淺談?dòng)绊憻Y(jié)機(jī)頭電除塵器效率的主要因素

黃 星

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

淺談?dòng)绊憻Y(jié)機(jī)頭電除塵器效率的主要因素

黃 星

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

針對燒結(jié)機(jī)頭煙氣、煙塵的特點(diǎn)，對影響機(jī)頭電除塵器運(yùn)行效率的主要因素進(jìn)行了分析，并提出了一些應(yīng)付不利因素的對策，為提高燒結(jié)機(jī)機(jī)頭除塵器除塵效率和使用壽命，進(jìn)一步加強(qiáng)和改善除塵器運(yùn)行效果，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放提供了理論依據(jù)及技術(shù)方案。

燒結(jié)機(jī)頭;氣流分布;比電阻;振打清灰;電控技術(shù)

1 概述

中國的鋼鐵企業(yè)經(jīng)過了近十年的飛速發(fā)展，已經(jīng)使我國成為了第一大產(chǎn)鋼國。但隨之而來的是鋼鐵企業(yè)的重污染，高耗能，不但嚴(yán)重地制約了鋼鐵企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，更嚴(yán)重地影響了我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的健康良性發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前鋼鐵企業(yè)的污染物排放僅粉塵就占了全國粉塵污染排放總量的15%。為此，控制鋼廠的粉塵排放也成了當(dāng)務(wù)之急，其中燒結(jié)機(jī)機(jī)頭排放的粉塵總量又占了一半以上。因此，必須對影響燒結(jié)機(jī)頭電除塵器運(yùn)行效率的主要因素進(jìn)行準(zhǔn)確掌控，才能保證機(jī)頭除塵器的安全高效運(yùn)行，保證除塵效率，最大限度地降低粉塵排放。

2 燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣及煙塵的特點(diǎn)

燒結(jié)機(jī)頭電除塵器屬于燒結(jié)機(jī)的工藝設(shè)備，與燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)的工藝流程有著密切的聯(lián)系。燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣屬高溫、高壓、高濕、含硫量大（燒結(jié)機(jī)排放的SO2占鋼廠SO2排放總量的60%）的煙氣。由于這些特殊性，使燒結(jié)機(jī)頭煙氣有別于通常的燃煤鍋爐煙氣。

2.1 煙氣的主要組成成分

燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣由以下來源：1）風(fēng)箱及各種管道的漏風(fēng)；2）過剩的空氣；3）點(diǎn)火器產(chǎn)生的煙氣；4）燃燒混合料水分及結(jié)晶水所生成的水蒸氣；5）混合料中可燃燒物燃燒時(shí)生成的CO2、CO；6）混合料中硫化物燃燒時(shí)生成的SO2及其它氧化物燃燒生成的廢氣；7）混合料收縮產(chǎn)生間隙而漏入的空氣；8）臺(tái)車的層料燃燒所生成的廢氣[1]。所以煙氣成分為N2、O2、CO2、CO、SO2等。

2.2 粉塵成分復(fù)雜

粉塵成分取決于燒結(jié)原料（精礦或富礦粉）、熔劑（石灰石、蛇紋石、白云石和生石灰）、燃料（焦炭粉或無煙煤粉）及燃燒工藝等。由于國內(nèi)的大鋼鐵企業(yè)使用的原料各不相同，因此粉塵成分也各不相同。大部分的含鐵原料都來自國外，部分國外礦料含有較高的Na、K、Zn等元素，在煙氣中以K2O、Na2O、ZnO的形式存在。在一些燒結(jié)機(jī)頭除塵器收集的粉塵中，K2O、Na2O的含量竟高達(dá)20%以上，而且K2O、Na2O粒徑細(xì)小、比重輕，極易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，對除塵器非常不利。所以粉塵中不僅有Fe2O2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MnO、P2O5、S、C、FeO，而且還有K2O、Na2O、ZnO等多種成分。

2.3 煙氣含塵濃度低

目前，國內(nèi)外的多數(shù)燒結(jié)廠均采用鋪底料系統(tǒng)，以提高成品率和保護(hù)燒結(jié)機(jī)臺(tái)車。有了鋪底料系統(tǒng)后，就可以使燒結(jié)機(jī)產(chǎn)生的飛灰粉塵大幅度降低，使煙氣含塵濃度維持在較低水平，一般在1～5g/Nm3，并且粉塵粒徑細(xì)小，不易捕集，尤其是粒徑為0.2μm的粉塵[2]所占比例較高。

