濕式靜電除塵器（WESP）蜂窩收塵極的制作

丁紅星

[普銳特冶金技術(shù)（中國）有限公司 供應(yīng)商質(zhì)量管理部，上海201108]

0 引言

濕式電除塵器通常簡稱WESP[1]。濕式電除塵器采用放電極對粉塵粒子荷電并遷移到收塵極收集，通過水霧噴嘴在一定間隔沖刷收塵極表面來進(jìn)行清灰，可有效收集微細(xì)顆粒物（PM2.5 粉塵、SO3酸霧、氣溶膠）、重金屬（Hg、As、Se、Pb、Cr）、有機(jī)污染物（多環(huán)芳烴、二噁英）等。使用濕式電除塵器后含濕煙氣中的煙塵排放可達(dá)10 mg/m3甚至5 mg/m3以下。與干燥顆粒相比，濕粉塵更容易荷電。因此，濕式電除塵器適用于含濕煙氣的處理，尤其適用在鋼廠濕法脫硫之后含塵煙氣的處理上，水在底部的罐（地上）或水池（地下）收集并泵送到水處理廠。

WESP 位于現(xiàn)有的濕法氣體凈化設(shè)備和ID 風(fēng)機(jī)之間。這種布置的一個主要優(yōu)點(diǎn)是原來的氣體凈化設(shè)備能夠保持不變，因?yàn)闈M足排放限值要求的所有深度凈化都在WESP 中完成[2]。同時，ID 風(fēng)機(jī)需要的維修工作量（比如定期人工清理和重新調(diào)平衡）也大為減少，因?yàn)閺U氣在進(jìn)入ID 風(fēng)機(jī)時就已經(jīng)非常清潔，如圖1 所示。WESP 為豎流式（立式）設(shè)計，蜂窩式結(jié)構(gòu)，采用耐腐蝕的316L 材料作為收塵極，氣體流向?yàn)榇怪狈较蜻M(jìn)出。一般來說，同等通氣截面積情況下豎流式濕式靜電除塵器效率為橫流式的2 倍。WESP 具有除塵效率高、壓力損失小、操作簡單、能耗小、無運(yùn)動部件、無二次揚(yáng)塵、維護(hù)費(fèi)用低、生產(chǎn)停工期短、可工作于煙氣露點(diǎn)溫度以下、由于結(jié)構(gòu)緊湊而可與其他煙氣治理設(shè)備相互結(jié)合、尤其適合于效率較低的老式濕法轉(zhuǎn)爐廢氣凈化系統(tǒng)的改造和升級等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 濕式靜電除塵器布置圖

1 濕式靜電除塵器的組成

濕式靜電除塵器有七個部分，如圖2 所示。

圖2 濕式靜電除塵器的組成

2 蜂窩收塵極的制作

2.1 蜂窩收塵極的結(jié)構(gòu)形式

蜂窩式收塵極為豎流式設(shè)計，蜂窩式桶狀結(jié)構(gòu)。在制作時分為4 瓣制作，然后拼裝為整體桶狀結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。

圖3 蜂窩收塵極整體及1/4 瓣結(jié)構(gòu)

2.2 蜂窩收塵極原材料的焊接性分析

本項目濕式靜電除塵器的蜂窩收塵極采用厚度為2.5 mm 的316L 不銹鋼來制作。316L 是一種不銹鋼材料牌號，AISI 316L 是對應(yīng)的美國標(biāo)號，sus 316L是對應(yīng)的日本標(biāo)號。我國的統(tǒng)一數(shù)字代號為S31603，標(biāo)準(zhǔn)牌號為022Cr17Ni12Mo2，表示主要含有Cr、Ni、Mo，數(shù)字表示大概的百分含量。國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 20878-2007（現(xiàn)行版）。316L 不銹鋼的化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)見表1。

表1 316L 不銹鋼的化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)

316L 因其優(yōu)異的耐腐蝕性在各行業(yè)尤其是化工行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。316L 也是屬于18-8 型奧氏體不銹鋼的衍生鋼種，添加有2% ～3%的Mo 元素。由于在Cr18Ni8 的基礎(chǔ)上添加了2%的Mo，賦予了這種鋼質(zhì)良好的耐還原性和耐點(diǎn)蝕能力。在各種有機(jī)酸、無機(jī)酸、堿、鹽類、海水中均有適宜的耐腐蝕性，在還原性酸性介質(zhì)中其耐蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于304 和304L。但不銹鋼的導(dǎo)熱性差。通常其導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼的1/3。奧氏體型不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)較其他不銹鋼略低，與普通碳素鋼相比，100 ℃時奧氏體型不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為其1/4。這就導(dǎo)致焊接時熱量很難從加熱區(qū)傳導(dǎo)出去，從而產(chǎn)生較大的焊接變形。316L 的熱導(dǎo)率見表2。根據(jù)收塵極的使用要求，較大的焊接變形將直接影響濕式靜電除塵器的除塵效果。因此薄板不銹鋼焊接時需要解決導(dǎo)熱性差的問題，同時還要注意表面的保護(hù)，才能保證最終產(chǎn)品的除塵效果。

