武常芳，鄭鵬輝

（西安西礦環(huán)保科技有限公司，陜西 西安 710075）

為保護環(huán)境，防治大氣污染，保障民眾健康，推進生態(tài)文明建設，促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，國家提高了環(huán)保標準，加大了對環(huán)保產(chǎn)業(yè)投入和環(huán)保執(zhí)法力度。2012 年10 月1 日，我國鋼鐵行業(yè)新的標準《煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標準》開始實施，標準規(guī)定“自2015 年1 月1 日起，現(xiàn)有企業(yè)轉爐一次煙氣的顆粒物排放限值50mg/m3”。轉爐一次煙氣干法凈化與回收系統(tǒng)中圓筒形靜電除塵器是最關鍵、最復雜、最核心的設備，其運行狀況直接影響到整個系統(tǒng)的運行。福建三鋼閩光股份有限公司煉鋼廠轉爐一次煙氣干法凈化與回收系統(tǒng)的圓筒形靜電除塵器已運行超過8 年，設備運行出現(xiàn)異常，顆粒物排放接近國家排放標準上線。2018 年6 月，西礦環(huán)?？萍加邢薰境薪恿烁＝ㄈ撻}光股份有限公司二煉鋼廠轉爐一次煙氣干法系統(tǒng)之圓筒形靜電除塵器的大修改造工程。

1 圓筒形靜電除塵器的工作原理

圓筒形靜電除塵器是煙氣中的粉塵通過高壓電場內進行電離的過程中，使煙氣中的塵粒荷電，并在電場力的作用下使荷電塵粒向電極性相反方向運動并附著在收塵極板上，將煙氣中塵粒分離出來的一種除塵設備，其工作原理示意圖如圖1 所示。煙氣中的粉塵在電除塵器內被捕集過程大致可分為4 個階段——放電極放電、粉塵荷電、粉塵附著、振打清灰[1]。

圖1 電除塵器基本原理示意圖

（1）放電極放電。在放電極與收塵極之間施加高壓電，使放電極附近氣體電離產(chǎn)生大量的自由電子，自由電子被電負性氣體分子吸附形成負離子，充滿兩電極之間的空間。（2）粉塵荷電。粉塵荷電的機理一般有兩種方式，即電場荷電和擴散荷電。電場荷電是指沿電力線運動的離子與粉塵碰撞并附著在粉塵上而實現(xiàn)荷電。這一過程直到粉塵獲得的電荷建立起來的電場完全抵消外電場和空間電場為止，這時粉塵達到飽和荷電量。擴散荷電是指通過氣體中負離子的熱運動和粉塵相互碰撞而實現(xiàn)荷電。（3）粉塵附著。荷電粉塵在電場力作用下向其極性相反的電極移動，并附著于電極上。（4）振打清灰。收塵極板和放電極線表面的粉塵附著到一定厚度后，用機械振打方式將其及時振打脫落掉入電場內，然后利用刮灰系統(tǒng)的刮灰板將電場內的灰刮入電場底部的腹部鏈式輸灰機內運走，保證電除塵器的高效穩(wěn)定運行。

2 圓筒形靜電除塵器除塵效率影響因素

圓筒形靜電除塵器性能的影響因素很多，大體歸納為以下兩個方面[2]。

（1）煙氣、粉塵性質。煙氣性質包括煙氣種類、組成、溫度、壓力、濕度及流速等；粉塵的性質主要是粉塵的化學成分和物理結構，例如粉塵比電阻、粉塵濃度、分散度、黏度、濕度和密度等。粉塵比電阻是影響電除塵器操作和性能的重要因素之一。研究表明：為了在放電極和收塵極板之間輸送離子電流，沉積在收塵極板表面的粉塵必須具有一定的導電性，通常所需的最小導電率是10-10（Ω·cm）-1。導電率低于大約10-10（Ω·cm）-1，即電阻率大于1010Ω.cm 的粉塵，通常稱為高比電阻粉塵。高比電阻粉塵將影響電除塵器操作和性能。多種工業(yè)部門的實踐表明，當比電阻低于1010Ω·cm 時，幾乎對除塵器操作和性能沒有影響；當比電阻介于1010～1011Ω·cm 時，火花率增加，操作電壓降低；當比電阻高于1011Ω·cm 時，收塵極板粉塵層內會出現(xiàn)電火花，即出現(xiàn)反電暈。反電暈的產(chǎn)生導致電流大幅度增大，電壓降低，運行參數(shù)極為不穩(wěn)定，圓筒形靜電除塵器性能顯著惡化，除塵效果降低。