2.4 粉塵比電阻高、黏度大

由于燒結(jié)工藝的影響，燒結(jié)粉塵中SiO2、Al2O3、CaO的含量非常高，這導(dǎo)致機(jī)頭除塵器后電場（三、四電場）煙塵的比電阻高、黏度大。這類粉塵較難荷電，吸附在極板后容易產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象[2]。

2.5 煙氣濕度高

一般燒結(jié)機(jī)都要經(jīng)過兩級或三級混料系統(tǒng)，混料時(shí)要加入大量的水或蒸汽。這些水分在燒結(jié)過程中均會(huì)以水蒸氣的形式進(jìn)入燒結(jié)煙氣中，而這些水蒸氣在煙氣溫度低于其露點(diǎn)溫度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生結(jié)露。此時(shí)，濕度較大的煙塵使得粉塵黏接力增強(qiáng)而附著在極板、極線上，不容易被振打掉，而且在陰極芒刺尖端會(huì)產(chǎn)生塵瘤，導(dǎo)致電場電流趨近于零，除塵效率幾乎為零。因此濕度高、SO2含量高的煙氣對除塵器的防腐性能提出了更高的要求。

2.6 煙氣負(fù)壓大

隨著大產(chǎn)量燒結(jié)機(jī)以及高堿度燒結(jié)工藝的廣泛應(yīng)用，燒結(jié)機(jī)的料層增厚了很多。在工藝設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了大風(fēng)量、高壓頭的抽風(fēng)機(jī)，使燒結(jié)系統(tǒng)在高負(fù)壓的狀態(tài)下運(yùn)行。所以，燒結(jié)機(jī)煙氣負(fù)壓相當(dāng)高，一般在1.5×104～2.6×104Pa之間。這就對燒結(jié)機(jī)機(jī)頭除塵器的強(qiáng)度和剛度提出了更高的要求。

總之，燒結(jié)機(jī)煙塵的特點(diǎn)可以歸納如下：1）粉塵比電阻高，一般在1011～1012Ω·cm；2）粉塵細(xì)，在2.5～100μm之間；3）黏度大；4）含濕量高，在8%～12%；5）煙氣負(fù)壓大，為1.5×104～2.6×104Pa。這些因素，極大地影響了所應(yīng)用的燒結(jié)機(jī)機(jī)頭電除塵器的除塵效果。

3 影響燒結(jié)機(jī)頭電除塵器運(yùn)行效率的主要因素

3.1 方案選型

近年來，由于國內(nèi)富鐵礦石資源貧乏，鋼鐵廠從海外大量引進(jìn)鐵礦石，由于海外礦石在海運(yùn)過程中為防止揚(yáng)塵等被人為摻入了大量海水，導(dǎo)致燒結(jié)機(jī)頭電除塵器收集的粉塵中K、Na含量普遍偏高，該類粉塵顆粒很細(xì)小，呈棉絮狀，比電阻高、黏性大，吸附到極板后很容易黏附在極板上，不容易清灰。從極板上被振打剝離時(shí)，又呈飛絮狀態(tài)，極易因二次揚(yáng)塵而被煙氣帶出除塵器，從而降低了除塵效率。因此合理的方案選型，是保證機(jī)頭電除塵器收塵效率的先決條件。

針對目前機(jī)頭電除塵器普遍存在的這種現(xiàn)象，以及目前國家對此類污染排放的環(huán)保新要求，滿足電除塵器長期穩(wěn)定運(yùn)行，在機(jī)頭電除塵器方案選型時(shí)，要保證以下條件：1）煙氣流速不宜過高，如果煙氣流速過高，粉塵很容易在還未完全荷電和沉降在極板之前，就被煙氣帶出了電除塵器，一般煙氣流速以不超過0.9m/s為宜，如此即能有效降低絮狀粉塵的逃逸；2）應(yīng)保證煙氣在電除塵器中有足夠的停留時(shí)間，一般停留時(shí)間應(yīng)在18s以上，充分保證細(xì)粉塵的處理時(shí)間。保證以上兩個(gè)因素，就能很好地保證除塵器有足夠的集塵面積。一般比集塵面積設(shè)計(jì)時(shí)以大于100m2/m3/s為宜。

