烧结机头电除尘器提效技术研究

烧结机头电除尘器提效技术研究

沈晓林

(研究院　环境与资源所,上海　201900)

　　摘要:随着烧结生产工艺的改变,机头电除尘器的工况条件也发生了变化,作为大型钢铁企业,排放达标

对环保尤为重要。文章概述了为提高宝钢烧结机头电除尘器除尘效率进行的攻关研究,通过几种常见方案和

技术发展趋势的分析比较,选择了经济、简捷、高效的技术路线。即不增大设备截面积和电场数,在原有电除

尘器壳体内部,进一步开发和应用旋转电场、斜气流等先进技术,达到满足改造时限、经济而且高效的目标。

进而开展试验研究,开发出多项新技术,制定了改造方案,应用于工程改造,取得了良好效果。

　　关键词:烧结;电除尘器;效率

中图分类号:X9　文献标识码:B　文章编号:1008-0716(2006)01-0010-03

Research on I m prov i n g Electr i ca l Prec i p it a tor’s A sp i ra ti on Ra te

a t the Head of S i n ter i n g M ach i n e

Shen X iaolin

(Env i ronm en t&Resources D i v.,Baosteel Research I n stitute,Shangha i201900,Ch i n a)

　　Abstract:Changes in sintering technol ogy result in variati on in working conditi ons f or an electrical p reci p itat or at the head of sintering machine.It is of particular i m portance f or a large ir on and steel enter p rise t o contr ol its waste e2

m issi on.B reakthr oughs in i m p r oving the as p irati on rate of the electrical p reci p itat or at the head of sintering machine

in Baosteel have been su mmarized,and thr ough an analysis of the trend of technical devel opment and a comparis on of several commonly used methods,an econom ical,si m p le,quick and highly efficient technical path has been chosen.

It ai m s t o further devel op and adop t the advanced technol ogies of r otating electric field and ske w gas fl ow while refrai2 ning fr om lagging behind the schedule with econom ic and highly efficient operati on.Subsequently,research work has been carried out,resulting in the birth of several ne w technol ogies and reva mp ing p lan,which have been app lied t o the revamp ing p r oject and have obtained satisfact ory results.

Keywords:sintering;electrical p reci p itat or;efficiency

0　前言

烧结机头除尘是除尘行业公认的难题。宝钢三台450m2烧结机,每台机组的机头烟气治理配以总收尘面积为2m2的ESCS电除尘器,多年来不断探索改造,精心操作维护,烟尘排放浓度基本可控制在宝钢电除尘排放标准80mg/m3之内。但近年来,随着烧结生产工艺的改变,机头电除尘器的工况条件发生了变化,主要有:增加了褐铁矿、精矿粉、石灰泥饼配比,使粉尘平均粒径降低,微细粉尘难以沉降,易随气流被带走而排入大气中;粉尘的理化性能及比电阻亦发生改变;烧结料

沈晓林　高工　1951年生　1977年毕业于华东理工大学　现从事环保专业　电话　268143层加厚,烟气温度降低,这些都影响到除尘效率。2003年11月,宝钢对三烧机扩容改造为500m2,平均日产烧结矿增加了14.6%。对未作任何改进的机头电除尘器来说,机头电除尘器的工作负荷加重,进一步导致粉尘排放浓度严重超标。

三台烧结机的扩容改造是宝钢分公司钢铁发展总体规划的一部分,三烧扩容改造后,一烧和二烧的扩容改造也先后随即进行。宝钢作为现代化的大型钢铁企业,三烧机头电除尘器的超标排放成为突出的环保议题。而且,就三烧和一、二烧的机头电除尘器比较,三烧的除尘设备比较新,性能较稳定,如一、二烧进行扩容改造,其机头电除尘器的排放浓度超标值预计比三烧将更为严重。因此,烧结电除尘提效改造成为非常紧迫任务。对

