摘要：燒結(jié)煙氣除塵一直是一個行業(yè)比較關(guān)注的問題,某些地方標準規(guī)定其煙塵排放限值為20mg/Nm3,目前大部分設(shè)施都無法達到這一目標,這就需要進行二次除塵改造.非金屬極板濕式電除塵器以它獨特的優(yōu)勢在燒結(jié)煙氣的二次除塵改造中已得到廣泛應(yīng)用,針對脫硫后煙氣進一步除塵除霧,使出口煙塵滿足要求,并有效緩解煙囪"大白煙"現(xiàn)象.實際工作中應(yīng)從加強聯(lián)合聯(lián)動改造、優(yōu)化氣流分布、優(yōu)化沖洗配置以及強調(diào)施工安裝質(zhì)量方面著手,促進濕式電除塵器改造項目的順利實施.

1燒結(jié)煙氣的特點

燒結(jié)煙氣是指在燒結(jié)機上各種粉狀含鐵原料、燃料和熔劑點火熔化、高溫?zé)Y(jié)成型過程中所產(chǎn)生的含有多種污染物的煙氣,它與其他工業(yè)煙氣相比具有較大的不同:

1.1煙氣量大,變化幅度大,分布不均

由于漏風(fēng)率高和固料循環(huán)率高,有相當一部分空氣沒有通過燒結(jié)料層就排出,使燒結(jié)煙氣量大大增加,每產(chǎn)生一噸燒結(jié)礦大約產(chǎn)生4000～6000m3燒結(jié)煙氣,單位平方燒結(jié)面上能產(chǎn)生約6000～9000m3/h的煙氣量。同時由于燒結(jié)料透氣性的差異和鋪料不均等原因,造成燒結(jié)煙氣阻力變化大,從而導(dǎo)致煙氣量變化幅度大,*高可達40%以上。機頭和機尾相差較大。

1.2煙氣成分復(fù)雜,含塵量高

燒結(jié)煙氣含有HCl、HF、NOx等多種腐蝕性氣體和鉛、汞、鉻、鋅等多種重金屬污染物。煙氣含塵量高,粒度細,含有一定的堿性高粘度氧化物。目前采用的除塵設(shè)備主要有電除塵器、多管除塵器以及少量的電袋復(fù)合除塵器。

1.3煙溫高、含濕量高、含氧量大

燒結(jié)煙氣溫度高,一般為120～180℃,機頭煙溫高達200℃。含濕量約為7%～13%,含氧量為15%～20%。在采用布袋除塵器時應(yīng)充分考慮其含濕量的影響。

2濕式電除塵器的工作原理

根據(jù)《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB28662-2012),燒結(jié)煙氣煙塵排放標準為50mg/Nm3,但一些地方標準來的更加嚴格,例如山東省規(guī)定燒結(jié)煙氣煙塵排放限值為20mg/Nm3。燒結(jié)煙氣由于含有Na2O、K2O等高粘度的堿性氧化物顆粒,在電除塵器運行過程中極易粘附在極板極線上,嚴重影響電除塵器效率。對于大多數(shù)采用電除塵器的項目,煙塵排放濃度平均為100mg/Nm3,小部分采用陶瓷多管除塵器的,出口煙塵濃度平均為150～300mg/Nm3,甚至更高。

燒結(jié)煙氣經(jīng)除塵后進入濕法脫硫(通常為石灰石/石灰—石膏法),經(jīng)過噴淋沖洗去除了一部分煙塵(去除了約50%),但同時由于煙氣的攜帶,將漿液中的石膏顆粒帶出,故大部分燒結(jié)煙氣在總排口的排放濃度無法滿足20mg/Nm3的要求,需要進行二次除塵改造。

目前濕式電除塵器被廣泛應(yīng)用于燒結(jié)煙氣二次除塵改造中,該設(shè)備布置在脫硫系統(tǒng)之后、排放之前,進一步去除煙塵、氣溶膠以及各項細微顆粒,具有深度凈化、聯(lián)合脫除的意義。濕式電除塵器的主要工作原理:將水霧噴向放電極和電暈區(qū),水霧在芒刺電極形成的強大的電暈場內(nèi)荷電后分裂進一步霧化,電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并,共同對粉塵粒子起捕集作用,*終粉塵粒子在電場力的驅(qū)動下到達集塵極而被捕集。水在集塵極上形成連續(xù)的水膜,將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。干式電除塵器與濕式電除塵器比較如下:

(1)除塵原理都是電暈放電,清灰方式則不同,表現(xiàn)為“一干一濕”;

(2)干式電除塵受粉塵比電阻影響較大,要求粉塵比電阻104～1012Ω˙cm,濕式電除塵適用于飽和濕煙氣介質(zhì),粉塵比電阻不受限制;

(3)干式電除塵器出口粉塵濃度極限為5～20mg/Nm3,濕式電除塵器出口粉塵濃度極限可低于1mg/Nm3;