3.2 氣流分布

用于冶金行業(yè)的電除塵器，氣流均布主要集中在兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是因工藝布局緊湊，入口煙道的環(huán)節(jié)；二是煙氣進(jìn)入除塵器喇叭入口后的環(huán)節(jié)。氣流分布狀況是關(guān)系電除塵器收塵效率的重要因素，而且投資小，見效快，簡單易行[3]。其主要影響方式如下：

（1）電除塵器入口前煙道的流量均布直接決定了進(jìn)入除塵器的風(fēng)量，從而嚴(yán)重影響除塵器的除塵效率（對于雙室或雙列而言），同時(shí)，煙道內(nèi)氣流分布的不均勻性（主要指喇叭入口前的偏流）也大大地增加了除塵器入口氣流均布的難度。

（2）在流速不同的區(qū)域除塵效率也不同。即流速低的地方效率高，而流速高的地方，除塵效率低。

（3）局部氣流速度高的地方會(huì)出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)造成嚴(yán)重的二次揚(yáng)塵。

上述因素綜合起來往往會(huì)使除塵器的效率降低20%～30%，甚至更高，因此對氣流分布要特別予以重視。在煙風(fēng)道布置上可設(shè)置導(dǎo)流裝置，確保流量均衡；在入口喇叭的氣流分布板采用阻流加導(dǎo)流的氣流分布板技術(shù)，并且通過數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)、現(xiàn)場調(diào)整三大措施，保證煙道和電場內(nèi)氣流分布均勻，確保電場內(nèi)氣流分布的均勻性σ〈0.25。合理的煙道布置和均流裝置的設(shè)置可大大降低系統(tǒng)阻力，節(jié)約能耗，提高電除塵器的效率。

3.3 煙氣溫度

電除塵器都是在一定的溫度下工作。對于同一種粉塵，即使在幾個(gè)電除塵器的規(guī)格和技術(shù)性能均相同的情況下，僅煙氣溫度不同，也可以使電除塵器的性能產(chǎn)生很大的差別。這主要是因?yàn)闇囟炔煌淖兞朔蹓m比電阻的結(jié)果。圖1是溫度與粉塵比電阻的關(guān)系曲線。圖中實(shí)線是粉塵比電阻與溫度的典型曲線，根據(jù)這條曲線，可以確定最適合電除塵器工作的溫度。

圖1 煙氣溫度與比電阻關(guān)系曲線

煙氣溫度對電除塵器性能的影響，還表現(xiàn)在溫度對氣體黏滯性的影響。在電除塵器電場中，氣體的溫度越高，煙氣的黏滯性越大，則粉塵驅(qū)進(jìn)速度越低。

另外，氣體的密度在很大程度上取決于氣體的溫度。假定氣體壓力不變，則氣體密度與氣體的絕對溫度成反比。因此，當(dāng)氣體溫度升高時(shí)，氣體的密度也就減少，從而使氣體的擊穿電壓相應(yīng)降低，除塵器的操作電壓也降低，因而也降低了除塵效率。

對于燒結(jié)機(jī)頭的高溫?zé)煔猓梢栽陔姵龎m器前面設(shè)置廢氣余熱利用裝置。一方面可以降低煙氣溫度有利于除塵器除塵，另一方面也節(jié)約了能量。

3.4 粉塵比電阻

通常所說的比電阻是指粉塵表觀的電阻率，是衡量粉塵導(dǎo)電性能的一個(gè)指標(biāo)[4]。粉塵比電阻值的大小，除與塵粒本身的電阻有關(guān)外，與煙氣參數(shù)也有密切關(guān)系。一般來說，煙氣溫度在100℃～200℃范圍內(nèi)的比電阻值最大[5]。如果對煙氣加濕（即增加煙氣組分中的水蒸氣含量），則提高了塵粒的表面導(dǎo)電性，可使比電阻值下降。煙氣溫度與比電阻的關(guān)系見下表；煙氣露點(diǎn)溫度與粉塵比電阻的關(guān)系見圖2。