表2 316L 的熱導(dǎo)率

2.3 蜂窩收塵極焊接方法與焊接材料的選擇

為保證除塵效果及耐腐蝕性能的發(fā)揮，蜂窩收塵極采用與母材相同的316L 焊接材料進(jìn)行焊接。

為盡量減少焊接變形及保護(hù)表面質(zhì)量，對于間斷焊縫，采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）；對于連續(xù)焊縫，采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊（FCAW）。

2.4 原材料表面的保護(hù)

為保證除塵效果，蜂窩收塵極采用的不銹鋼板表面質(zhì)量必須非常好，而且在后續(xù)的裝配、焊接中也要盡量保證不銹鋼表面不受損壞。

首先，在物理上對不銹鋼板材表面進(jìn)行保護(hù)。在切割工序，對切割成型的不銹鋼板采用泡沫墊等材料表面保護(hù)，隔絕板與板之間的接觸，以免產(chǎn)生劃傷。在彎曲工序，采用特殊的折彎保護(hù)膜來隔絕壓模與不銹鋼板材的接觸，防止污染。在裝配、焊接工序，要求施工人員全程配戴干凈的手套和鞋套，隔絕油污、汗液對不銹鋼板表面的污染。在零件吊運(yùn)過程中，采用真空吸盤吊具，保證不銹鋼板表面不受污染。如圖4 所示。

圖4 施工人員配戴手套、鞋套

2.5 原材料的切割

蜂窩收塵極的板厚為2.5 mm，法蘭及支撐等板厚為10 mm。為提高裝配精度，減少累積誤差，蜂窩板采用激光切割，使尺寸精度可以控制在±0.5 mm 以內(nèi)。如圖5，切割時把間斷焊的定位位置通過激光切割切出，保證了間斷焊的間距一致，焊縫整齊、美觀，也保證了將來的除塵效果。法蘭板等的焊接坡口采用手工打磨，采用坡口樣板或焊接量規(guī)來測量坡口打磨角度。打磨時需注意不要和碳鋼零件產(chǎn)生污染。有條件的供應(yīng)商也可以考慮采用機(jī)加工的方法來加工坡口，但要注意表面的污染問題。

圖5 定位與檢查

2.6 原材料的彎曲成型

根據(jù)蜂窩的構(gòu)造，將整個蜂窩桶體分為4 瓣。每個1/4 蜂窩的制作工藝為從蜂窩的直角頂點(diǎn)起開始裝配，逐步向外生長，直到完成1/4 蜂窩，然后安裝兩側(cè)法蘭，完成1/4 蜂窩的裝配，最后在現(xiàn)場將四瓣1/4蜂窩拼裝成整體蜂窩。從1/4 蜂窩的直角頂點(diǎn)開始，按照蜂窩的裝配順序，將6 邊形的蜂窩板轉(zhuǎn)化為8 種折邊板。每類折邊板既要保證能夠折邊，也要保證間斷焊的可焊到性，同時盡可能連續(xù)以減少外部3.8 m長的全熔透焊縫的數(shù)量。根據(jù)8 種折邊板的形狀，計算折邊板的展開尺寸，并制作工裝，在展開的板材上畫出折邊線的位置，方便后續(xù)折邊。為防止污染，使用厚不銹鋼板制作折邊工裝，并在可能接觸的碳鋼壓模表面覆蓋折彎保護(hù)膜，用于隔絕不銹鋼與碳鋼的接觸。如圖6 所示。

圖6 八種折邊板

3 蜂窩的焊接

蜂窩焊接的難點(diǎn)在于采用的焊接方法要盡可能不損傷表面并盡可能減少焊接變形，同時要采用工裝使所有焊縫成型美觀，表面光滑，這樣在將來使用時不易積塵。

3.1 焊接時對表面的保護(hù)

焊接采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）和藥芯焊絲氣體保護(hù)焊（FCAW），焊接時焊接氣體或氣體和渣殼聯(lián)合對熔池進(jìn)行保護(hù)。在焊縫的兩側(cè)噴涂抗飛濺劑，保護(hù)焊縫兩側(cè)不被焊接飛濺污染。在焊縫的背面采用氬氣保護(hù)，以防止氧化。焊接時焊接局部采用散熱措施，盡量減小熱影響區(qū)域。

