核心提示：摘要：本文介绍高温烟气直接喷雾蒸发冷却技术及在高炉全干法除尘系统炉顶打水、布袋除尘器前、煤气柜前冷却中的应用，并与传统冷却方式进行了比较；同时对喷雾蒸发冷却技术在烧结、焦化等方面的应用进行了介绍。
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摘要：本文介绍高温烟气直接喷雾蒸发冷却技术及在高炉全干法除尘系统炉顶打水、布袋除尘器前、煤气柜前冷却中的应用，并与传统冷却方式进行了比较；同时对喷雾蒸发冷却技术在烧结、焦化等方面的应用进行了介绍。
前言
高炉采用全干法除尘系统时，在炉顶打水冷却保护机械设备的同时，还必须满足布袋除尘入口要求的烟气温度和湿度，进煤气柜前还需要冷却到煤气柜设备要求的温度。采用直接喷水雾蒸发冷却技术由于其投资少、设备重量轻、全自动设备控制安全可靠、免维修等优点，已经被更多的用户所认同和选用。
1 高炉炉顶打水
高炉炉顶荒煤气的正常气温为150—250·C，但在炉况部正常时煤气温度会超过上限，最高可达700·C，也有时会偏低。对于湿法冷却，温度高时传统的冷却方式是用扁钢管。或普通水喷嘴喷水冷却；近年来也开始采用改进的高压水喷嘴冷却。通常工艺要求当到炉顶温度超过350·C开始打水，要求在30分钟内冷却到正常范围。
对于保护炉顶机械设备而言，传统的冷却方式都能满足要求。但是当采用全干法除尘系统后，对煤气冷却提出了更高的要求：不仅要保护炉顶的设备，还有保护好布袋除尘器。
国内外采用了多种不同的冷却方式来满足布袋的要求。
一、80年代末期，国内引进了高压回流喷嘴在重力除尘器中喷雾冷却，存在的主要问题：
1）喷枪堵塞；
2）喷枪磨损特别快，改用陶瓷喷雾嘴解决了磨损但又出现经常炸裂的问题；
3）对水处理要求高；
4）喷水不能100%蒸发，存在重力除尘器结灰；
因此该技术没有得到推广。
二、后来国内比较普遍采用的是金属管式换热器，安装在重力除尘器后部，与煤气管道并联：当煤气温度超过220·C时，煤气通过切换阀切换到换到换热器冷却；仍超过时向金属管表面喷水冷却。这种冷却方式的主要存在问题：
1）最主要的问题是冷却速度慢，容易烧布袋，尤其是前部的布袋；
2）泸定打水时由于不是100%蒸发。煤气带机械水容易引起粘结布袋；
3）设备重量大（几百吨）、投资多、占地面积大。
近年来，国内用户开始采用我们的直接喷雾蒸发冷却系统，改造传统的炉顶打水，由于实现了直接喷雾的快速蒸发干冷却，不仅能保护炉顶机械设备，且能同时满足布袋入口温度、温度的要求、湿度的要求，可以一举多得，既不烧，也不粘布袋。
采用压缩氮气、或蒸汽、废烟气雾化喷枪，替代普通的水喷嘴进行高炉炉顶打水时，当检测到炉顶温度超过350·C（可以改变设定值），喷雾水管上得阀门自动打开，喷枪开始喷水；当泸定温度降到300·C时，喷水自动停止，同时气路上的电磁阀也延时关闭。
该系统的主要优点：
1、 冷却速度特别快，理论上，从检测到温度超设定值到正常范围部超过5秒。喷枪喷雾颗粒的蒸发时间小于1秒，这样就可以确保布袋除尘器的安全：既不烧也不粘灰，这是老式打水所不能做到的；
2、 与单一的水喷嘴不同，采用氮气雾化喷枪的喷雾颗粒速度可以达到40米/秒，喷射长度可达2—10米，可以在高炉顶煤气正压力较高的情况下，实现煤气的均匀冷却；
3、 喷嘴的最小孔径超过6毫米，且畅通，因此不堵塞，可以用各种水源、甚至外排废水；在系统设计上，还考虑了防堵设计和堵塞自动检测功能；
4、 操作压力大，气、水均在低压范围，因此喷嘴基本上不会磨损，可以长期使用；
5、 由于可以实现100%的干式蒸发冷却，除了却炉顶烟气保护顶设备外，还可以满足后部采用布袋除尘器的温度要求；还有条件增加系统的升温功能，这样就可以完全取代现在的调温系统，以节省投资和减少系统阻力；
6、 因为喷雾完全蒸发，炉料不会被打湿，这样可以节省燃料和热风，从而提高产量，还可以防止产生冷炉；
7、 因为设计合理的喷雾角度和位置，喷雾不会打湿高炉的内壁，不会产生耐火材料因为受潮脱落的现象，延长耐火材料的使用寿命；
2、 煤气进柜前的冷却
高炉煤气采用干法除尘后，除尘器出口的煤气温度在200·C以下（高温布袋）、或130·C(常温布袋)，净煤气通常首先是直接送热风炉等用气点直接利用，而为了解决使用不均衡，有时要建设煤气柜存储，入柜时要求煤气温度必须低于50·C；传统的净煤气冷却方式有：
