摘要：燒結煙氣除塵一直是一個行業比較關注的問題,某些地方標準規定其煙塵排放限值為20mg/Nm3,目前大部分設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勢在燒結煙氣的二次除塵改造中已得到廣泛應用,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"現象.實際工作中應從加強聯合聯動改造、優化氣流分布、優化沖洗配置以及強調施工安裝質量方面著手,促進濕式電除塵器改造項目的順利實施.

1燒結煙氣的特點

燒結煙氣是指在燒結機上各種粉狀含鐵原料、燃料和熔劑點火熔化、高溫燒結成型過程中所產生的含有多種污染物的煙氣,它與其他工業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

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

1.2煙氣成分復雜,含塵量高

燒結煙氣含有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。目前采用的除塵設備主要有電除塵器、多管除塵器以及少量的電袋復合除塵器。

1.3煙溫高、含濕量高、含氧量大

燒結煙氣溫度高,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《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》(GB28662-2012),燒結煙氣煙塵排放標準為50mg/Nm3,但一些地方標準來的更加嚴格,例如山東省規定燒結煙氣煙塵排放限值為20mg/Nm3。燒結煙氣由于含有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。

燒結煙氣經除塵后進入濕法脫硫(通常為石灰石/石灰—石膏法),經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用于燒結煙氣二次除塵改造中,該設備布置在脫硫系統之后、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,水霧在芒刺電極形成的強大的電暈場內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,最終粉塵粒子在電場力的驅動下到達集塵極而被捕集。水在集塵極上形成連續的水膜,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,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,內部無轉動部件,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勢

濕式電除塵器從結構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應用的趨勢。

從極板材質上分類,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構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為316L或其他耐腐蝕合金鋼。金屬極板系統復雜,需配套額外的循環水處理設施以及相應的加堿設施,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,在燒結煙氣二次除塵改造中應用較少,僅在電廠大機組超凈排放項目中有所應用。

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,故該系統無需設置加堿設施,沖洗形式可分為連續或間歇沖洗。

非金屬極板濕式電除塵器具有以下優勢:(1)極板本身耐酸腐蝕,無需堿洗保護,無需連續的堿液沖洗;(2)系統簡單,無額外加堿設施,無循環沖洗水設施,機械運轉設備較少;(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間歇沖洗,有效緩解煙囪冒“大白煙”現象。基于上述優勢,非金屬極板濕式電除塵器已廣泛應用于燒結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用實例

某項目120m2燒結機,已有石灰—石膏濕法脫硫設施,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,在濕除頂部設置直排煙囪。濕式電除塵器采用獨立支撐結構。設備性能參數如表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”現象徹底緩解,各項指標均達到設計值。

5二次除塵改造中常見的問題和對策

已投產運行的燒結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二次電壓正常、但二次電流偏低的現象。

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。調查后發現,濕式電除塵停運時,也就是脫硫出口煙塵濃度高達150～200mg/Nm3,最高達350mg/Nm3,按脫硫系統除塵效率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施,要使其出口煙塵≤20mg/Nm3,其入口煙塵應控制在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備就可以完成的,應系統計算,加強各個設備前后的聯合聯動改造。

5.2極板極線積灰嚴重

陽極板積灰嚴重也會導致二次電流偏小,除了控制前端煙塵濃度之外,解決積灰問題還應從優化沖洗抓起。應根據入口煙塵濃度及時調整沖洗程序,對于煙塵濃度較大的項目,應設計在線連續沖洗設施,做到單管單沖,對于較長的陽極板,可以考慮頂部底部聯合沖洗。連續沖洗時,應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,不產生有害放電現象,實現不斷電連續在線沖洗。

陰極線的沖洗也應優化。在現階段,對于進口煙塵濃度大的項目,陰極線選型時應優先選擇芒刺較長較尖銳,放電效果較好的線型。

5.3防腐層脫落導致陰陽極搭接

與脫硫設施相同,濕式電除塵器內部碳鋼件均采用玻璃鱗片防腐。對于設備頂部漸縮段這一重點部位的加強筋設置應重點考慮玻璃鱗片襯里的要求。在實際項目中出現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,還應考慮玻璃鱗片襯里的需求。參考《煙規》,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,已無法滿足防腐設計要求,因此在進行防腐煙道或殼體的設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》公式中的常數進行修正。

5.4陰陽極間距的保證

陽極模塊與陰極線框架之間的安裝位置誤差以及安裝質量缺陷會導致電場運行電壓、電場強度、陽極板電流密度分布均勻性,從而導致擊穿電壓降低并對除塵效率產生不利影響。因此必須保證陰陽極系統的安裝質量,以確保電除塵器除塵效率,使煙塵排放濃度符合設計要求。

5.5氣流均布設計

流場數值模擬對于濕式電除塵器設計來說是很關鍵的一項工作,對于確定的布置方式,應至少模擬40%、70%和100%三種負荷下的氣流分布狀況,通過調整導流板、均布板的方向、角度和開孔率等,來獲得最佳的氣流分布。

燒結煙氣量的反復變化對于濕式電除塵器來說是一種不穩定的因素,尤其是對于塔外獨立式濕式電除塵器。設備內部氣流均布系數應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根據設定的負荷調整引風機風量來考察設備內部主要斷面上的流速分布。

6結語

非金屬極板濕式電除塵器由于其自身的優勢已廣泛應用于燒結煙氣二次除塵改造項目中,其出口煙塵能滿足該行業目前最嚴的20mg/Nm3的要求,同時還能有效緩解煙囪“大白煙”現象,減小視覺污染。在設計施工時,應針對燒結煙氣的特性做適當的調整和改進,重點從加強聯合聯動改造、優化氣流分布、優化沖洗配置以及強調施工安裝質量方面著手,促進改造項目順利圓滿的達到設計要求。