（2）設備狀況。圓筒形靜電除塵器的氣流分布均勻程度、極配形式、電場劃分情況、清灰方式和振打制度、電氣控制特性等。①氣流分布均勻程度是影響圓筒形靜電除塵器除塵效率的重要因素。不良的氣流分布，可造成除塵效率的顯著下降。電場內氣流分布不均，就意味著電場內存在局部的渦流、死角及高低速區(qū)。低流速區(qū)的存在對除塵有利，高流速區(qū)則對除塵不利，低流速區(qū)提高的除塵效率遠遠小于高流速區(qū)降低的除塵效率，從而導致總的除塵效率下降。此外，高速氣流、渦流會產(chǎn)生沖刷二次揚塵，造成除塵效率的顯著下降。②放電極線肥大和收塵極板粉塵堆積是影響圓筒形靜電除塵器除塵效率的重要因素。放電極線越細，產(chǎn)生的電暈越強烈，放電特性越好，但因為在放電極線周圍的離子區(qū)有少量的粉塵離子獲得正電荷，便向負極性的放電極線運動，并沉積在放電極線上。若粉塵的黏附性很強或者清灰方式不合適，就不容易振打下來，粉塵就會聚集在放電極線上，越聚集越多，放電極線慢慢就會變得越來越粗，即放電極線變粗、放電極線肥大，大大降低了放電極線放電特性，導致放電極電流顯著下降，從而影響圓筒形靜電除塵器的運行效果。③振打結構形式是圓筒形靜電除塵器除塵效率的重要影響因素。原設備放電極振打采用凸輪提升振打結構形式，振打結構復雜且在除塵器內部，工況復雜，容易被灰堵塞，出現(xiàn)振打力小或者不工作等問題，而且在電場外面不易被發(fā)現(xiàn)，這樣就會產(chǎn)生放電極線被灰塵包裹、銹蝕，最終斷裂，影響進一步除塵，除塵效率下降，排放濃度增加。同時放電極凸輪提升振打裝置是同一根放電極軸上的所有放電極振打錘同時打擊放電極振打砧子，易產(chǎn)生放電極線變形斷裂和二次揚塵，影響除塵效率且對瓷軸產(chǎn)生一定的沖擊。

3 圓筒形靜電除塵器改造過程

（1）改造前基本情況。主要技術參數(shù)：處理最大煙氣量為97300Nm3/h；圓筒形靜電除塵器入口含塵濃度約為130g/m3，溫度約200℃：圓筒形靜電除塵器規(guī)格為18/Φ9/4×11/0.4。圓筒形靜電除塵器已運行超過8 年，電壓電流異常，粉塵排放濃度高，接近國家排放標準上線50mg/m3。

（2）優(yōu)化改進方案?；趫A筒形靜電除塵器服役時間長且工況條件惡劣，設備內部的關鍵核心部件都出現(xiàn)了磨損、變形嚴重等情況，但設備的外殼保持良好且強度滿足要求。根據(jù)煉鋼廠現(xiàn)場場地情況以及工期要求，西安西礦環(huán)?？萍加邢薰緵Q定采用“保外拆內”方案，也就是保持原有設備的外殼不變，即鋼支架、樓梯平臺、環(huán)梁、殼體護板（底護板和側護板）、進氣口、出氣口保持不變；拆除圓筒形靜電除塵器頂護板和內部核心結構件，即放電極線和放電極框架及放電極附屬設備、收塵極板和收塵極板懸吊梁及收塵極附屬設備、氣流分布板、鏈式輸灰機導軌鏈條等核心部件。氣流分布板、放電極線和放電極框架以及放電極附屬設備、收塵極板和極板懸吊梁以及收塵極附屬設備、放電極振打錘等部件全部采用技術最先進最優(yōu)化的配置。

（3）現(xiàn)場拆除。由于設備運行時間長，內部積灰很嚴重，在進行現(xiàn)場拆除之前，對設備內部進行高壓水沖洗清除積灰。水沖洗后現(xiàn)場拆除下來的放電極線肥大和收塵極板積灰都很嚴重，如圖2 所示。各傳動部件磨損嚴重，并且存在陽極板、陰極線變形、斷線、分布板積灰嚴重且變形嚴重等問題。玉玉現(xiàn)場場地受限，拆除工作很困難，氣流分布板、極線框架、收塵極板等部件都是拆除現(xiàn)場直接拆解，然后再運走。