一、 饱和冷却塔，也就是向煤气喷大量的水，利用水升温来吸收煤气的热量实现煤气的冷却。该系统的主要问题：投资多，因为需要庞大的供水和循环水冷却系统；水消耗量大，喷水量是蒸发冷却的10—20倍；高耗能：由于循环水量大，煤气中的机械水含量增加，降低了煤气的热值，同时还有会在煤气柜中析出大量的机械水。水量控制困难，煤气温度降得过低时，会损失大量的热值；系统维修量大，运行费用高。
二、 金属管换热器，也就是采用间接空冷、或水冷方式，主要问题是投资多，维修量大。
近年来。国内近超过30个用户采用了我们的氮气零化水雾直接蒸发冷却系统，主要优点：投资少，因为不需要庞大的供水和循环水冷却系统；系统不需要循环水冷却系统；水消耗量大幅度减少，喷水量是饱和冷却的1/10以下；节能：由于喷水量减少可以提高煤气热值；系统维修量、运行费用特别少，可以实现温度自动调节；
三、 烧结、焦化、原料等应用
先进的喷雾技术在炼铁系统还有许多其他应用，简单介绍如下：
A、 烧结烟气除尘：
烧结烟气一般采用电除尘器，但是由于烧结烟气成分的特殊性，其比电阻和烟气的含湿量需要在合理的范围内，才能在电除尘器内获得高的除尘效率 。这样烧结烟气在进入电除尘前需要对其进行调制处理，本技术的关键包括：
1、 对烧结烟气的含湿量进行精确控制，使其在最佳的范围内，使电除尘器的除尘效率得到保证；
2、 对烧结烟气的温度进行控制，保证电除尘正常工作；
3、 粗出尘的作用，降低电除尘的负荷；
B、 烧结烟气脱硫。脱硝；
烧结烟气脱硫、脱硝在中国才处于刚刚起步的阶段，各种在电力行业应用成熟技术，在烧结烟气中都还存在各种问题；
由于铁矿石的质量不同，烧结烟气中硫的含量具有很大的一个变化范围，同时由于烧结工艺本身的特点，在烧结烟气量的变化很大，成分变化也很大，这给烧结烟气脱硫带来很大困难。其中，湿法脱硫是应用在广泛的技术‘现在还有一些其他的技术也处于试验阶段，但都还存在一定的问题，比如半干法脱硫、干法脱硫。采用先进的喷雾技术，可以提高和稳定这些系统的效率和运行费用，并可以利用外排废水替代石灰等脱硫剂，从而大幅度降低一次投资和运行费用。
C、 喷雾低水熄焦：
焦炭出炉后，必须在几分钟时间内将其温度从1400·C迅速冷却到常温。采用降压、大流量喷嘴进行窒息式低水熄焦，替代落后的原管子上开孔喷淋湿熄焦系统，改造量特别少、投资少，改造过程不影响生产。
此项技术取得的主要效果包括：
1、 降低成本：在没有亮焦的前提下，焦炭含水量可以稳定在3—4%。据有关鉴定结论：焦炭含水量每降低1%，炼铁焦比可降低约2%，吨铁成本可将低约6元，减少入炉焦炭含水量具有显著的节能和经济效益。
2、 减少熄火时间：可以减少到约90秒，仅为传统熄焦时间的一半。
3、 环保：由于喷水均匀、有利且将焦车全覆盖，因此蒸汽中所加带的焦粉显著减少，既减少了资源浪费，有控制了粉尘污染。
4、 节水：熄火放散的水蒸气明显减少，相应减少了补充新水量。
5、 喷嘴不堵塞，不像原有系统需要经常堵塞或管子端头不封闭来排出焦炭颗粒。
6、 由于没有焦车底部进水引起的高温焦炭剧烈搅动，焦炭机械损坏少，也没有焦炭蹦出焦车问题。
D、 喷雾除尘
粉尘控制它能够常有预防、喷雾和通风除尘三类方法。我国不管什么用途，比较普遍地选用通风除尘方法，既捕集罩、布袋除尘器或电除尘器、烟道、风机、烟囱的除尘系统，如果系统能力设计的足够，除尘效果一般没有问题，但问题是运行费用和浪费多；如果能力小了，除尘效果就难以保证。此外还有局限性，如大型料场、大型卸车和活动式卸料上料系统就无法采用。相比之下，国外更多的选择顺序市首选防尘、或喷雾方法，最后才选择通风除尘。采用无水喷雾除尘技术应该是一个首选方案，适合大部分的除尘应用，可以很好解决环保设备运行费用太高的难题。
直接喷雾出尘的基本原理就是用喷水雾将粉尘颗粒弄湿，使其颗粒和比重增大，然后与大气或烟气分离。关键点如下：
*喷雾首先将烟尘冷却到露点温度以下。对温度较高的烟尘，主要是通过蒸发冷却。冷却效率高、用水量最少。
*接着，喷雾颗粒与粉尘颗粒相互碰撞后，粘结、凝聚、长大，同时比重增大，长大到某一临界颗粒后就会与大气或烟气分离，落到料场、渣场内。
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