浅谈影响烧结机头电除尘器效率的主要因素

黄 星

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

浅谈影响烧结机头电除尘器效率的主要因素

黄 星

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

针对烧结机头烟气、烟尘的特点，对影响机头电除尘器运行效率的主要因素进行了分析，并提出了一些应付不利因素的对策，为提高烧结机机头除尘器除尘效率和使用寿命，进一步加强和改善除尘器运行效果，实现达标排放提供了理论依据及技术方案。

烧结机头;气流分布;比电阻;振打清灰;电控技术

1 概述

中国的钢铁企业经过了近十年的飞速发展，已经使我国成为了第一大产钢国。但随之而来的是钢铁企业的重污染，高耗能，不但严重地制约了钢铁企业的可持续发展，更严重地影响了我国钢铁产业的健康良性发展。据不完全统计，目前钢铁企业的污染物排放仅粉尘就占了全国粉尘污染排放总量的15%。为此，控制钢厂的粉尘排放也成了当务之急，其中烧结机机头排放的粉尘总量又占了一半以上。因此，必须对影响烧结机头电除尘器运行效率的主要因素进行准确掌控，才能保证机头除尘器的安全高效运行，保证除尘效率，最大限度地降低粉尘排放。

2 烧结机机头烟气及烟尘的特点

烧结机头电除尘器属于烧结机的工艺设备，与烧结机系统的工艺流程有着密切的联系。烧结机机头烟气属高温、高压、高湿、含硫量大（烧结机排放的SO2占钢厂SO2排放总量的60%）的烟气。由于这些特殊性，使烧结机头烟气有别于通常的燃煤锅炉烟气。

2.1 烟气的主要组成成分

烧结机机头烟气由以下来源：1）风箱及各种管道的漏风；2）过剩的空气；3）点火器产生的烟气；4）燃烧混合料水分及结晶水所生成的水蒸气；5）混合料中可燃烧物燃烧时生成的CO2、CO；6）混合料中硫化物燃烧时生成的SO2及其它氧化物燃烧生成的废气；7）混合料收缩产生间隙而漏入的空气；8）台车的层料燃烧所生成的废气[1]。所以烟气成分为N2、O2、CO2、CO、SO2等。

2.2 粉尘成分复杂

粉尘成分取决于烧结原料（精矿或富矿粉）、熔剂（石灰石、蛇纹石、白云石和生石灰）、燃料（焦炭粉或无烟煤粉）及燃烧工艺等。由于国内的大钢铁企业使用的原料各不相同，因此粉尘成分也各不相同。大部分的含铁原料都来自国外，部分国外矿料含有较高的Na、K、Zn等元素，在烟气中以K2O、Na2O、ZnO的形式存在。在一些烧结机头除尘器收集的粉尘中，K2O、Na2O的含量竟高达20%以上，而且K2O、Na2O粒径细小、比重轻，极易产生二次扬尘，对除尘器非常不利。所以粉尘中不仅有Fe2O2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MnO、P2O5、S、C、FeO，而且还有K2O、Na2O、ZnO等多种成分。

2.3 烟气含尘浓度低

目前，国内外的多数烧结厂均采用铺底料系统，以提高成品率和保护烧结机台车。有了铺底料系统后，就可以使烧结机产生的飞灰粉尘大幅度降低，使烟气含尘浓度维持在较低水平，一般在1～5g/Nm3，并且粉尘粒径细小，不易捕集，尤其是粒径为0.2μm的粉尘[2]所占比例较高。

2.4 粉尘比电阻高、黏度大

由于烧结工艺的影响，烧结粉尘中SiO2、Al2O3、CaO的含量非常高，这导致机头除尘器后电场（三、四电场）烟尘的比电阻高、黏度大。这类粉尘较难荷电，吸附在极板后容易产生反电晕现象[2]。