(4)濕式電除塵器集塵面積較小,內(nèi)部無轉(zhuǎn)動部件,密封性能較好,壽命較長;

(5)濕式電除塵器能有效脫硫PM2.5,SO3氣溶膠以及汞,而干式電除塵器對于PM2.5脫硫有限,且無法脫除SO3氣溶膠以及汞。

3非金屬極板濕式電除塵器的優(yōu)勢

濕式電除塵器從結(jié)構(gòu)上可分為兩種基本型式,即管式和板式。其中管式濕式電除塵器只有垂直方向煙氣流(上升流或下降流),而板式濕式電除塵器設(shè)計既可以采用水平煙氣流也可采用垂直煙氣流。總的來,管式濕式電除塵器比板式濕式電除塵器效率更高且由于外形簡單而占用更少的空間,成為濕式電除塵技術(shù)應(yīng)用的趨勢。

從極板材質(zhì)上分類,濕式電除塵器可以分為非金屬極板和金屬極板兩大類型。

金屬極板濕式電除塵器其結(jié)構(gòu)外形基本等同于干式電除塵器,水平臥式布置。用于二次除塵時,一般為單室或多室單電場布置。陽極板和陰極線材質(zhì)為316L或其他耐腐蝕合金鋼。金屬極板系統(tǒng)復(fù)雜,需配套額外的循環(huán)水處理設(shè)施以及相應(yīng)的加堿設(shè)施,運行成本高,操作維護工作量大,同時受其臥式布置、占地較大的局限性,在燒結(jié)煙氣二次除塵改造中應(yīng)用較少,僅在電廠大機組超凈排放項目中有所應(yīng)用。

非金屬極板濕式電除塵器,陽極通常采用玻璃鋼或柔性織物,采用立式多通道單電場布置,煙氣流向自上向下或自下向上,通道為六角形蜂窩狀或方形。煙氣流速≤2.5m/s,停留時間>2S,除塵效率≥85%。由于非金屬極板本身耐酸腐蝕,故該系統(tǒng)無需設(shè)置加堿設(shè)施,沖洗形式可分為連續(xù)或間歇沖洗。

非金屬極板濕式電除塵器具有以下優(yōu)勢:(1)極板本身耐酸腐蝕,無需堿洗保護,無需連續(xù)的堿液沖洗;(2)系統(tǒng)簡單,無額外加堿設(shè)施,無循環(huán)沖洗水設(shè)施,機械運轉(zhuǎn)設(shè)備較少;(3)無堿耗,電耗低,水耗低,運行成本較金屬極板降低30～40%;(4)非金屬極板采用立式布置,在新建改建項目中容易與吸收塔匹配,可以與吸收塔做成一體,改建項目也可以做成塔外立式布置,布置方式靈活多樣;(5)非金屬極板可以實現(xiàn)間歇沖洗,有效緩解煙囪冒“大白煙”現(xiàn)象。基于上述優(yōu)勢,非金屬極板濕式電除塵器已廣泛應(yīng)用于燒結(jié)煙氣的二次除塵改造項目中。

4非金屬極板濕式電除塵器應(yīng)用實例

某項目120m2燒結(jié)機,已有石灰—石膏濕法脫硫設(shè)施,但吸收塔出口煙塵濃度仍然高達100mg/Nm3,本次改造擬在吸收塔出口布置濕式電除塵器,要求其出口煙塵≤20mg/Nm3。改造采用導(dǎo)電玻璃鋼非金屬極板濕式電除塵器,塔外獨立式布置,煙氣流向下進上出,在濕除頂部設(shè)置直排煙囪。濕式電除塵器采用獨立支撐結(jié)構(gòu)。設(shè)備性能參數(shù)如表1。

安裝完成后試運行,二次電壓5.5萬V,二次電流1300mA,絕緣箱溫度維持在100～120℃,濕式電除塵器入口煙塵20mg/Nm3,出口煙塵18.5mg/Nm3,出口液滴濃度15mg/Nm3,直排煙囪“大白煙”現(xiàn)象緩解,各項指標均達到設(shè)計值。

5二次除塵改造中常見的問題和對策

已投產(chǎn)運行的燒結(jié)煙氣濕式電除塵改造項目中,大部分項目都能達到出口煙塵≤20mg/Nm3,但也有些項目中不能滿足設(shè)計要求,常見問題主要有:

5.1二次電流低空升時電源的電流電壓正常,運行一兩個月后開始出現(xiàn)二次電壓正常、但二次電流偏低的現(xiàn)象。

例如某項目,電源選型為1700mA,空升時二次電流能達到1500mA,但投運后二次電流降至200～500mA。調(diào)查后發(fā)現(xiàn),濕式電除塵停運時,也就是脫硫出口煙塵濃度高達150～200mg/Nm3,*高達350mg/Nm3,按脫硫系統(tǒng)除塵效率50%計算,那么脫硫前煙塵濃度高達400～500mg/Nm3。該項目采用陶瓷多管除塵器,除塵效率低下,對后續(xù)的脫硫和濕式電除塵的運行都造成了很大的影響。