01沈晓林　烧结机头电除尘器提效技术研究

此,开展了烧结机头电除尘提效的攻关研究。

1　提效方案分析与技术路线确定

1.1　增大设备规格的方案

增大原有电除尘器的设备规格,即按照已运行的设备实测性能,根据除尘效率、比集尘面积及驱进速度计算公式,将除尘器的规格按比例增大。主要有两种途径:一是增大有效通流面积,使电场风速降低,延长介质在除尘器内的停留时间,这相当于将原有除尘器拆除,在原来的基础上加宽加高重建;二是增加电场数量,使原来的三个电场变成四个、五个电场,从而增加电场长度和比集尘面积,降低除尘器的工作负荷。通常情况下,这两种方法在技术上都是可行的,但是存在的问题是不仅工程投资很大,而且需要足够的场地和改造时间,这两点对于宝钢烧结现场条件和工程要求来讲,几乎无法实施。

1.2　改用袋式除尘器的方案

近年来,滤袋材质的科技攻关取得突破,开始用袋式除尘代替电除尘,也有在老设备将电除尘器改为袋式除尘器的。其实施方案一是拆掉电除尘器,重建袋式除尘器;二是保留电除尘器的外壳,拆除阴阳极及振打等内脏,换用布袋;三是将电除尘器的末电场改为布袋。有关设计院做了这方面的可行性改造方案,其工程投资大,改造时间长更叫人难以接受,尤其是在烧结生产中烟气温度和湿度的波动是不可避免的,这势必会影响到滤袋的过滤性能和工作寿命以及除尘效率。

综上分析,都存在场地布置、治理期限、投资巨额等诸多问题。

1.3　探索电除尘技术的创新

电除尘从20世纪70年代开始发展至今,除尘效率已提高到99.5%以上,而那些未能被捕集的粉尘产生的原因通常认为主要是:

(1)粉尘通过电场时由于荷电量不足,而在荷电过程中又被异性电荷中和,粉尘在未获得足够的电荷状况下排出电场。对此,国内外研究了在粉尘刚进入电除尘器在气流分布的过程中,使粉尘预先荷电,在电场与电场之间增加电极再进行复合荷电,使尘粒由中性变为荷电粉尘,增加捕集粉尘的机会。

(2)收集在极板上的粉尘,在清灰振打落入灰斗的过程中,一部分粉尘再次卷入气流随气流带出电场。为此,日本新日铁研究开发,在烧结机头电除尘器末电场将固定收尘极改为旋转收尘极。粉尘由电晕极荷电,由电场力和系统风机抽力作用移向旋转收尘极,所积灰尘层通过转动刷除掉,使二次飞扬减少和微尘得到捕集,粉尘排放浓度降低。国内小型电除尘器也有了类似的研究成果。

(3)传统的观点认为,电除尘器内气流分布越均匀越好,而实际上由于二次飞扬现象的存在和气流分布的本身不均,电除尘器内粉尘浓度的实际分布如图1所示。加拿大等国试验改变气流分布状况,进气端的气流以上小下大分布,出气端的气流以上大下小分布,这样有序地通过使气流分布不均匀化,从而使粉尘浓度分布均匀化,实测对降低排放浓度有利。此项技术被称为斜气流技术SGFT(Ske w Gas Fl ow Technol ogy)。斜气流技术应用后除尘器内粉尘浓度分布如图2所示

。

图1　均匀气流状态下粉尘浓度分布规律Fig.1　D istributi on la w of dust concentrati on

under unif or m gas fl ow conditi

ons

图2　斜气流状态下粉尘浓度分布规律

Fig.2　D istributi on la w of dust concentrati on

under skew gas fl ow conditi ons

电除尘器的提效技术是国内外研究攻关的热点。借鉴这些理论和有关技术,拟定了宝钢烧结机头电除尘器提效的技术路线,即不增大设备截面积和电场数,在原有电除尘器壳体内部,进一步开发和应用旋转电场、斜气流等先进技术,达到满足改造时限、经济而且高效的目标。

2　有关技术的研究与开发

根据造成电除尘粉尘超标的理论分析和技术发展趋势,重点做了以下研发工作。

2.1　强化粉尘的荷电能力

为了使刚刚进入除尘器内的粉尘进行预荷电,在进气口的均流板之前,加设一层或多层荷电

11极,与均流板形成均流电场,电场同时兼有凝聚、荷电、收尘、均流等四种功能。均流荷电极结构根据粉尘特性优化设计,具有以下技术特点:(1)电场力的方向和因风机抽力作用于粉尘上的速度方向一致,有利于粉尘的碰撞、拦截和静电吸附。