2.5 烟气湿度高

一般烧结机都要经过两级或三级混料系统，混料时要加入大量的水或蒸汽。这些水分在烧结过程中均会以水蒸气的形式进入烧结烟气中，而这些水蒸气在烟气温度低于其露点温度时就会产生结露。此时，湿度较大的烟尘使得粉尘黏接力增强而附着在极板、极线上，不容易被振打掉，而且在阴极芒刺尖端会产生尘瘤，导致电场电流趋近于零，除尘效率几乎为零。因此湿度高、SO2含量高的烟气对除尘器的防腐性能提出了更高的要求。

2.6 烟气负压大

随着大产量烧结机以及高碱度烧结工艺的广泛应用，烧结机的料层增厚了很多。在工艺设计中，应用了大风量、高压头的抽风机，使烧结系统在高负压的状态下运行。所以，烧结机烟气负压相当高，一般在1.5×104～2.6×104Pa之间。这就对烧结机机头除尘器的强度和刚度提出了更高的要求。

总之，烧结机烟尘的特点可以归纳如下：1）粉尘比电阻高，一般在1011～1012Ω·cm；2）粉尘细，在2.5～100μm之间；3）黏度大；4）含湿量高，在8%～12%；5）烟气负压大，为1.5×104～2.6×104Pa。这些因素，极大地影响了所应用的烧结机机头电除尘器的除尘效果。

3 影响烧结机头电除尘器运行效率的主要因素

3.1 方案选型

近年来，由于国内富铁矿石资源贫乏，钢铁厂从海外大量引进铁矿石，由于海外矿石在海运过程中为防止扬尘等被人为掺入了大量海水，导致烧结机头电除尘器收集的粉尘中K、Na含量普遍偏高，该类粉尘颗粒很细小，呈棉絮状，比电阻高、黏性大，吸附到极板后很容易黏附在极板上，不容易清灰。从极板上被振打剥离时，又呈飞絮状态，极易因二次扬尘而被烟气带出除尘器，从而降低了除尘效率。因此合理的方案选型，是保证机头电除尘器收尘效率的先决条件。

针对目前机头电除尘器普遍存在的这种现象，以及目前国家对此类污染排放的环保新要求，满足电除尘器长期稳定运行，在机头电除尘器方案选型时，要保证以下条件：1）烟气流速不宜过高，如果烟气流速过高，粉尘很容易在还未完全荷电和沉降在极板之前，就被烟气带出了电除尘器，一般烟气流速以不超过0.9m/s为宜，如此即能有效降低絮状粉尘的逃逸；2）应保证烟气在电除尘器中有足够的停留时间，一般停留时间应在18s以上，充分保证细粉尘的处理时间。保证以上两个因素，就能很好地保证除尘器有足够的集尘面积。一般比集尘面积设计时以大于100m2/m3/s为宜。

3.2 气流分布

用于冶金行业的电除尘器，气流均布主要集中在两个环节：一是因工艺布局紧凑，入口烟道的环节；二是烟气进入除尘器喇叭入口后的环节。气流分布状况是关系电除尘器收尘效率的重要因素，而且投资小，见效快，简单易行[3]。其主要影响方式如下：

（1）电除尘器入口前烟道的流量均布直接决定了进入除尘器的风量，从而严重影响除尘器的除尘效率（对于双室或双列而言），同时，烟道内气流分布的不均匀性（主要指喇叭入口前的偏流）也大大地增加了除尘器入口气流均布的难度。

（2）在流速不同的区域除尘效率也不同。即流速低的地方效率高，而流速高的地方，除尘效率低。

（3）局部气流速度高的地方会出现冲刷现象，同时也会造成严重的二次扬尘。

上述因素综合起来往往会使除尘器的效率降低20%～30%，甚至更高，因此对气流分布要特别予以重视。在烟风道布置上可设置导流装置，确保流量均衡；在入口喇叭的气流分布板采用阻流加导流的气流分布板技术，并且通过数值模拟、模型试验、现场调整三大措施，保证烟道和电场内气流分布均匀，确保电场内气流分布的均匀性σ〈0.25。合理的烟道布置和均流装置的设置可大大降低系统阻力，节约能耗，提高电除尘器的效率。

