的控制研究,采用双调节量协调控制喷水量,使调节器快速响应高温烟气温度变化,最终达到高温烟气迅速降温目的,以珠钢电炉烟气喷雾汽化冷却系统为实例验证了该控制方法的可行性。 
  【关键词】 汽化冷却系统 喷雾冷却塔 汽冷烟道 
  1 引言 
  炼钢电炉在生产过程中产生的高温烟气往往被引入预热段内燃烧,预热废钢后进入沉降室,然后再进行冷却净化,最终由风机经烟囱排入大气。炼钢电炉高温烟气冷却过程中,由于废钢中含有聚氯乙烯(pvc)塑料、氯化油、溶剂及盐类等化学物质,当高温烟气被冷却到600~300℃时,其中的灰颗粒是形成致癌物质二噁英的催化剂。欧共体已制定出二噁英等有害致癌物质的排放标准,尽管我国暂时尚无相应的排放标准,但随着我国对节能环保日益重视,有效控制炼钢电炉烟气冷却系统使烟气温度在规定范围内,防止二噁英致癌物质的产生刻不容缓。 
  常见的高温烟气冷却设备有:水冷烟道、自然对流空气冷却器、强制吹风冷却器和汽化冷却塔等。其中,自然对流空气冷却器通常适用于烟气初始温度在300~600℃的场合,强制吹风冷却器一般也只用于冷却600℃以下的高温烟气,而汽化冷却塔可根据系统设计需要将烟气温度1000℃左右降到200℃左右,可避免有害物质的产生,温度适用范围广,另外,汽化冷却管道和喷雾蒸发冷却塔若替代传统庞大的水冷烟道,可以显著降低设备投资和维修、运行费用,没有水的二次污染,利于环境保护,对炼钢电炉高温烟气的冷却较为适宜。
  2 喷雾汽化冷却系统简介 
  炼钢电炉生成的高温烟气可用作两种处理,一是进入余热锅炉,回收电炉烟气的余热,产生低压蒸汽,供应钢厂生产生活,二是进入备用旁路系统,在垂直布置的圆柱形喷雾冷却塔内,将水和压缩空气按一定比例送至特定的双相流喷嘴内,将水雾化成细小的汽水混合物颗粒后直接由喷嘴喷向塔内高温烟气,水雾吸收热量迅速蒸发,使高温烟气“瞬间”冷却至设定的不饱和温度,避免烟气中在沉降室内燃烧分解的有害气体再度化合,有效抑制二噁英等有害致癌物质产生。在喷水减温的同时,烟气中约有20%~30%的粉尘被凝聚成较大的干颗粒沉降在灰斗中,所以,喷雾冷却塔不仅降低了烟气温度,而且也降低了烟气中的含尘浓度和粉尘比电阻,它既能与布袋除尘器配套,也可与静电除尘器配套,最终将处理后的低温烟气经风机排出。喷雾冷却是炼钢电炉烟气流程图见图1。 
  3 烟气喷雾冷却系统控制对象、方案研究及结果分析 
  3.1 烟气喷雾冷却系统控制对象 
  喷雾冷却系统除了要有高品质的喷头以外,与之相配套的管路控制也是极为关键的。喷雾冷却塔是以喷水量作为调节量来控制喷雾冷却塔出口温度的,而喷水量由开启的喷嘴数及每个喷嘴的喷水量决定。喷雾冷却塔的喷嘴常成对相对安装,调节喷水量时每次至少启闭两组相对安装的喷嘴,本喷雾冷却塔共有12组喷嘴,喷雾塔安装8组喷嘴,喷雾冷却塔前烟道上布置4组喷嘴,均为相对安装。 
  3.2 烟气喷雾冷却系统控制方案 
  喷雾冷却系统的被控量是喷雾冷却塔出口温度,控制目标是维持该温度在允许的范围内,控制流程图见图2。 
  喷雾冷却塔出口安装三只热电偶(信号三取二),用来检测喷雾冷却塔出口温度,控制系统以此温度为基础,决定开启喷嘴组的数量(即喷水量)。同时,小沉降室出口安装三只热电偶(该信号三取二)作用有二:一是检测小沉降室出口温度,二是当温度发生大的变化时,控制系统提前响应温度变化,从而改变冷却烟气所需要的喷水量,提高控制系统性能和控制精度。 
  喷雾冷却系统可视为以喷雾冷却塔出口温度为主要控制对象,以小沉降室出口温度为辅助控制对象的控制系统。在控制过程中,首先根据小沉降室出口温度进行粗调,然后再根据喷雾冷却塔出口实际温度值与设定值的差值变化进行细调。当设定好喷雾冷却塔出口的温度值后,一般情况下不用人为干预,系统就会自动调节喷水量。当出口温度高于设定值时,系统自动增加喷水量;当出口温度低于设定值时,系统自动减少喷水量,直到出口温度与设定温度的偏差在设定的误差范围内。(如图3) 
  3.3 控制结果分析 
     珠钢电炉采用水冷烟道时,经过水冷烟道冷却后的烟气温度分布如图4,可以看出,经过水冷烟道冷却后(单壁管道的降温暂忽略不计),机力风冷机进口的温度基本在500℃以内,个别超过500℃。而当采用汽化冷却时以及喷雾冷却时,喷雾冷却后烟气温度分布如图5所示,可保证进入机力风冷机进口的温度基本控制在450℃以下,可见根据小沉降室出口温度进行粗调,再根据冷却塔出口温度进行细调,可有效克服控制延迟,迅速喷雾冷却,使烟气温度“瞬间”达到设定要求。 
  4 结语 
  喷雾汽化冷却系统作为一种高效冷却设备,具有换热效率高、适用范围广、降温迅速等优点,且其设备运行阻力小、噪声低、电耗省。对于炼钢电炉这种650℃以上的高温烟气,采用喷雾汽化冷却系统不但有助于炼钢车间工艺设备的布置,而且解决了冷却设备耐高温材料的选用问题,同时可有效抑制电炉烟尘中二噁英的生成。另外,喷雾冷却仅仅是作为补充冷却,仅在烟气超温时启用,启用的时间较少,由于喷水量不大,烟气的含湿量增加不多,能够满足目前除尘器滤料长期使用的要求,相信未来喷雾冷却技术会越来越受到青睐。 

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