蒸發(fā)冷卻器（以水為冷卻介質(zhì)的組合式換熱器）

工作原理

蒸發(fā)冷卻器屬于噴霧式直接冷卻設(shè)備，通過向高溫?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)，再進入電除塵設(shè)備。蒸發(fā)冷卻器設(shè)備簡單、投資省、水和動力消耗不大，同時可以改善煙塵的比電阻；但是其會增加煙氣量、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?，依靠水升溫時的顯熱和蒸發(fā)時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，同時降溫的溫度不能低于煙氣的飽和溫度(露點溫度)，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，煙氣通過蒸發(fā)冷卻器降溫后的溫度要保持在150℃以上，一般會高于此溫度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)時間小于煙氣在蒸發(fā)冷卻器內(nèi)的停留時間，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)時間，而蒸發(fā)時間又與水滴的大小和煙氣的進出口溫度有關(guān)，因此，要求的水壓較高，達到4～6MPa。

因此，在進行蒸發(fā)冷卻器的設(shè)計及選型時，需要進行熱平衡計算來確定水量和煙氣量的匹配關(guān)系，利用熱平衡計算結(jié)果來最終確定設(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。

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個高壓氣霧噴槍。為實現(xiàn)蒸發(fā)冷卻的目的，則噴霧顆粒必須達到足夠細(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，氮氣霧化、高壓霧化和蒸汽霧化。一般都采用氮氣霧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。目前國產(chǎn)噴槍的制造水平已經(jīng)達到國際水平。

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“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)。

塔體由鋼板焊接而成，為運輸、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。

在塔身的下部設(shè)有出灰裝置，通過扇形刮板將通過重力分離出的灰塵刮到鏈條輸灰機上，經(jīng)過氣動插板閥、雙層翻板閥送出。

每爐出鋼后都必須認(rèn)真刮灰，并隨時觀察刮灰鏈板的形狀有無變化。蒸發(fā)冷卻器香蕉彎處積灰過多，會形成“喉口”作用，增加系統(tǒng)阻力，會導(dǎo)致爐口處冒火，增加副系統(tǒng)負(fù)荷，甚至燒壞設(shè)備。

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)爐煉鋼過程

蒸發(fā)冷卻器在此工藝過程中起著承前啟后的作用，對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，煙氣不允許進入靜電除塵器，因為煙氣溫度高，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)維護量，嚴(yán)重時影響轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，且溫度太低的煙氣進入靜電除塵器會引起結(jié)露，結(jié)露就會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也關(guān)系到轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)的順利進行。

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，2秒之后，蒸汽調(diào)節(jié)閥以開度100%打開。同時，噴射水切斷閥打開，2秒之后，噴射水調(diào)節(jié)閥打開，同時設(shè)定25%的開度。12秒后，蒸發(fā)冷卻器出口溫度大于設(shè)定溫度時，或者噴射水調(diào)閥打開之后35秒，開始自動調(diào)節(jié)程序。

轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束時，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)工藝特點引入模糊控制算法，減少系統(tǒng)波動。