3.3 烟气温度

电除尘器都是在一定的温度下工作。对于同一种粉尘，即使在几个电除尘器的规格和技术性能均相同的情况下，仅烟气温度不同，也可以使电除尘器的性能产生很大的差别。这主要是因为温度不同而改变了粉尘比电阻的结果。图1是温度与粉尘比电阻的关系曲线。图中实线是粉尘比电阻与温度的典型曲线，根据这条曲线，可以确定最适合电除尘器工作的温度。

图1 烟气温度与比电阻关系曲线

烟气温度对电除尘器性能的影响，还表现在温度对气体黏滞性的影响。在电除尘器电场中，气体的温度越高，烟气的黏滞性越大，则粉尘驱进速度越低。

另外，气体的密度在很大程度上取决于气体的温度。假定气体压力不变，则气体密度与气体的绝对温度成反比。因此，当气体温度升高时，气体的密度也就减少，从而使气体的击穿电压相应降低，除尘器的操作电压也降低，因而也降低了除尘效率。

对于烧结机头的高温烟气，可以在电除尘器前面设置废气余热利用装置。一方面可以降低烟气温度有利于除尘器除尘，另一方面也节约了能量。

3.4 粉尘比电阻

通常所说的比电阻是指粉尘表观的电阻率，是衡量粉尘导电性能的一个指标[4]。粉尘比电阻值的大小，除与尘粒本身的电阻有关外，与烟气参数也有密切关系。一般来说，烟气温度在100℃～200℃范围内的比电阻值最大[5]。如果对烟气加湿（即增加烟气组分中的水蒸气含量），则提高了尘粒的表面导电性，可使比电阻值下降。烟气温度与比电阻的关系见下表；烟气露点温度与粉尘比电阻的关系见图2。

烟气温度与比电阻的关系表（仅供参考）

图2 烟气露点温度与粉尘比电阻的关系

实测表明，烟气中粉尘比电阻值维持在106～1011Ω·cm时，最有利于电除尘器对粉尘的捕集，并能取得理想的除尘效果。在这个数值范围以外，电除尘器的性能将下降。当粉尘比电阻高于1011Ω·cm时，电除尘器的性能随着比电阻的增高而下降。这是由于荷电的高比电阻粉尘在阳极板沉积后，电荷不容易释放造成的。其使阳极板产生电晕放电的现象，称为反电晕现象。而烧结机机头的粉尘比电阻一般在1011～1012Ω·cm，远远高于106～1011Ω·cm，由于这一特质，使得机头除尘器很难保证高的除尘效率。

对高比电阻粉尘的捕集，主要可以采取新型电源（高频电源）以及新的控制机理来供电，并采取断电振打或加大振打频率等手段，以达到提高除尘效率的目的。

3.5 漏风

烧结机机头配套的除尘器因长期处于高负压运行，如果除尘器密封不严，就会从外部漏入冷空气，使通过除尘器的风速增大，烟气温度降低，而这二者都会使烟气露点发生变化，降低除尘器性能。

烧结机机头的粉尘一般都比较细，如果从灰斗或排灰装置漏入空气，将会造成收集的粉尘产生再飞扬，使除尘效率降低，还会使灰受潮而黏附在灰斗上造成卸灰不流畅，甚至产生堵灰。根据测定，通过灰斗漏入的风，相当于粉尘浓度达300～400mg/m3的含尘气体流入电场。若从烟道阀门、伸缩节、检查门、绝缘套管等处漏入冷空气，不仅会增加除尘器的烟气处理量，而且会由于温度下降出现冷凝水，引起电晕线肥大，绝缘套管爬电等故障。因此除尘器本体防止漏风就非常重要。

要确保除尘器本体的密闭性，需将漏风率控制在3%以下。采取的措施有：1）除尘器在满足检修的前提下，尽可能降低开孔数；2）壳体各部件之间的连接要合理，保证现场安装密封焊的可行性；3）人孔门设计成双层结构，采用硅橡胶材料密封；4）阴阳极振打轴穿孔处设有密封装置等。采用上述措施，可有效降低除尘器本体的漏风率，加上本体可靠的保温层设计，可使除尘器运行在露点温度以上。

