2钢铁工业烧结烟尘电除尘技术的特点及应用.docx
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2钢铁工业烧结烟尘电除尘技术的特点及应用
2钢铁工业烧结烟尘电除尘技术的特点及应用
钢铁工业烧结烟尘电除尘技术的特点及应用
王迪叶天鸿1党小庆韩小梅2
（1，西安重型机械研究所710032；2，西安建筑科技大学710055）
摘要针对钢铁工业烧结机机头、机尾烟气的不同特点，本文从电除尘电场特性、气流分布以及振打等方面着手，结合烧结烟尘排放标准，讨论烧结机电除尘器选型设计和技术改造中应考虑的几个问题，并给出应用案例。
关键词烧结机烟尘电除尘器选型
Characteristic&ApplicationinTechnologiesofElectrostaticPrecipitatorforSinterGas
YETian-HongWANGDi1DANGXiao-qing,HANXiao-mei2
（1,,Xi'anHEAVYMACHINERYRESEARCHINSTITUTE710032,China）
（2,Xi'anUNVERSITYOFARCHITECTURE&TECHNOLOGY710055,China）
Abstract:
Itisknownthatthedifferentcharacteristicofdustfromtheheadofsinteringmachineandtherumpofsinteringmachine.Intheviewofthecharacteristicofelectricfiled,gasvelocitydistribution,thevibrationofelectrostaticprecipitatorandcombiningwithemissioncontrolregulationsofindustrialdust,someproblemsondesigningandtechnicalalterationaboutelectrostaticprecipitatorwhichisapplyingsinteringprocessisdiscussedinthispaper,andtheapplyingcasesisalsogiven.
Keywords:
sinter,fume,electrostaticprecipitator,lectotype
1前言
钢铁行业粉尘排放量约占我国工业粉尘排放总量的25%，烧结工艺烟尘排放量约占钢铁生产过程烟尘总排放的42.3%，其烟尘净化设备以电除尘器为主[1][2]。
烧结机作为重要烟尘排放源，其粉尘排放浓度必须符合《工业炉窑大气污染物排放标准》总量控制50mg/Nm3的规定。
由于生产工艺条件大型烧结机烟尘比电阻高、阵发性负荷、烟气成分复杂，造成部分电除尘器排放不达标，尤其是烧结机机头的粉尘比电阻较高、颗粒细、粘度大，是电除尘技术难点和选型设计首要考虑因素。
提高电除尘技术实现增效和安全稳定运行是钢铁行业电除尘器设计选型和技术改造的有效途径。
本文在分析烧结机机头、机尾烟尘特点的基础上，从改善电除尘器电场特性、气流组织、振打等技术途径讨论烧结机电除尘器选型设计和技术改造应注意的几个问题，并结合实例分析相应技术措施的实用性和有效性。
2烧结烟尘特性
烧结机机头、机尾烟尘特点[3][4][5]，见表1：
表1烧结机机头、机尾烟尘特点比较
烧结机机头烟尘特性
烧结机机尾烟气特性
排放量及烟尘负荷
排放量较大，含尘浓度很大程度上取决于烧结工艺流程，约1~6g/m3
排放量约为机头的25~50%，粉尘量因工艺不同而异，平均在15~20g/m3
温度
波动幅度较大，在80～200℃之间
平均温度在80~150℃
含湿量
按体积比计算约10%，露点温度高
正常
粉尘
成分
氧化钙、钾、钠含量高，粉尘粘度大，同时含有CO、SO2等有害成分
粉尘粘度较大，Fe2O3、FeO占50%以上，有较高的回收利用价值
粒径
粒度小，<5μm的粉尘占30%以上
颗粒较粗，粒径在40μm左右
比电阻
3.2×109～1.0×1012Ω·cm
1010Ω·cm左右
烟气负压
近20kPa，易使设备漏风，易导致电晕闭塞
正常
通过以上数据可知，烧结机机尾烟尘适宜采用电除尘器，或电-袋复合式除尘器，以提高可回收成分的捕集和适应高浓度粉尘的清除；机头烟尘比电阻高、不易收尘，含湿量高、易形成硫酸露点腐蚀，粘度大、对振打清灰造成不利影响，应根据工艺特点选择适宜的除尘技术。