3.2 減少焊接變形的舉措

3.2.1 焊接方法的選擇

蜂窩的內(nèi)部單元之間為間斷焊，間斷焊采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊，以減小焊接變形。蜂窩外部的17 條3.8 m 長的全熔透焊縫，考慮到焊接工作量較大，因此采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊。電源采用直流脈沖電源，因?yàn)槊}沖電源僅需要很小的電流來維持電弧的燃燒，僅在熔滴過渡時使用脈沖，因此整體的熱輸入較小，有利于減少焊接變形。有條件的供應(yīng)商可以采用熱量更為集中的熱源進(jìn)行焊接，以進(jìn)一步減少焊接變形，但必須保證焊縫強(qiáng)度和氣密性要求。

3.2.2 極性的選擇

直流焊接時，陽極與陰極的發(fā)熱量不同，因?yàn)殛帢O具有電子發(fā)射的作用，而陽極被大量電子撞擊，除了電能之外，還獲得了額外的電子的動能，因此得到的能量更多一些，溫度也就更高。因此在薄板焊接時，極性的選擇非常重要，薄板要接在發(fā)熱量小的極性一側(cè)。蜂窩焊接時，蜂窩本體接陰極，焊絲接陽極，為直流反接。

3.2.3 焊接順序的安排

合理的焊接順序有利于減少焊接變形[4]。在蜂窩內(nèi)部的間斷焊焊接時，應(yīng)采用分中焊接等方法來減少焊接變形。在蜂窩外部的17 條3.8 m 長的全熔透焊縫焊接時，也要采取分段跳焊的方式來減少焊接變形。很多供應(yīng)商都認(rèn)為焊接工序可以搶一搶，因此在總的制造周期中分給焊接工序的時間往往很少，焊接時間集中，必然導(dǎo)致熱輸入量大，引起的焊接變形就大，最后導(dǎo)致除塵效果差。因此，在蜂窩訂單的開球會上，就要求供應(yīng)商盡可能加快前期的采購，外協(xié)下料，內(nèi)部彎制的周期，給焊接工序留出充分的時間，以便于焊接工序的有序受控進(jìn)行。

3.2.4 防變形工裝的使用

根據(jù)蜂窩的焊接工藝，兩側(cè)的法蘭最后安裝、焊接，所以在前期的焊接階段，蜂窩的兩側(cè)均為開口狀態(tài)，這不利于減少焊接變形。因此，供應(yīng)商特制了六邊形的支撐工裝，在前期的裝配、焊接階段嵌入兩側(cè)蜂窩內(nèi)部，起到穩(wěn)定支撐蜂窩兩側(cè)邊，防止焊接變形的作用。由于支撐工裝數(shù)量較大，為節(jié)省成本，供應(yīng)商采用碳鋼板本體，與蜂窩接觸的六邊不銹鋼薄板包邊的方式來制作六邊形的支撐工裝。

在使用六邊形支撐工裝的過程中發(fā)現(xiàn)了一些工人安裝六邊形工裝的問題。一是野蠻裝配問題，對個別制作尺寸不到位的支撐工裝，個別工人野蠻裝配，榔頭硬敲，導(dǎo)致蜂窩表面劃傷。要求工人在裝配前必須對支撐工裝進(jìn)行檢驗(yàn)，對于不合格的支撐工裝，如不銹鋼包邊脫落、尺寸不合格的，返修合格后方可使用。二是裝配定位問題，所有嵌入兩側(cè)蜂窩內(nèi)部的支撐工裝應(yīng)盡可能安裝在同一平面上，以形成整體的類似一堵墻似的形狀來抵抗變形，分散的支撐工裝將大大減小對變形的抵抗能力。這就要求工人在施工時小心裝配，仔細(xì)測量支撐工裝的定位尺寸。三是支撐工裝的數(shù)量問題，在實(shí)際施工時，由于支撐工裝的數(shù)量不足，導(dǎo)致部分蜂窩沒有安裝支撐工裝，在后續(xù)的尺寸測量中證實(shí)，沒有支撐工裝的蜂窩，變形要比有支撐工裝的蜂窩大，這也證明了六邊形支撐工裝對蜂窩兩側(cè)變形的抵抗作用。

3.2.5 變位工裝的使用

蜂窩周圍的17 條3.8 m 長的全熔透焊縫是焊接的難點(diǎn)，難度在于既要保證全熔透及美觀，又要保證不會引起很大的焊接變形。

供應(yīng)商制作了簡易變位工裝，將單個1/4 蜂窩卡在變位工裝上，通過旋轉(zhuǎn)變位工裝，使這17 條3.8 m長的全熔透焊縫始終處于平焊位置進(jìn)行施焊。在焊接時要注意，長焊縫應(yīng)采用跳焊的方法進(jìn)行施焊，不能一次性焊完，以避免引起過大的焊接變形。在焊接時可采用焊接局部濕抹布覆蓋等方法盡可能地帶走焊接產(chǎn)生的熱量，以減少焊接變形。這17 條3.8 m 長的全熔透焊縫對焊接變形的影響很大。在實(shí)際一處焊縫發(fā)生返修的位置測量蜂窩的平面度等，發(fā)現(xiàn)超差，最后采用橡皮榔頭整形等措施進(jìn)行修整。所以保證這17 條3.8 m 長的全熔透焊縫的一次焊接成功率對保證蜂窩的表面質(zhì)量及最終產(chǎn)品的除塵效果非常重要。

