工作原理

蒸發(fā)冷卻器屬于噴霧式直接冷卻設備，通過(guò)向高溫煙氣中直接噴水，用水霧的蒸發(fā)吸熱，從而使轉爐熱煙氣的溫度由800～10000C降低到150～200℃范圍內，再進(jìn)入電除塵設備。蒸發(fā)冷卻器設備簡(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性。

蒸發(fā)冷卻器在噴淋冷卻塔內直接向流經(jīng)塔內的高溫煙氣噴出水滴，依靠水升溫時(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)，以免出現結露而產(chǎn)生設備腐蝕、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在170℃左右。

蒸發(fā)冷卻器內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，達到4～6MPa。

因此，在進(jìn)行蒸發(fā)冷卻器的設計及選型時(shí)，需要進(jìn)行熱平衡計算來(lái)確定水量和煙氣量的匹配關(guān)系，利用熱平衡計算結果來(lái)最終確定設備的結構尺寸。

結構組成

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部，根據轉爐容量的不同，均勻地分布著(zhù)8~12個(gè)高壓氣霧噴槍。為實(shí)現蒸發(fā)冷卻的目的，則噴霧顆粒必須達到足夠細（平均100 μm），因此霧化噴嘴的結構比較特殊。

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。其噴槍是雙層結構，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，導致蒸發(fā)冷卻器內壁結垢或沉降的灰塵板結刮出困難。

因此，噴槍的參數是至關(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。

為了調節汽化冷卻煙道由熱脹冷縮而引起的設備位移，在與汽化冷卻煙道末端銜接處安置一個(gè)“膨脹調節裝置”，起到“活套”作用。膨脹調節裝置有兩種，一種是金屬膨脹節，一種是無(wú)收縮段溢流水封。目前在蒸發(fā)冷卻器上應用的基本是金屬膨脹節。

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。上端與膨脹調節器下端連接，下端與出灰器的U形管連接。

在塔身的下部設有出灰裝置，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真刮灰，并隨時(shí)觀(guān)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，增加系統阻力，會(huì )導致?tīng)t口處冒火，增加副系統負荷，甚至燒壞設備。

蒸發(fā)冷卻器內壁結灰塊也是干法除塵系統普遍遇到的問(wèn)題，結灰的原因很多，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(xiàn)偏向汽化煙道側壁，在蒸發(fā)冷卻器內的兩側形成渦流。形成渦流的區域和噴槍水濺濕的區域容易蒸發(fā)冷卻器內壁結垢。

煙氣分配器

轉爐煉鋼過(guò)程

蒸發(fā)冷卻器在此工藝過(guò)程中起著(zhù)承前啟后的作用，對靜電除塵器的正常工作有著(zhù)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(shí)容易產(chǎn)生濕底、掛壁現象，增大蒸發(fā)冷卻器輸灰系統維護量，嚴重時(shí)影響轉爐生產(chǎn)，且溫度太低的煙氣進(jìn)入靜電除塵器會(huì )引起結露，結露就會(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不僅關(guān)系到轉爐一次除塵效果同時(shí)也關(guān)系到轉爐正常生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

蒸發(fā)冷卻器的控制與轉爐生產(chǎn)節奏密切相關(guān)，其主要工作在轉爐吹氧階段。轉爐開(kāi)始吹煉階段，蒸發(fā)冷卻器入口溫度大于設定值，蒸汽切斷閥打開(kāi)，2秒之后，蒸汽調節閥以開(kāi)度100%打開(kāi)。同時(shí)，噴射水切斷閥打開(kāi)，2秒之后，噴射水調節閥打開(kāi)，同時(shí)設定25%的開(kāi)度。12秒后，蒸發(fā)冷卻器出口溫度大于設定溫度時(shí)，或者噴射水調閥打開(kāi)之后35秒，開(kāi)始自動(dòng)調節程序。

轉爐吹煉結束時(shí)，氧氣切斷閥門(mén)關(guān)閉，蒸發(fā)冷卻器入口溫度、出口溫度小于設定值，噴射水切斷閥和調節閥關(guān)閉，20秒后，噴射水切斷閥和調節閥關(guān)閉。

為避免轉爐在吹氧前期溫度變化陡升，吹氧結束溫度變化陡降引起的噴射水控制大的超調，根據轉爐生產(chǎn)工藝特點(diǎn)引入模糊控制算法，減少系統波動(dòng)。