(2)荷电极设计充分考虑荷电强度大、粉尘浓度高、荷电均匀等因素。(3)专用的振打清灰机构定期工作使荷电极和收尘极表面清洁,始终处于良好的工作状态。

利用电场与电场之间的空间增加一层或多层荷电极,荷电极采用负高压放电,当含尘介质通过荷电极区域时,粉尘可快速且均匀荷电,可使粉尘,尤其是高浓度区域的粉尘得以充分荷电。荷电极清灰采用机械振打方式,防止荷电极粘附粉尘。

2.2　旋转—固定阳极电场组合

现有的大型烧结机头高负压烟尘净化用电除尘器都是采用固定阳极电场的结构形式,而固定阳极电场的振打清灰粉尘容易被再次吹走,使除尘效率降低。尤其是宝钢烧结机头电除尘第三电场轻、细、粘呈絮状的粉尘更易被气流带出,为此借鉴国内小型旋转电场技术,进行了模拟放大试验研究,设计出适合宝钢大型烧结机头电除尘器中使用的大型旋转电场,旋转电场荷电极采用负高压放电,荷电极与旋转收尘极经过反复试验,极配得到优化确定,电场强度大,电流密度大,使粉尘荷电量增加。放电极采用振打清灰方式以保持良好的放电状态,旋转收尘极采用定位摩擦清灰方式,从根本上防止了二次飞扬。并利用原有固定电场中的有效空间,开发了一种在固定阳极电场内的气流垂直方向上增加带有多孔型气流分布的旋转阳极电场,形成旋转—固定阳极电场组合电除尘器技术。

2.3　流场气流调节

专题研究了斜气流理论在宝钢烧结机头电除尘器应用的必要性和具体技术措施。

第一步:从宝钢烧结机头电除尘器内定点采集粉尘试样进行粒度、理化性能及比电阻分析,论证采用斜气流技术的可行性及合理性。在一台烧结机头电除尘器内综合考虑了对称情况及特殊考察点,沿气流方向设4个断面,垂向上设三个水平,每个水平上布置40个点,共计120个采样点,挂设采样盒,利用定修期取出试样。综合分析发现,烧结机头粉尘的主要成分为二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙;比电阻数量级从108覆盖到1013,范围比较宽;粒度测试结果是1μm 左右的粉尘占其总体粉尘试样的80%左右。有关资料认为粒径为1μm左右的粉尘对电除尘效率的影响尤为严重,而斜气流技术被认为是能够降低微细粒子飞灰损失的有效途径。同时从粉尘浓度分布规律看,采用斜气流技术提高烧结机头电除尘效率在理论上是可行和必要的。

第二步:在流体相似(几何条件相似、运动相似、动力相似)三大定律及气流自模理论详细计算的基础上,建立烧结机头烟气斜气流研究试验模型系统。通过模型内不同断面导流及折流措施的实施,把气流调整到预定的斜气流廓线模式。

第三步:应用模型试验的结果,放大应用到实型内,进行分析测定。基于不改变现场原有设备的原则,试验采用了模型设备内设调节装置,对气流影响做对比分析及组合考察。进行了48次调整和组合试验,以使气流分布状态达到最佳值,最终确定斜气流的最佳实施方案。进行工业试验研究取得实效,试验测试降低粉尘排放达28%。

3　工程应用

3.1　制定烧结机头ESCS电除尘器改造方案

电除尘提效技术开发研究初见成效,在生产厂的全力支持下,制定了机头ESCS电除尘设备内部进行技术提升的改造方案。主要内容是对原有电除尘器做恢复性修复;在电场中装设了针对大型烧结机头ESCS电除尘器研究开发的新型流场调节装置和在第三电场出口端与气流垂直方向放置了一组移动阳极电场。改造投资是其它传统方案(增大设备规格的方案和改用袋式除尘器的方案)的1/2～1/3。

