郭中強(qiáng)

石膏工業(yè)用電除塵器設(shè)計(jì)的優(yōu)化

Optimization of Electric Precipitator Design for Gypsum Industry

郭中強(qiáng)

Optimization of Electric Precipitator Design for Gypsum Industry

1　引言

石膏生產(chǎn)線因粉塵濃度大、粘度高、腐蝕性強(qiáng)等特性造成陰陽(yáng)極掛灰、殼體腐蝕漏風(fēng)、灰塵板結(jié)、輸灰系統(tǒng)排灰不暢等故障，已很難滿足新形勢(shì)下石膏生產(chǎn)線除塵工藝的需求，這就要求我們必須對(duì)原有電除塵器進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出高效的電除塵器。本文結(jié)合十多條石膏生產(chǎn)線中電除塵器的設(shè)計(jì)及使用經(jīng)驗(yàn)，以威海某項(xiàng)目為例，詳細(xì)闡述了當(dāng)前石膏生產(chǎn)線上高效電除塵器在設(shè)計(jì)過(guò)程中的優(yōu)化改進(jìn)措施。

2　石膏線工況特征和除塵器規(guī)格選定

電除塵器的選型計(jì)算是根據(jù)煙氣量和收塵效率來(lái)確定收塵器規(guī)格，即收塵總面積、橫斷面積、電場(chǎng)長(zhǎng)度和電場(chǎng)數(shù)等參數(shù)，同時(shí)還要確定高壓電控設(shè)備的品種、規(guī)格大小和數(shù)量等內(nèi)容。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)了解和與業(yè)主溝通我們得到工藝參數(shù)表（如表1）。

按照業(yè)主要求，根據(jù)多依奇（Deutsch）公式η=（1-e-ωf/100）×100%進(jìn)行計(jì)算，確定除塵器收塵面積A=

確定電除塵器的橫斷面積F（m2）=Q/ν［1］。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，公式中的ν取0.8m/s，ω取0.1m/ s，最終確定選用收塵器的規(guī)格型號(hào)為：19/7.5/3×10/0.4。表2為結(jié)構(gòu)性能表。

表1　工藝參數(shù)表

3　優(yōu)化改進(jìn)點(diǎn)

3.1進(jìn)氣口部分

除塵器進(jìn)氣口形式為上進(jìn)氣。進(jìn)氣口內(nèi)部設(shè)置前分流板、導(dǎo)塵槽、分流板（如圖1）、分流板振打，分流板中的折葉板要加長(zhǎng)（如圖2），下部設(shè)預(yù)收塵灰斗。首先，上進(jìn)氣形式可改變氣體流通方向，降低氣體流通速度；其次，在進(jìn)氣口內(nèi)部加兩層槽型分流板，使氣流在槽型分流板間相互碰撞，速度迅速降低并改向，約有20%～30%［2］的粉塵經(jīng)慣性碰撞而降落，順導(dǎo)塵槽滑落沉淀，這樣既可起到預(yù)收塵的效果，又可避免粉塵滑落過(guò)程中引起二次揚(yáng)塵，使進(jìn)入電收塵器的粉塵濃度大大降低，減輕電場(chǎng)的負(fù)荷，提高整臺(tái)電收塵器的效率；再次，在進(jìn)氣口出端加一層分流板，除了使大顆粒粉塵繼續(xù)沉降外，還可使氣流預(yù)均布。石膏生產(chǎn)線中粉塵氣體含塵濃度高，經(jīng)過(guò)前分流板、分流板等裝置后，大顆粒粉塵快速沉降并在除塵器入口底部快速堆積，如不及時(shí)排卸，極易堵灰且引起二次揚(yáng)塵，因此在處理高濃度（含塵濃度＞600g/m3（標(biāo)））含塵氣體時(shí)，通常進(jìn)氣口需要配置預(yù)收塵灰斗［1］，預(yù)收塵灰斗可對(duì)經(jīng)前級(jí)碰撞快速沉降的大顆粒粉塵進(jìn)行收集。

3.2氣體分布板部分

表2　結(jié)構(gòu)性能表

因高濃度粉塵進(jìn)入電場(chǎng)后粉塵濃度梯度變化很大，在電場(chǎng)橫斷面上，粉塵濃度呈現(xiàn)“上小下大”的分布規(guī)律，為利于粉塵的捕集，電場(chǎng)下部的氣流速度應(yīng)低于平均流速，因此，應(yīng)采用上部開(kāi)孔率高于下部的設(shè)計(jì)理念，多孔分布板由許多塊小分布板組合而成，每個(gè)單塊的分布板通過(guò)定位銷定位于豎立的支承型鋼上。分布板與支承型鋼為活動(dòng)連接，以免因熱膨脹而使分布板產(chǎn)生變形［2］。本項(xiàng)目將上進(jìn)氣百葉窗分布板改為圓形多孔板（上?37、下?33），以減小氣體阻力，降低分布板磨損。含塵氣體經(jīng)前分流板、導(dǎo)塵槽、分流板后再經(jīng)過(guò)氣體分布板的二次均布，這樣，進(jìn)入電收塵器的氣體不但含塵濃度大大下降，而且各電場(chǎng)流速均等，有利于粉塵荷電被極板吸附收集。