因此，本文主要针对烧结机机头、机尾废气的特征，讨论相配套电除尘器选型与改造的技术途径。
3技术途径
3.1电场特性
电除尘器的性能受尘粒荷电和电场支配，故电流、电压必需匹配得当，才具有良好的伏安特性。
因此，在考虑粉尘比电阻的情况下，可从板线配置、高压供电控制两个方面改善电场特性，尤其是板线配置[6][7]。
高比电阻粉尘电荷后到达极板时不易释放所携带的电荷，易形成反电晕。
相关实验研究表明[8]：
起晕电压高、电场中纯静电部分场强较大且电流密度分布均匀性较好的配置，如锯齿线等“圆线”，其电流密度分布见图1-a，能有效抑制反电晕现象和二次扬尘，提高高比电阻粉尘的除尘效率。
也可适当加宽极间距，以改善极间电流密度的分布，如试验中采用加辅助电极的三电极电除尘器[9]，图2所示。
目前常用的C-480型和ZT-24型板，其板电流密度分布比较均匀，尤其是ZT-24型板与新开发的十字形放电线相配能获得更为均匀的板电流密度分布，可尝试在烧结机电除尘器中采用此类的板线配置方式。
（a）锯齿线（b）RS线
图1同极距400mm时，板表面电流密度分布[8]
图2三电极电除尘器电极配置示意图
“圆线”的配置在处理高比电阻粉尘较为有效，但在处理烧结机黏附性较强的粉尘时容易导致电晕线肥大，因此在前段电场多采用“芒刺”类电晕线，其放电点集中在芒刺的尖端，电晕强且稳定。
研究表明：
在板线配置性能试验中，同极距并非越大越好，如放电性能较好的RS线，以350~400极距为宜，图1-b为RS线与C-480型板配置时的电流密度分布[8]。
在选择烧结机头电除尘器阳板板及阴极线的材质时，在考虑防腐问题的前提下，宜采用不锈钢或耐腐蚀的低合金钢制作，也可采用管极式电极或采用普通钢外涂导电防腐材料；而对于烧结机机尾电除尘器，可适当考虑防腐，宜采用管极式或芒刺类电晕线，板间距适当放宽，同时考虑高压供电装置电流、电压的匹配。
3.2气流组织
气流分布状态是影响除尘效率的一个重要因素，效率要求越高其影响越明显。
日本石岛川播磨的一个实验资料就表明，当气流速度的平均偏差σ=0.4时，除尘效率由99%降到96%；同时也是导致电除尘器运行故障的原因之一，即当气流速度分布不均时，会导致电除尘器局部粉尘堆积过厚，尤其是电晕线附近的堆积，通常因粉尘粘性过大而导致电晕线肥大；当沉积在烟道、分布板等处时，还会进一步破坏气流组织。
保证气流分布均匀性的做法是：
通过测定气流分布几何标准偏差，修改模型分布板的开孔率及布置方式，在实际设备中稍作调整即可。
西安建筑科技大学突破传统模型试验的方法，采用计算流体动力学（ComputerFlowDynamic,CFD）方法分析电除尘器内气流流动的规律，不仅确定气流分布装置的结构形式和技术参数，还节约实验成本和时间[10]。
电场中粉尘是在电场力、重力、气流惯性和二次
飞扬共同作用下沉降，会呈现底部浓度高于顶部，前
部浓度高于后部；顶部粉尘粒径小于底部，后部粒径
小于前部的分布状态，参看图3。
L.Lind提出了电场
气流组织的新观点：
斜向气流技术（SGFT）——在电场
入口处采用上部流速低下部流速高的进口断面，而在出图3电除尘器内烟尘浓度分布
口处相反，采用上部流速高下部流速低的出口断面，能
有效地减轻返流损失，提高电除尘器的效率[11]。
斜气流技术改造工艺简单、费用较低且不增加运行和维护费用，不失为电除尘器增效改造的一条有效途径。
3.3清灰技术
目前国际上振打清灰方式有两大主流:
以美国GE、EEC、洛奇—科特雷尔等为代表的顶部电磁锤振打,以欧洲LFAKT、LUCRI、SMLDTH为代表的侧向底部挠臂锤振打，两种方式各有优劣，见表2。
声波清灰是近年来出现的一种新式清灰技术，它是将一定能量的强声波馈入电除尘器电场空间，到达极板、极线后转化为机械能，与粉尘层形成高频振荡，抵消粉尘层中的聚积力（表面粘附力），使已结块的尘层疏松脱落，达到清灰目的，目前已投入工业应用，一般与机械式振打清灰装置联合使用，可在一定程度上提高电除尘器的操作性能。
烧结机头粉尘浓度偏低，粒度小，且成分复杂，具有较大的粘结性和腐蚀性，因此适宜选择以振打力度较强的侧向底部挠臂锤振打为主，同时也可辅以声波清灰，以解决粉尘粘结问题。
当然，振打制度是烧结机电除尘器清灰另一个不可忽视的因素，改善电除尘器的低压控制，能够保证振打时序合理化，使清灰效果最佳。