3.2　改造效果

二烧结机头ESCS电除尘器提效改造于2004年9月与烧结机扩容改造同步进行,经过16天的改造,于9月25日正式投用。投用后,组织宝钢监测站连续一个月对使用效果进行测试(A机、B 机各4次),在设备运转正常、生产负荷达到扩容产量的情况下测定了粉尘排放结果,除尘器排放平均值为57mg/m3(宝钢电除尘排放标准为80mg/m3),比当时三烧结扩容改造后,机头ESCS电除尘器排放浓度平均值的1/2还要少。改造获得了超越预计的收效。投用至今,系统运行正常,除尘效果稳定。(下转第68页)2.3　系统本身的干扰

由于系统内部设备本身存在噪声,当这些噪声达到一定程度时会干扰图像。如系统内部的电缆与部件、部件与部件阻抗不匹配而造成的驻波反射严重时也会干扰图像。另外由于视频电缆线的芯线与屏蔽网短路、断路造成的故障,或者是由于BNC接头接触不良形成干扰使图像质量下降。抑制这种干扰的方法是提高视频信号源的输出电平、实现阻抗匹配、采用低噪声放大器、提高施工质量等措施,尽量减少干扰对系统的影响。

3　解决干扰方法实例

这里介绍一个解决干扰的方法实例。在监控系统表现最为突出的干扰为地电位差干扰,这种干扰出现以后很不好处理。特别是当系统已经投入运行后,更换视频电缆类型或电缆外层加装防护管等抗干扰方式因施工问题不便采用。方便而有效的办法是在监控系统的后端将干扰去除,恢复图像原有质量。根据这一原则我们进行了视频隔离均衡放大器的开发研制,目的是在采用视频同轴方式的监控系统传输受到干扰时,运用对视频信号进行隔离和均衡放大的原理,将干扰信号分离和吸收掉,有效提高视频信号在传输过程中的份量比例,消除图像的横条干扰或将电磁场干扰对工业电视系统的影响程度降至最小,保证视频信号传输质量。

视频隔离均衡放大器工作原理框图见图4。工作过程如下:视频信号(信号频率带宽为0～6MHz)进入带通滤波器(设计带宽为6MHz,即允许频率为0～6MHz的信号通过),滤去频率值高于视频频率的其他信号(干扰信号)。然后再将T型吸收回路设计成具有吸收频率高于视频信号频率的其他信号的功能。通过这两个电路的滤波和吸收作用,视频信号得到相对提升。提升后的视频信号经高频放大器宽带放大,再经射极跟随器送入高频变压器耦合后输出。射极跟随器主要起阻抗匹配作用,而高频变压器起到隔离地

电位差作用。

图4　视频隔离均衡放大器

Fig.4　V ideo is olated equalizati on a mp lifier

4　结语

在钢铁、电力等重工业企业内,视频干扰现象普遍存在,严重影响了监控系统的监视效果。目前,除了光纤设备以外,还没有真正意义上的抗电磁场干扰设备。我们研制的视频隔离均衡放大器已经申请了专利,投入使用后效果良好。由于其价格低廉,使用方便,效果明显,所以具有很强的推广性。

编辑　马凯利

(收稿日期:2005-01-19)

(改稿日期:2005-10-25)

　　(上接第12页)

2005年3月一烧结机扩容改造时,借鉴二烧结机头ESCS电除尘器提效改造的成功经验,并进一步应用了有关开发的新技术,制定了一烧机头ESCS电除尘器提效改造方案,改造后同样取得良好效果。

4　结语

提高大型烧结机头电除尘器的除尘效率是一项比较难解决的问题。超越传统的提效改造方案,利用除尘器内的有效空间,应用加强粉尘荷电能力的均流电场、复合电极和强化收尘及防止二次飞扬的旋转—固定阳极电场组合,以及改善流场气流分布的气流调节装置等研究开发的新技术成果,既能达到提高除尘效率的目的,又不需改变除尘器的外形尺寸结构,改造时间短、投资省,是一种经济、高效、简捷的电除尘提效改造技术路线和方案。

编辑　王仁意

(收稿日期:2005-07-19)

(改稿日期:2005-10-25)