電除塵器的改造設(shè)計(jì)

宋玉軍，呂峙勇，鄭俊興

(唐山三友集團(tuán)青海五彩堿業(yè)有限公司，青海海西州 816200)

電除塵器的改造設(shè)計(jì)

宋玉軍，呂峙勇，鄭俊興

(唐山三友集團(tuán)青海五彩堿業(yè)有限公司，青海海西州 816200)

介紹窯氣電除塵器的改造過程，電除塵器內(nèi)件選擇方案以及試車過程中出現(xiàn)的問題及解決改進(jìn)措施，為純堿行業(yè)電除塵器改造提供一種新思路。

電除塵器；蜂窩式陽極管；芒刺陰極絲；陰極防擺裝置；除塵效率

在氨堿法生產(chǎn)純堿過程中，石灰窯產(chǎn)生的窯氣中含有大量的粉塵，進(jìn)入壓縮機(jī)之前必須進(jìn)行除塵、降溫，否則將影響壓縮機(jī)的使用壽命，堵塞冷卻器，甚至影響產(chǎn)品質(zhì)量。在純堿行業(yè)窯氣除塵工藝一般選用三級(jí)除塵，第一級(jí)是旋風(fēng)分離器對(duì)大顆粒粉塵進(jìn)行初次凈化；第二級(jí)除塵一般選用窯氣洗滌塔對(duì)窯氣進(jìn)行逆流洗滌，進(jìn)一步去除粉塵，同時(shí)降低窯氣溫度；最后一級(jí)采用靜電除塵方式，對(duì)微小塵粒(0. 5 μm以上)凈化。靜電除塵器大多數(shù)采用濕法單級(jí)管式電除塵器，陽極管(沉降極)采用φ273～φ325 mm圓形碳鋼管，陰極采用2～4 mm的不銹鋼絲，這種結(jié)構(gòu)的電除塵器運(yùn)行時(shí)二次電壓較高，二次電流偏低，運(yùn)行初期除塵效率較高，但隨著運(yùn)行時(shí)間增加，陽極管容易銹蝕(含電腐蝕)，粉塵積聚結(jié)疤，造成電除塵器異極間距發(fā)生變化，放電頻繁，運(yùn)行不穩(wěn)定，除塵效率下降。同時(shí)由于窯氣中的CO2氣體遇水后呈弱酸性，對(duì)陽極管腐蝕加劇，一般碳鋼材質(zhì)的陽極管壽命不超過五年。我公司電除塵器原設(shè)計(jì)6臺(tái)，規(guī)格φ6000×15300，單臺(tái)處理能力32 000～40 000 m3/h，由于多種原因，自投用以來始終未能正常工作，窯氣含塵量高，縮短了后續(xù)生產(chǎn)設(shè)備的正常使用周期。為保證公司生產(chǎn)穩(wěn)定，經(jīng)過多方調(diào)研論證，決定對(duì)電除塵器進(jìn)行改造升級(jí)。

1 改造方案

總體思路：利用原電除塵器基礎(chǔ)及配套高、低壓電器，對(duì)電除塵器本體、內(nèi)件全部改造更換。

1.1 除塵器殼體

1.殼體 2.氣體分布板 3.重錘 4.陰極線定位架 5.陰極線 6.陽極管組 7.陰極線吊架裝置 8.噴淋沖洗設(shè)置 9.頂蓋 10.絕緣箱圖1 電除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

原除塵器殼體壁厚6 mm，內(nèi)外防腐均為普通醇酸油漆，由于內(nèi)部屬弱酸環(huán)境，腐蝕嚴(yán)重，殼體發(fā)生嚴(yán)重變形，內(nèi)件垂直度偏差最大超過30 mm，造成電除塵無法運(yùn)行。此次改造將殼體壁厚增加至12 mm，外防腐機(jī)械除銹處理，涂刷兩道底漆和兩道面漆，底漆為環(huán)氧紅丹，面漆為氯磺化聚乙烯面漆。內(nèi)部防腐采用內(nèi)襯厚度為7 mm 的聚烯烴(俗稱PO，PO是乙烯、丙烯和丁烯共聚而成的一種烯烴共聚物，具有耐腐蝕、耐高溫及低溫、耐負(fù)壓、抗老化的特性)，同時(shí)為了保證其不脫落，殼體內(nèi)壁焊接龜甲網(wǎng)，然后熱塑旋轉(zhuǎn)一次成型，并選用JG-373型電火花微孔探傷儀，在輸出電壓為30 kV下進(jìn)行探傷，以免存在缺陷。這種防腐方式可保證電除塵器外殼壽命達(dá)到20年以上。