表2侧部和顶部振打特点
振打方式
顶部电磁锤振打
侧部挠臂锤振打
振打力
上部大下部小；极板过高时常振打力不足
下部大上部小，能满足当前清灰要求
振打控制
独立控制每个电磁锤振打器的振打
不能根据工况变化调节振打
故障率
阴极线不易断，阳极板不产生热膨胀变形；施振点多，故障率高
阴极线承受剪切力，易发生阴极断线，阳极排较易产生热膨胀变形；检修工作量小
分小区供电
各振打机构相互独立，电场电晕功率较高
采用大电场供电，电场电晕功率较小
3.4控制技术
电除尘器的控制系统一般由四个分系统组成：
高低压控制系统，含高压整流、加热控制、电极振打、输灰控制以及除尘风机5部分；模拟量控制系统，包括整流电流电压、保温箱上下温度、灰斗高低料位、风机轴承温度、风道阀门开关等；操作系统和通迅系统。
整个控制系统的精度直接与除尘效果的优劣以及故障排除有关，尤其是高低压控制系统的完善，可提高电除尘器对粉尘及运行工况的适应性，提高收尘效果。
3.5其它
根据烧结机机头粉尘特性，可采用能提高微细粉尘除尘效率的粒子凝聚技术和改善电除尘器灰斗放灰控制，以提高除尘效率。
粒子凝聚技术是利用电的聚合特性收集微细粉尘。
如前几年提出的预荷电器，是在常规电除尘器上加一级预荷电器，使颗粒荷电和收尘过程分开，可使高浓度的微细颗粒产生更显著的凝并效果[18]。
以及澳大利亚Indigo技术公司采用的双极聚合器，在烟道内对烟气进行预荷电，再在一个混合器内使细粉尘黏附于大颗粒上以减小微细粉尘的浓度，目前已用于美国Watson及Valespoint电站。
灰斗放灰程序的控制，应保证灰仓内有一定灰封高度的前提下，尽快将灰放出，并保证定时放灰，加强灰斗要保温，使之不结露。
4应用案例
综合上述技术，在某钢厂对214m2烧结机尾电除尘器进行了技术改造，改造前与改造后的情况对比见下表：
表3某钢厂一期与改造后主要参数对比
序号
主要项目
一期设备
一期改造
1
处理烟气量m3/h
900000
900000
2
烟气温度℃
120~140
120~140
3
入口含尘浓度g/Nm3
5~15
5~15
4
出口含尘浓度g/Nm3
<0.1
<0.1
5
有效截面积m2
214
214
6
板间距mm
300
395
7
阳极板形式
CSV
CSV
8
阴极线形式
一电场扁钢芒刺
二电场角钢长芒刺
三电场角钢短芒刺
一、二、三电场RS（70）线
9
电场长度m
3.84×3
3.87×3
10
高压电源
1.8/60
1.5/80
11
设计除尘效率%
99.33
99.47
12
实测排放浓度mg/Nm3
193
45
13
阳极振打形式
侧部双面振打
侧部双面振打
14
阴极振打形式
顶部脱钩振打
侧部回转振打
15
出口槽形板
无
有
以上电除尘器改造主要基于三点：
（1）优化板线配置方式。
一是将板间距从原来的300mm适当增至395mm，二是将原来扁钢芒刺线换成放电特性较好的RS（70）线；
（2）调整气流分布装置。
由于原设备进口喇叭与气流分布板设计不合理，因此通过优化进口喇叭气流分布板的位置和开孔率，保证气流分布的均匀性。
（3）凹陷振打定位。
由于改造前的顶部脱钩振打，改造成了侧部回转振打，采用此振打方式满足了振打清灰要求。
该设备改造在1997年大修期间实施，运行后进行除尘性能实测6次，其测试平均值在27mg/Nm3，证明所改进的三项技术措施的可行性。
5结论
根据以上分析，并结合应用实例，钢铁工业烧结机电除尘器在选型设计和技术改造中应注意以下几个问题：
（1）改善电场伏安特性：
寻求最佳极配方式以克服反电晕和电晕闭塞问题，同时注意机头电除尘器极线、极板的防腐；
（2）改善气流组织：
CFD技术使模拟电除尘器内部气流组织变为可能，在降低投资成本和节省时间的前提下，为进一步优化气流组织提供了研究方向和途径；
（3）振打清灰：
确定合理的振打方式和制度，解决粘性粉尘的清除问题；
（4）其他途径：
如提高电除尘器高低压控制性能等。
参考文献
[2]王励前，晁宏勋.我国“九五”
[6][美]H.J怀特著，王成汉译，工业电收尘，北京：
冶金工业出版社1981
[7][美]S.小奥格尔斯比,G.B.尼科尔斯著,谭天佑译.电除尘器,北京：
水利电力出版社1983
[10
[11
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