圖1　進(jìn)氣口預(yù)除塵裝置

圖2　分流板振打裝置

3.3殼體部分

（1）灰斗形式為大尖灰斗，灰斗中任意面與水平面夾角≥60°，灰斗棱線與水平面夾角≥55°，以保證各灰斗不積灰；內(nèi)部設(shè)計(jì)十字撐，保證能夠承受合同要求的負(fù)壓；因粉塵濕度大、粘性強(qiáng)，為防止內(nèi)外溫度偏差過(guò)大，板結(jié)堵塞輸灰系統(tǒng)，灰斗同時(shí)配置溫度傳感器、加熱器、料位計(jì)等電器元件，如遇粘性較大灰塵時(shí)需配備振動(dòng)電機(jī)。通過(guò)這些輔助設(shè)備對(duì)灰斗實(shí)時(shí)加熱、間歇振打，保證輸灰通暢，同時(shí)也對(duì)灰斗中的儲(chǔ)存灰量實(shí)時(shí)監(jiān)控，遇異常情況報(bào)警。

（2）電除塵器全部側(cè)墻板、立柱內(nèi)護(hù)板、底梁內(nèi)護(hù)板、端墻內(nèi)護(hù)板、頂部密封蓋、出氣口等殼體鋼板厚度均需加厚且做表面防腐處理（本項(xiàng)目要求≮6mm），除滿足高負(fù)壓合同要求外，也可抗腐蝕，提高設(shè)備自身壽命。

（3）電除塵器頂蓋為雙層密封（頂部密封蓋和防雨蓋），內(nèi)部密封蓋板厚度為6mm，外部為防雨蓋，防雨蓋波形板厚1mm，這種結(jié)構(gòu)密封效果好、耐腐蝕性強(qiáng)。

（4）改進(jìn)兩側(cè)邊緣擋風(fēng)板和頂梁下導(dǎo)流板設(shè)計(jì)。加厚上述擋風(fēng)板和導(dǎo)流板材料，保證焊接牢靠。兩側(cè)邊緣擋風(fēng)板與側(cè)板焊接形式為滿焊，并對(duì)焊接部位做防銹處理，最后一電場(chǎng)邊緣擋風(fēng)板為雙層結(jié)構(gòu)。

（5）一、二電場(chǎng)間設(shè)置梯形截流墻（位置在1電場(chǎng)出氣端大框架上，高度為電場(chǎng)高度的1/3處，槽型板槽口迎風(fēng)布置），如圖3。這種設(shè)計(jì)可使含塵氣體通過(guò)截流墻時(shí)風(fēng)速降低、灰塵經(jīng)槽型板聚集滑落，達(dá)到氣固分離、提高收塵效率的目的。

3.4內(nèi)部件部分

3.4.1極線

實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)電暈線采用尖端放電時(shí)，能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的電風(fēng)，促使帶電粒子向沉淀極運(yùn)動(dòng)，增大驅(qū)進(jìn)速度，提高收塵效率。故此根據(jù)電場(chǎng)內(nèi)粉塵濃度分布和粉塵顆粒特性，合理設(shè)置電暈線形式［2］。因收塵器進(jìn)氣口已對(duì)粉塵進(jìn)行調(diào)整，工況已達(dá)到普通電收塵器的除塵環(huán)境，本項(xiàng)目只采用V15整體電暈線，材質(zhì)SPCC（光桿），這樣既可滿足荷電的要求，又可避免芒刺與桿焊接部位腐蝕斷線，達(dá)到良好的荷電效果。

3.4.2陽(yáng)極部分

極板（ZT24型）加厚（1.5mm），通過(guò)防變形框架或G型管進(jìn)行加強(qiáng)固定，避免極板遇高溫變形問(wèn)題；極板懸吊梁支撐角鋼加厚，下部設(shè)計(jì)支撐及密封鋼板。

3.4.3振打形式

一、二電場(chǎng)為頂部提升振打，末電場(chǎng)為側(cè)部振打。為防止產(chǎn)生電暈線肥大、極線放電不理想、二次揚(yáng)塵等導(dǎo)致排放超標(biāo)，在末電場(chǎng)將原有的頂部提升振打改為側(cè)部撓臂振打，這樣既可提高振打錘的振打力，使電暈線經(jīng)常處于正常的工作狀態(tài)，又可避免二次揚(yáng)塵，從而保證電收塵器的收塵效率。