煙氣溫度與比電阻的關(guān)系表（僅供參考）

圖2 煙氣露點(diǎn)溫度與粉塵比電阻的關(guān)系

實(shí)測表明，煙氣中粉塵比電阻值維持在106～1011Ω·cm時(shí)，最有利于電除塵器對粉塵的捕集，并能取得理想的除塵效果。在這個(gè)數(shù)值范圍以外，電除塵器的性能將下降。當(dāng)粉塵比電阻高于1011Ω·cm時(shí)，電除塵器的性能隨著比電阻的增高而下降。這是由于荷電的高比電阻粉塵在陽極板沉積后，電荷不容易釋放造成的。其使陽極板產(chǎn)生電暈放電的現(xiàn)象，稱為反電暈現(xiàn)象。而燒結(jié)機(jī)機(jī)頭的粉塵比電阻一般在1011～1012Ω·cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于106～1011Ω·cm，由于這一特質(zhì)，使得機(jī)頭除塵器很難保證高的除塵效率。

對高比電阻粉塵的捕集，主要可以采取新型電源（高頻電源）以及新的控制機(jī)理來供電，并采取斷電振打或加大振打頻率等手段，以達(dá)到提高除塵效率的目的。

3.5 漏風(fēng)

燒結(jié)機(jī)機(jī)頭配套的除塵器因長期處于高負(fù)壓運(yùn)行，如果除塵器密封不嚴(yán)，就會(huì)從外部漏入冷空氣，使通過除塵器的風(fēng)速增大，煙氣溫度降低，而這二者都會(huì)使煙氣露點(diǎn)發(fā)生變化，降低除塵器性能。

燒結(jié)機(jī)機(jī)頭的粉塵一般都比較細(xì)，如果從灰斗或排灰裝置漏入空氣，將會(huì)造成收集的粉塵產(chǎn)生再飛揚(yáng)，使除塵效率降低，還會(huì)使灰受潮而黏附在灰斗上造成卸灰不流暢，甚至產(chǎn)生堵灰。根據(jù)測定，通過灰斗漏入的風(fēng)，相當(dāng)于粉塵濃度達(dá)300～400mg/m3的含塵氣體流入電場。若從煙道閥門、伸縮節(jié)、檢查門、絕緣套管等處漏入冷空氣，不僅會(huì)增加除塵器的煙氣處理量，而且會(huì)由于溫度下降出現(xiàn)冷凝水，引起電暈線肥大，絕緣套管爬電等故障。因此除塵器本體防止漏風(fēng)就非常重要。

要確保除塵器本體的密閉性，需將漏風(fēng)率控制在3%以下。采取的措施有：1）除塵器在滿足檢修的前提下，盡可能降低開孔數(shù)；2）殼體各部件之間的連接要合理，保證現(xiàn)場安裝密封焊的可行性；3）人孔門設(shè)計(jì)成雙層結(jié)構(gòu)，采用硅橡膠材料密封；4）陰陽極振打軸穿孔處設(shè)有密封裝置等。采用上述措施，可有效降低除塵器本體的漏風(fēng)率，加上本體可靠的保溫層設(shè)計(jì)，可使除塵器運(yùn)行在露點(diǎn)溫度以上。

3.6 提高絕緣性能

機(jī)頭電除塵器的煙氣中含有大量的水分和SO2，一般煙氣中含水量在8%～12%，SO2含量小于0.1%。箱型梁和瓷軸箱內(nèi)設(shè)有電加熱裝置和溫度檢測裝置，可有效防止電瓷支柱、瓷套管和電瓷轉(zhuǎn)軸結(jié)露。當(dāng)燒結(jié)機(jī)臺(tái)車速度減慢，或短暫停機(jī)時(shí)進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度會(huì)超過200℃，這時(shí)瓷套管內(nèi)外溫差較大容易破裂。箱型梁電加熱裝置的功率必須足夠，溫度一般不能低于100℃ 。同時(shí)，把絕緣子的尺寸加高、絕緣子的小口加大設(shè)計(jì)尺寸，可減少爬電現(xiàn)象；材質(zhì)采用95瓷，更適合機(jī)頭高溫條件下使用。