圖2 現(xiàn)場拆除的極線極板

（4）優(yōu)化改進過程。①煙氣流場優(yōu)化。為了使圓筒形靜電除塵器電場內煙氣均布，西安西礦環(huán)?？萍加邢薰静捎镁哂虚_孔率高、氣流分布均勻、易清灰、使用壽命長的新型結構的氣流分布板，且采用CFD 對煙氣的流動狀態(tài)進行仿真模擬，通過檢測面氣流標準偏差22.59%，可看出經(jīng)過氣流分布板進入電場前的氣流，均布性能已經(jīng)滿足規(guī)范要求，煙氣在圓筒型電除塵器內氣流均布并呈柱塞狀流動。②優(yōu)異的極配形式。除塵效率高低的主要因素就是設計合理的、優(yōu)質的收塵極與放電極的極配形式。該圓筒形靜電除塵器分4 個電場，串聯(lián)布置。4 個電場均采用了ZT24 型收塵極板，由于煙氣溫度較高，所以收塵極板采用了一種耐溫材料；按照4個電場的先后順序，放電極線采用了具有良好放電性能、堅固耐用的增強型B8 放電極線且材質不同。通過對投運的圓筒形靜電除塵器進行檢測，證明了這種優(yōu)質的極配形式能夠很好保證除塵效率。③采用先進的放電極撥叉振打傳動裝置及附屬設備。原設備采用的放電極凸輪提升振打裝置由于其本身的結構特點，存在諸多缺陷。本次改造采用先進的放電極撥叉振打傳動裝置，可以很好地避免凸輪提升振打的缺陷，徹底改善了陰極的清灰問題且有效減少了二次揚塵。放電極撥叉振打傳動裝置是西安西礦環(huán)?？萍加邢薰镜膶＠a(chǎn)品。改進過程中，由于撥叉振打傳動的應用導致相關部件必須做出相應的變化，本次設計我們也在總結以往生產(chǎn)、安裝、運行過程中出現(xiàn)的問題做了一些改進，同時對放電極軸和沉淀極軸之間距離、下部傳動裝置與穿拉桿之間的密封、放電極振打錘、放電極振打砧子等進行改進優(yōu)化。

4 改造后運行狀況

（1）電場電壓電流狀況。改造后對圓筒形靜電除塵器進行了空載調試和投運后進行了負載調試，空載調試和負載調試的二次電流二次電壓均滿足設計要求。（2）改造后粉塵排放狀況。改造設備投運后除塵效率達滿足設計要求（技術協(xié)議要求粉塵排放濃度小于25mg/m3），系統(tǒng)性能良好。2019 年1 月10 日至14 日，三鋼安環(huán)部環(huán)境監(jiān)測站對改造后的圓筒形靜電除塵器排放粉塵進行了抽樣檢測（每臺圓筒形靜電除塵器出口取6 組樣品，每爐取樣時間為下?lián)?～13min，抽取約12min）。檢測結果：1#除塵器排放粉塵濃度平均值為18.31mg/m3；2#除塵器排放粉塵濃度平均值為18.72mg/m3；3#除塵器排放粉塵濃度平均值為13.53mg/m3。改造后粉塵排放濃度遠遠低于《煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB 28664-2012）規(guī)定的粉塵排放濃度限值50mg/m3。

5 改造效果評價

通過一系列的優(yōu)化改進，圓筒形靜電除塵器的電壓、電流穩(wěn)定正常運行，除塵效果明顯提高，排放煙氣含塵濃度越低于國家排放濃度限值。

6 結束語

綜上所述，對于現(xiàn)有轉爐煙氣一次干法除塵系統(tǒng)為滿足環(huán)境排放要求或者“超低排放”的號召，又困于場地受限、資金受限、工期要求緊等因素，該圓筒形靜電除塵器優(yōu)化改進方案不失為一個立竿見影的解決辦法。該技改項目具有參考意義，在最小投資情況下獲得盡可能大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，符合可持續(xù)發(fā)展原則的經(jīng)濟發(fā)展模式，應用前景廣泛。