3.2.6 焊縫輔助散熱措施

因不銹鋼的導(dǎo)熱性較差，而蜂窩采用的不銹鋼板板厚又較薄，因此在焊接時，必須采取輔助手段來幫助散熱。如焊接時采用濕抹布覆蓋局部焊接區(qū)域，通過傳導(dǎo)來帶走熱量。使用時要注意，不能讓水入侵到焊接區(qū)域，影響焊接質(zhì)量。有條件的供應(yīng)商也可以采用水冷銅塊來對焊接區(qū)進(jìn)行冷卻，流動的水和熱導(dǎo)率很好的銅，將更好地帶走焊接產(chǎn)生的熱量。焊接結(jié)束時，可采用風(fēng)冷焊接區(qū)域，通過對流來帶走熱量。使用風(fēng)冷時要注意，不能在焊接時使用，因?yàn)殒u極惰性氣體保護(hù)焊和藥芯焊絲氣體保護(hù)焊為氣保護(hù)焊或氣-渣聯(lián)合保護(hù)焊，風(fēng)吹會影響焊接區(qū)氣體的保護(hù)效果，對焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響[3]。

3.2.7 剛性拘束法減少焊接變形

除以上方法外，現(xiàn)場還使用了剛性拘束法來減少焊接變形，也就是增大整個蜂窩焊接時的拘束度來防止焊接變形。在裝配的初期，裝配工裝的作用是保證裝配尺寸。在第一個1/4 蜂窩完成焊接及尺寸測量后，根據(jù)實(shí)際產(chǎn)生的變形情況，供應(yīng)商有針對性地加固了裝配工裝，使之同時具有保證裝配尺寸及防止焊接變形的作用。具體做法：蜂窩的定位工裝采用大規(guī)格的H 型鋼，大規(guī)格的H 型鋼具有更大的抗彎截面模量，可以更好地抵抗變形。針對蜂窩由于角變形引起的對角線縮短，供應(yīng)商也通過在蜂窩兩側(cè)增加斜撐來抵抗變形。如圖7 所示。

圖7 防變形工裝

此外，蜂窩的無損探傷：蜂窩外表面17 道3.8 m的連續(xù)角焊縫及兩側(cè)法蘭的連續(xù)角焊縫需要PT 著色探傷，保證焊縫的氣密性。

4 1/4 瓣蜂窩的最終尺寸檢驗(yàn)

焊后根據(jù)圖紙對1/4 瓣蜂窩的直線尺寸、對角線尺寸、蜂窩形狀尺寸、各個平面的平面度等進(jìn)行了測量，除每一件1/4 瓣蜂窩因?yàn)橛幸惶幏敌薅斐善矫娑瘸钔猓溆喾涓C尺寸全部合格。平面度超差的一件也由設(shè)計批準(zhǔn)讓步使用。

5 蜂窩桶體的預(yù)組裝及蜂窩與放電極的預(yù)組裝

為保證現(xiàn)場安裝的順利進(jìn)行，蜂窩桶體本身及蜂窩桶體與放電極都在供應(yīng)商現(xiàn)場進(jìn)行了預(yù)組裝。如圖8 所示。

圖8 蜂窩預(yù)組裝

6 蜂窩清洗與包裝

因蜂窩的表面質(zhì)量與除塵效果緊密相關(guān)，在以上所有工作完成后，用酸洗鈍化膏對蜂窩表面進(jìn)行了清洗，清洗完畢擦干后纏繞膜包裝，準(zhǔn)備發(fā)貨。

7 蜂窩的現(xiàn)場安裝

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及安裝手冊的要求，安裝并測量整個蜂窩桶體的圓度及垂直度，同時測量蜂窩收塵極與放電極之間的同軸度公差，必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及手冊的要求。如圖9 所示。

圖9 蜂窩的現(xiàn)場安裝與測量

8 濕式靜電除塵器的最終產(chǎn)品驗(yàn)收

最新安裝的WESP 在后續(xù)進(jìn)行的性能考核中，凈化氣體含塵量的測量值達(dá)到了5 mg/Nm3左右，滿足當(dāng)?shù)厥姓欧畔拗?0 mg/Nm3的要求，客戶隨后簽發(fā)了最終驗(yàn)收證書。濕式靜電除塵，器安裝完工圖如圖10 所示。

圖10 濕式靜電除塵器（WESP）安裝完工照片