吕忠明

1 引言

随着水泥行业粉尘排放环保指标的提高，绝大部分水泥厂在窑头改造过程中选择将原有的电收尘器改造为袋收尘器。改造后的袋收尘器滤袋所承受的温度极限一般为250℃（10min），正常运行温度＜200℃。在此过程中，需采取措施将篦冷机余风温度从350℃左右降低到200℃以下，以保证袋收尘器长期稳定运行。

目前绝大部分大型水泥生产线均配套安装有余热发电装置，篦冷机余风经余热发电装置后，温度一般在100℃左右。此类安装有余热发电装置的生产线在电改袋过程中可不配套空冷器，而采取成本较低的喷水降温或冷风阀门，用来处理极端情况下的短时间高温篦冷机余风。但在我国仍有相当一部分2 500t/d及以下的水泥生产线，并未配套安装余热发电装置，因此在电改袋过程中，就需要采取措施处理高温篦冷机余风。

多管空冷器通过管内外热、冷空气强制对流换热，结构简单，运行可靠，且不存在增加水分等不利于窑头袋收尘器运行的情况。应用多管空冷器是窑头烟气降温的首选措施，特别适用于未配套余热发电装置的熟料生产线。

2 优化设计实例

根据我公司在新疆某2 000t/d水泥厂窑头电改袋中应用的空冷器实例，介绍窑头多管空冷器在设计中的优化措施及实际效果，具体情况如下。

2.1 优化气流分布，避免局部涡流

多管空冷器结构见图1。在空冷器进风罩口设计一组或多组由多个翅片组成的可调式格栅导流装置，对进入冷却管的含尘烟气进行导流，可阻挡粒径较大的粉尘进入冷却管，还可降低局部阻力，减少大颗粒粉尘对冷却管的磨蚀，有效保护冷却管和后续工艺设备。

图1 多管空冷器结构示意

2.2 采用冷却管防磨损设计，延长使用寿命

由于窑头废气粉尘粒径大、磨蚀性强，设计将冷却管加长，延伸进入进风罩内部，使冷却管磨损发生在进风罩内的延长管部分，而不是起冷却作用的位置。这样即使发生磨损，也不会导致烟气中的粉尘冲出冷却管，排放至外界环境。同时，由于冷却管主体部分不发生磨损，可有效延长使用寿命。

2.3 优化进出风方式，减小空冷器体积和重量

根据不同的窑头工艺布置情况，设计有针对性的进出风方式，可减小多管空冷器体积。该水泥厂窑头工艺的改造，如按常规布置空冷器，需要增加φ1 800m×40m的工艺管道和配套的拉链机输送系统，且需增加相应的冷却器及输送系统土建工作，大大增加了投资成本，延长了施工工期。如利用窑头篦冷机平台土建框架作为空冷器基础，篦冷机风从下部进入空冷器，从上部出风直接进入窑头收尘器，则不仅可以节省土建和拉链机输送系统的投资，而且增加的工艺管道长度也可从40m降为15m，工期也相应缩短。但利用窑头篦冷机平台土建框架布置空冷器，设备体积和重量会受到限制。

（1）空间位置受限

该厂篦冷机平台土建框架共两层。二层用来布置窑头喷煤系统，只有5.2m×3.2m平面空间可供利用，在此平面上只能布置714根φ89mm冷却管。

（2）空冷器重量受限

利用原篦冷机平台土建框架，空冷器整体重量受到限制，经核算，只能新增60t重量。

该空冷器处理风量87 640m3（标）/h，冷却温度350℃～180℃，需1 700m2换热面积。在只能布置714根φ89mm冷却管和新增重量≯60t的情况下，冷却管重量应≯47t（空冷器除冷却管外，部件重量约为13t）。按常规设计，冷却管长度为7 500mm（无缝钢管，壁厚4mm，8.38kg/m），换热面积1 497m2，无法满足1 700m2换热面积的要求。因此采用带换热肋片的设计，在φ89mm冷却管（L=6 100mm，壁厚4mm）间隔130mm增加一个φ132mm的换热圆环肋片（厚度4mm），共46个肋片。每根换热管换热面积为0.089×π×6.1+45×2×（0.0672-0.0452）×π=2.4m2，重 约 62kg，则总换热面积为 2.4× 714=1 714m2，换热管总重 62×714=44 268kg，延长管部分重量0.2×8.38×714=1 200kg。换热面积1 714m2和重量45.468t均可满足要求。

3 实际使用效果

采用有针对性的优化设计后，我公司利用原篦冷机平台土建框架作为空冷器基础，优化了进出风方式，缩短了工艺管道，直接节省土建和输送系统成本120万元，窑头电改袋项目整体改造成本从438万降低至318万元，进入袋收尘器烟气温度从350℃降低至160℃，设备运行效果良好。由于冷却管长度从正常的7.5m缩短到了6.1m，气流沿程阻力有所降低，整机运行阻力约350Pa，完全满足后续袋收尘器的运行工作要求。