3.7 振打清灰

電除塵器的振打清灰，必須使振動(dòng)沖擊傳遞到整排極板、極線，盡量除去黏附在其上的粉塵層，防止粉塵堆積過厚和長時(shí)間停留在電極板上。這意味著不僅要有足夠大小的振打力，而且沖擊力要分布均勻。即使如此，在振打程中，一部分粉塵仍會(huì)重返氣流，形成振打清灰時(shí)的二次揚(yáng)塵。

由于各電場粉塵濃度和粒徑不一樣，在相同時(shí)間內(nèi)，陽極板表面所堆積的粉塵厚度也不相同，合理的振打制度應(yīng)該是粉塵堆積到適當(dāng)厚度再進(jìn)行振打，這樣才能使粉塵層成塊狀或片狀從極板表面剝離下來，而不是被擊碎成小粒子，再飛散到氣流中。合理的振打制度是：在保持最佳供電的狀態(tài)下，兩次振打的間隔時(shí)間盡可能長些。由于各電場粉塵黏附力不一樣，各電場的振打力也不應(yīng)相同。因此，振打間隔時(shí)間及振打力最好通過試驗(yàn)確定，以保證振打時(shí)產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵最少。當(dāng)這種規(guī)則確定好之后，除塵器在運(yùn)行過程中應(yīng)嚴(yán)格按照這個(gè)規(guī)則來實(shí)行振打控制。

針對機(jī)頭粉塵黏附力大的情況，可采用加長加重式的整體錘。實(shí)踐測定，采用了加長加重式整體錘后，極板上各點(diǎn)的沖擊振動(dòng)加速度大于200g，陰極線上各點(diǎn)沖擊振動(dòng)加速度大于150g，超過了德國魯奇公司的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3.8 電控技術(shù)

在機(jī)頭電除塵器的電氣設(shè)備配置上，如何使電氣設(shè)備和本體有機(jī)地結(jié)合，是保證除塵器穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵。目前行業(yè)流行的最佳電氣配置方案是：一電場配置高頻電源，二、三、四電場配置工頻電源。如此，既能發(fā)揮高頻電源的高適應(yīng)性和穩(wěn)定性，又能倍增后續(xù)電場工頻電源的輸入電場功率，從而達(dá)到提升除塵效率的目的。

為提高電除塵器的控制水平，電除塵器智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用也能在一定程度上改善除塵器的運(yùn)行狀況。在運(yùn)行人員不是非常專業(yè)的情況下，智能控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)選擇最佳的運(yùn)行模式，使除塵器在最佳工況下運(yùn)行。同時(shí)，節(jié)能軟件包的應(yīng)用也可使電除塵器在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下大幅節(jié)能，符合鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

[1]康進(jìn)花，康建斌.燒結(jié)機(jī)頭電除塵器的特點(diǎn)及選型探討[J].中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2006.

[2]譚松濤，殷征，等.265m2燒結(jié)機(jī)機(jī)頭除塵器運(yùn)行參數(shù)分析[J].萊鋼科技，142.

[3]何劍，徐國勝，李麗梅.電除塵器氣流均布影響因素實(shí)驗(yàn)分析[J].電力環(huán)境保護(hù)，2006，22（3）.

[4]黎在時(shí).電除塵器的選型安裝與運(yùn)行管理[M].北京：中國電力出版社，2005.

[5]田園，等.除塵設(shè)備設(shè)計(jì)安裝運(yùn)行維護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范操作指南[K].2003，9.

Simple Explain Main Factors that Make Impact on Efficiency of Electric Precipitator of Sintering Machine Head

HUANG Xing
(Fujian Longking Co., Ltd, Longyan Fujian 364000, China)

Based on the characteristics of flue gas and dust of sintering machine head, the paper makes an analysis on the main factors that make an impact on operation efficiency of electric precipitator of machine head, puts forward countermeasures which deal with disadvantage factors, so as to enhance the dust removal efficiency and use-life, strengthen and improve the operation effect of precipitator, and provide the theoretical base and technical scenario and to meet the emission standard.

sintering machine head; airflow distribution; specific resistance; shaking and cleaning dust; electric control technology

X701.2

A

1006-5377（2012）06-0049-04