1.2 陽極管束

原除塵器的陽極管148根，規(guī)格為φ325×5，長(zhǎng)4.6 m，碳鋼材質(zhì)，焊接在上下花板上，由于氣流沖刷及腐蝕，陽極管下部厚度約1 mm，內(nèi)部結(jié)疤厚度達(dá)10 mm以上。為了解決腐蝕及結(jié)疤問題，此次改造，陽極管采用拉擠成型導(dǎo)電玻璃鋼陽極管束。這種管束由正六邊形導(dǎo)電玻璃鋼管組成，排列后呈蜂窩狀。其橫截面主要有三層結(jié)構(gòu)組成，內(nèi)層為導(dǎo)電的碳纖維樹脂層，中間為超強(qiáng)玻璃纖維增強(qiáng)層，外層為玻璃纖維樹脂層。其導(dǎo)電性好，接近普通鋼鐵的導(dǎo)電性；耐腐蝕性強(qiáng)，可耐硝酸、硫酸、氫氧化鈉等強(qiáng)酸、強(qiáng)堿；重量輕，僅相當(dāng)于相同規(guī)格碳鋼管的1/6左右；壽命長(zhǎng)，是普通碳鋼管的5倍左右；強(qiáng)度高、阻燃性好，結(jié)構(gòu)緊湊，蜂窩型結(jié)構(gòu)使每個(gè)極管的內(nèi)外表面都成為沉淀表面，不存在死區(qū)。因此，對(duì)處理相同負(fù)荷的煙氣，它的體積小，占地面積少；此外，這種結(jié)構(gòu)又具有相似于圓管式電收塵器的較好的氣流和電場(chǎng)分布，有利于除塵效率的提高。尤其是隨著制作工藝的改進(jìn)，拉擠成型導(dǎo)電玻璃鋼陽極管束內(nèi)表面光滑(絕對(duì)粗糙度僅為0.01 mm，遠(yuǎn)小于鋼管內(nèi)壁粗糙度)，不易結(jié)垢，各項(xiàng)性能優(yōu)良，是濕式電除塵的理想材料。我公司根據(jù)設(shè)備基礎(chǔ)尺寸以及處理能力，選用196根內(nèi)切圓φ300，長(zhǎng)度4.5 m的陽極管束，管束分成四瓣，懸吊于十字框架內(nèi)(見圖2)。此結(jié)構(gòu)比原除塵器陽極管增加了48根，收塵截面積增加32%，氣速的降低，有利于粉塵的沉積，提高除塵效率。

圖2 蜂窩式陽極管截面圖

1.3 陰極線

陰極線的選用是電除塵運(yùn)行好壞的重要因素之一，直接關(guān)系電除塵器的除塵效率、耗能以及運(yùn)行的穩(wěn)定性。陰極線選用標(biāo)準(zhǔn)首先應(yīng)牢固可靠、機(jī)械強(qiáng)度大、不斷線、不掉線。其次是電氣性能良好，因?yàn)殛帢O線的形狀和尺寸可在某種程度上改變起暈電壓、電流和電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和分布。良好的電氣性能是指使陽極板上的電流密度分布均勻、平均電場(chǎng)強(qiáng)度高；對(duì)于含塵濃度高、粉塵粒徑細(xì)及高比電阻粉塵，均表現(xiàn)出極大的適應(yīng)性。第三，伏安特性曲線理想。指每個(gè)獨(dú)立供電的電場(chǎng)或室通電后，伏安特性曲線的斜率要大，這意味著在相同的電壓下粉塵荷電的幾率大。原電除塵陰極線采用φ4不銹鋼圓絲，這種陰極線易斷，起暈電壓高，運(yùn)行時(shí)的二次電壓也高，同時(shí)在下部易結(jié)疤，造成陰極線肥大，影響電除塵器的正常運(yùn)行。此次改造按照牢固可靠性、經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮，并根據(jù)窯氣中粉塵的粒徑及性質(zhì)，采用鉛銻合金材質(zhì)，小圓弧魚骨芒刺線，這種陰極線適用各種酸性煙氣，不僅起暈電壓低(20 kV左右)，而且可使電除塵器處于較低電壓，較大電流的工況下運(yùn)行；電流密度可達(dá)1.45 mA/m，比老式陰極線提高了3～4倍，塵粒驅(qū)進(jìn)速度提高近2倍。因此在高氣速(1.5 m/s以上)情況下，塵粒仍能有效捕集下來，同時(shí)抗擊粘附和臟物能力強(qiáng)，避免陰極線肥大，使電除塵器能夠長(zhǎng)周期正常運(yùn)行。

1.4 絕緣子

電除塵器的絕緣子不同于一般電氣工程上的絕緣件，它除了要求有大爬距、不積灰的外形， 以適應(yīng)電除塵器內(nèi)惡劣的工況環(huán)境外，更要求絕緣子的內(nèi)在材質(zhì)具有良好的機(jī)、電、熱性能， 以保證在一定溫度的環(huán)境中正常可靠的工作。電除塵器絕緣子在整臺(tái)設(shè)備投資中雖然所占的比重很小( 僅占工程總價(jià)的千分之幾) , 但它是主機(jī)中一個(gè)關(guān)鍵的基礎(chǔ)件。因此, 如何設(shè)計(jì)和選擇絕緣子關(guān)系到整個(gè)除塵器的品質(zhì)和投運(yùn)后的費(fèi)用。原設(shè)計(jì)電除塵器絕緣子采用XHP-100普通高壓線路盤型懸式絕緣子，每組3個(gè)，運(yùn)行中經(jīng)常擊穿放電，造成電除塵不能正常運(yùn)行。此次改造選用了性價(jià)比較高的石英材質(zhì)，支撐型錐形絕緣子(見圖3)，它雖然沒有高鋁絕緣子耐熱性強(qiáng)，但考慮到窯氣實(shí)際工作溫度及承載強(qiáng)度，石英材質(zhì)絕緣子已經(jīng)可以滿足工況要求。