3.4.4絕緣子

因除塵氣流含水量偏大，絕緣子易結(jié)露遇熱炸裂，因此絕緣子材質(zhì)我們選用氧化鋁陶瓷或95瓷。

3.4.5防積灰措施

為防止除塵器內(nèi)部死角位置積灰，盡力避免電除塵器內(nèi)部積灰和形成氣流死區(qū)。

3.5出氣口部分

出氣口部分設(shè)計(jì)與常規(guī)電除塵器設(shè)計(jì)相同，型鋼布置滿足合同負(fù)壓的要求，板材厚度選用6mm，與氣體接觸面做防腐處理，以承受合同負(fù)壓和抵抗一定程度的腐蝕。

3.6設(shè)備密封及保溫部分

此石膏為脫硫磷石膏，具有很強(qiáng)的腐蝕性，水分也大，電除塵器要充分考慮防腐、保溫及設(shè)備的密封性。

（1）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮盡可能減少現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接工作量，對(duì)于側(cè)板、梁柱的焊接應(yīng)采用氣密性雙面滿焊，并按一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行焊縫密封性檢驗(yàn)。

（2）人孔門的設(shè)計(jì)采用雙層人孔門，特別是內(nèi)層門及門框需用加厚板制作并噴涂有機(jī)硅防銹，人孔門的密封全部采用密封性能良好、在高達(dá)350℃的溫度下長(zhǎng)時(shí)間不老化的硅橡膠密封條，以確保整體的密封性。

（3）排灰裝置往往是主要的漏風(fēng)點(diǎn)，如果從排灰裝置漏入空氣，將會(huì)造成粉塵的二次飛揚(yáng)或結(jié)露，致使灰塵板結(jié)，從而降低除塵效率。為解決漏風(fēng)問(wèn)題，若配備拉鏈機(jī)，殼體聯(lián)接處需采用密封焊接，其頭、尾的檢查門要妥善關(guān)閉，拉鏈機(jī)下部安裝鎖風(fēng)裝置。

（4）因進(jìn)出氣口溫差＜10℃，故保溫需嚴(yán)格控制。外保溫進(jìn)行三層150mm厚保溫，層與層間交錯(cuò)鋪排。外護(hù)板厚度≮0.75mm。

圖3　梯形截流墻

3.7電控部分

3.7.1高壓電控設(shè)備

高壓電源的規(guī)格主要是確定高壓電源的額定輸出電流和電壓，額定輸出電流按0.35～0.4mA/m2極板面積考慮，對(duì)于石膏線工業(yè)用電除塵器，因其具有高濃度高負(fù)壓特性，可按照額定電壓72kV考慮，根據(jù)所選電除塵器規(guī)格，通過(guò)計(jì)算得除塵器沉淀極面積4295m2，I=0.4×4295=1.718A，因有三個(gè)電場(chǎng)，故每電場(chǎng)電流約0.6A，考慮收塵器高濃度特性，每電場(chǎng)額定電流選0.8A，因此我們確定整流器規(guī)格為0.8/72（A/kV）［1］。

3.7.2低壓電控設(shè)備

本項(xiàng)目中該部分與常規(guī)電除塵器基本相同，只是增加了灰斗加熱和高低料位計(jì)的控制。通常的低壓電控設(shè)備主要用于對(duì)電除塵器的振打、絕緣子的加熱、灰斗加熱、輸灰系統(tǒng)等電器設(shè)備的供電和控制。對(duì)振打的控制主要是滿足間隔振打的要求，對(duì)加熱的控制主要是使加熱溫度保持在要求的范圍內(nèi)，這些要求相對(duì)高壓電控來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單得多。電控設(shè)備采用PLC程序控制器，控制方便，調(diào)整容易，同時(shí)具有測(cè)量、顯示、保護(hù)、報(bào)警和遠(yuǎn)距離通訊和操作功能等［1］。

4　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)此次的優(yōu)化改進(jìn)，新型電除塵器自新建石膏生產(chǎn)線投產(chǎn)運(yùn)行至今，一直排放達(dá)標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)正常。新型高效石膏工業(yè)用電除塵器經(jīng)過(guò)我們的設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過(guò)前分流板、導(dǎo)塵槽、分流板、預(yù)收塵灰斗、中間墻解決了高濃度問(wèn)題；通過(guò)分流板、氣體分布板解決了氣流均布問(wèn)題；通過(guò)殼體加厚、焊接處理解決了高負(fù)壓?jiǎn)栴}；通過(guò)極板加厚（材質(zhì)選擇，表面處理）、整體極線解決了內(nèi)部件腐蝕，極線斷裂問(wèn)題；通過(guò)優(yōu)化設(shè)備保溫措施、特殊密封措施，解決了設(shè)備因漏風(fēng)氣體冷凝的腐蝕問(wèn)題，能夠滿足新形勢(shì)下石膏線除塵工藝需求，符合國(guó)家環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策，具有較高的推廣價(jià)值。

［1］劉后啟，竇立功，張曉梅.等水泥廠大氣污染物排放技術(shù)［M］.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2007.

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TQTQ172172..688688文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AA

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2014-05-02；編輯：趙蓮