3.6 提高绝缘性能

机头电除尘器的烟气中含有大量的水分和SO2，一般烟气中含水量在8%～12%，SO2含量小于0.1%。箱型梁和瓷轴箱内设有电加热装置和温度检测装置，可有效防止电瓷支柱、瓷套管和电瓷转轴结露。当烧结机台车速度减慢，或短暂停机时进入电除尘器的烟气温度会超过200℃，这时瓷套管内外温差较大容易破裂。箱型梁电加热装置的功率必须足够，温度一般不能低于100℃ 。同时，把绝缘子的尺寸加高、绝缘子的小口加大设计尺寸，可减少爬电现象；材质采用95瓷，更适合机头高温条件下使用。

3.7 振打清灰

电除尘器的振打清灰，必须使振动冲击传递到整排极板、极线，尽量除去黏附在其上的粉尘层，防止粉尘堆积过厚和长时间停留在电极板上。这意味着不仅要有足够大小的振打力，而且冲击力要分布均匀。即使如此，在振打程中，一部分粉尘仍会重返气流，形成振打清灰时的二次扬尘。

由于各电场粉尘浓度和粒径不一样，在相同时间内，阳极板表面所堆积的粉尘厚度也不相同，合理的振打制度应该是粉尘堆积到适当厚度再进行振打，这样才能使粉尘层成块状或片状从极板表面剥离下来，而不是被击碎成小粒子，再飞散到气流中。合理的振打制度是：在保持最佳供电的状态下，两次振打的间隔时间尽可能长些。由于各电场粉尘黏附力不一样，各电场的振打力也不应相同。因此，振打间隔时间及振打力最好通过试验确定，以保证振打时产生的二次扬尘最少。当这种规则确定好之后，除尘器在运行过程中应严格按照这个规则来实行振打控制。

针对机头粉尘黏附力大的情况，可采用加长加重式的整体锤。实践测定，采用了加长加重式整体锤后，极板上各点的冲击振动加速度大于200g，阴极线上各点冲击振动加速度大于150g，超过了德国鲁奇公司的标准规定。

3.8 电控技术

在机头电除尘器的电气设备配置上，如何使电气设备和本体有机地结合，是保证除尘器稳定高效运行的关键。目前行业流行的最佳电气配置方案是：一电场配置高频电源，二、三、四电场配置工频电源。如此，既能发挥高频电源的高适应性和稳定性，又能倍增后续电场工频电源的输入电场功率，从而达到提升除尘效率的目的。

为提高电除尘器的控制水平，电除尘器智能控制系统的应用也能在一定程度上改善除尘器的运行状况。在运行人员不是非常专业的情况下，智能控制系统能够自动选择最佳的运行模式，使除尘器在最佳工况下运行。同时，节能软件包的应用也可使电除尘器在满足排放标准的前提下大幅节能，符合钢铁企业节能降耗的目标。

[1]康进花，康建斌.烧结机头电除尘器的特点及选型探讨[J].中国环境管理干部学院学报，2006.

[2]谭松涛，殷征，等.265m2烧结机机头除尘器运行参数分析[J].莱钢科技，142.

[3]何剑，徐国胜，李丽梅.电除尘器气流均布影响因素实验分析[J].电力环境保护，2006，22（3）.

[4]黎在时.电除尘器的选型安装与运行管理[M].北京：中国电力出版社，2005.

[5]田园，等.除尘设备设计安装运行维护及标准规范操作指南[K].2003，9.

Simple Explain Main Factors that Make Impact on Efficiency of Electric Precipitator of Sintering Machine Head

HUANG Xing
(Fujian Longking Co., Ltd, Longyan Fujian 364000, China)

Based on the characteristics of flue gas and dust of sintering machine head, the paper makes an analysis on the main factors that make an impact on operation efficiency of electric precipitator of machine head, puts forward countermeasures which deal with disadvantage factors, so as to enhance the dust removal efficiency and use-life, strengthen and improve the operation effect of precipitator, and provide the theoretical base and technical scenario and to meet the emission standard.

sintering machine head; airflow distribution; specific resistance; shaking and cleaning dust; electric control technology

X701.2

A

1006-5377（2012）06-0049-04