改造前 改造后圖3 絕緣子改造前后對(duì)比

1.5 電氣及其他

現(xiàn)有電除塵的高壓電源為GGAjO2-0.5A/72kV型高壓硅整流變壓器，控制系統(tǒng)為福建龍巖電控設(shè)備廠的HP-3000型控制器，控制器參數(shù)為0.4 A/(60～72)kV，屬恒流源。恒流源就是高壓控制設(shè)備通過采樣輸出電流并反饋，來調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角，達(dá)到回路電壓和電阻之比恒定不變或在設(shè)定區(qū)域內(nèi)不變，從而實(shí)現(xiàn)了電流恒定控制，能有效的抑制電場(chǎng)放電，避免電場(chǎng)閃絡(luò)拉弧，提高了收塵效果，又節(jié)約能源。根據(jù)陰極線的布置數(shù)量，高壓硅整流變壓器功率及HP-3000-2控制器略小，但考慮到電除塵改造及運(yùn)行的實(shí)際情況，本著節(jié)約投資的原則，電氣部分基本上可以滿足工藝除塵要求，因此沒有進(jìn)行改造。

氣體分布板原電除塵器采用碳鋼材質(zhì)，板厚3 mm, 均布1 774個(gè)φ60的孔，雖然做了普通防腐處理，但沖刷腐蝕基本殆盡。現(xiàn)采用FRPP材質(zhì)，板厚15 mm，均布2 680個(gè)φ40的孔，解決沖刷腐蝕問題。

此外在電除塵的排水管道加裝安全水封，防止系統(tǒng)負(fù)壓過高損壞設(shè)備及管道。

2 安裝調(diào)試、運(yùn)行中存在的問題

2.1 安裝調(diào)試存在問題

1)由于陰極防擺框架為寬500 mm聚丙烯焊接成型，陰極線穿過聚丙烯板上的定位孔，造成單根陰極線調(diào)整困難，因此對(duì)其結(jié)構(gòu)改造完善，形成左右前后均可調(diào)整結(jié)構(gòu)，便于后期維護(hù)調(diào)整。

2)陽極管束拉齊工藝脫模處理不干凈，部分內(nèi)壁粘有塑料薄膜，空載試車電流電壓正常，通氣后薄膜被氣流吹起，造成頻繁放電，后將其處理后正常。

2.2 運(yùn)行參數(shù)

經(jīng)過一個(gè)多月的調(diào)試運(yùn)行，滿負(fù)荷試車時(shí)，二次電流穩(wěn)定在380 mA,二次電壓在45～50 kV之間，火花放電次數(shù)基本為零。正常投入運(yùn)行后，除塵器整體故障率極低(半年來無故障)。經(jīng)過對(duì)陽極管及陰極線的內(nèi)部檢查，內(nèi)壁未出現(xiàn)結(jié)疤、結(jié)垢現(xiàn)象。

2.3 除塵效率

正常運(yùn)行后，對(duì)除塵器的除塵效率進(jìn)行查定，查定數(shù)據(jù)如表1。

表1 除塵器的除塵效率查定

由上表可以看出除塵效率平均在98.6%以上，窯氣含塵均小于10 mg/m3，完全滿足下一工序的要求。

3 結(jié) 語

1)蜂窩式導(dǎo)電玻璃鋼電除塵器在純堿行業(yè)屬首次應(yīng)用，使用效果較好，有推廣價(jià)值，同時(shí)對(duì)于新建窯氣電除塵可以節(jié)約基建及設(shè)備投資。

2)電除塵器的陰極防擺框架較輕，氣流低速運(yùn)行比較穩(wěn)定，氣速突然增加后，穩(wěn)定性差，應(yīng)增加防擺裝置。

[1] 張殿印，王純.除塵工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

[2] 龍濤.電除塵器絕緣子的設(shè)計(jì)與選擇[C].第二屆全國(guó)脫硫?qū)W術(shù)會(huì)議論文集，2003

[3] 郝德山.蜂窩式導(dǎo)電玻璃鋼電霧除塵器的試驗(yàn)總結(jié)[J].硫酸工業(yè)，2000(4)

TQ114.15

B

1005-8370(2017)01-43-04

2016-07-06

宋玉軍(1976—)，工程師，從事石灰生產(chǎn)工作多年?，F(xiàn)任青海五彩堿業(yè)有限公司石灰車間副主任。