值得注意的是,濕式電除塵器是一種末端的深度處理設(shè)施,要使其出口煙塵≤20mg/Nm3,其入口煙塵應(yīng)控制在100mg/Nm3左右,不能無限制的接納高濃度煙塵,否則其運行效果必然會受到影響。任何一項改造項目都不是單獨改造一個設(shè)備就可以完成的,應(yīng)系統(tǒng)計算,加強各個設(shè)備前后的聯(lián)合聯(lián)動改造。

5.2極板極線積灰嚴重

陽極板積灰嚴重也會導(dǎo)致二次電流偏小,除了控制前端煙塵濃度之外,解決積灰問題還應(yīng)從優(yōu)化沖洗抓起。應(yīng)根據(jù)入口煙塵濃度及時調(diào)整沖洗程序,對于煙塵濃度較大的項目,應(yīng)設(shè)計在線連續(xù)沖洗設(shè)施,做到單管單沖,對于較長的陽極板,可以考慮頂部底部聯(lián)合沖洗。連續(xù)沖洗時,應(yīng)采用霧化效果良好的噴嘴,確保放電極和集塵極同時通電情況下,不產(chǎn)生有害放電現(xiàn)象,實現(xiàn)不斷電連續(xù)在線沖洗。

陰極線的沖洗也應(yīng)優(yōu)化。在現(xiàn)階段,對于進口煙塵濃度大的項目,陰極線選型時應(yīng)優(yōu)先選擇芒刺較長較尖銳,放電效果較好的線型。

5.3防腐層脫落導(dǎo)致陰陽極搭接

與脫硫設(shè)施相同,濕式電除塵器內(nèi)部碳鋼件均采用玻璃鱗片防腐。對于設(shè)備頂部漸縮段這一重點部位的加強筋設(shè)置應(yīng)重點考慮玻璃鱗片襯里的要求。在實際項目中出現(xiàn)過由于頂部鱗片脫落造成陰陽極搭接,送不上電的情況。

在設(shè)計時,漸縮段加強筋的布置除了考慮自身的剛度、強度和振動的要求外,還應(yīng)考慮玻璃鱗片襯里的需求。參考《煙規(guī)》,橫向煙道截面方向相對撓度為1/400,縱向煙道中心線方向相對撓度為1/200,已無法滿足防腐設(shè)計要求,因此在進行防腐煙道或殼體的設(shè)計時必須按照橫向加固肋的相對撓度為1/500--1/700,縱向相對撓度為1/500--1/700的要求對《煙規(guī)》公式中的常數(shù)進行修正。

5.4陰陽極間距

陽極模塊與陰極線框架之間的安裝位置誤差以及安裝質(zhì)量缺陷會導(dǎo)致電場運行電壓、電場強度、陽極板電流密度分布均勻性,從而導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档筒Τ龎m效率產(chǎn)生不利影響。因此必須保障陰陽極系統(tǒng)的安裝質(zhì)量,以確保電除塵器除塵效率,使煙塵排放濃度符合設(shè)計要求。

5.5氣流均布設(shè)計

流場數(shù)值模擬對于濕式電除塵器設(shè)計來說是很關(guān)鍵的一項工作,對于確定的布置方式,應(yīng)至少模擬40%、70%和100%三種負荷下的氣流分布狀況,通過調(diào)整導(dǎo)流板、均布板的方向、角度和開孔率等,來獲得*佳的氣流分布。

燒結(jié)煙氣量的反復(fù)變化對于濕式電除塵器來說是一種不穩(wěn)定的因素,尤其是對于塔外獨立式濕式電除塵器。設(shè)備內(nèi)部氣流均布系數(shù)應(yīng)在各種常見工況下均能滿足≤0.2。在啟動前空載氣流均布試驗時也應(yīng)根據(jù)設(shè)定的負荷調(diào)整引風(fēng)機風(fēng)量來考察設(shè)備內(nèi)部主要斷面上的流速分布。

6結(jié)語

非金屬極板濕式電除塵器由于其自身的優(yōu)勢已廣泛應(yīng)用于燒結(jié)煙氣二次除塵改造項目中,其出口煙塵能滿足該行業(yè)目前*嚴的20mg/Nm3的要求,同時還能有效緩解煙囪“大白煙”現(xiàn)象,減小視覺污染。在設(shè)計施工時,應(yīng)針對燒結(jié)煙氣的特性做適當?shù)恼{(diào)整和改進,重點從加強聯(lián)合聯(lián)動改造、優(yōu)化氣流分布、優(yōu)化沖洗配置以及強調(diào)施工安裝質(zhì)量方面著手,促進改造項目順利圓滿的達到設(shè)計要求。