管式湿式电除尘器喷淋系统设计要点

2017-06-27信明勋

中国设备工程 2017年12期

关键词：收尘清灰管式

信明勋

（福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩 364000）

管式湿式电除尘器喷淋系统设计要点

信明勋

（福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩 364000）

湿式电除尘器是一种重要的环保设备，越来越广泛地运用于工业生产中，作为一种有效的烟气净化装置，它能实现超低排放。喷淋系统是湿式电除尘器的一个重要部件，它是提供有效的水冲洗的装置，清除电极上的积灰，以保证湿式电除尘器长期稳定运行。本文简述了管式湿式电除尘器喷淋系统关键参数的设计计算方法，可在工程设计中作为参考。

管式；湿式电除尘器；喷淋；水冲洗，流量

1 概述

全国大范围“雾霾”天气的出现，受到社会的强烈关注。一种新的、高效去除细微粉尘、SO3酸雾、汞金属等污染物的湿式电除尘器技术正越来越广泛地应用于工业生产中，以实现超低排放。湿式电除尘器安装在脱硫吸收塔之后，作为终端净除尘装置。实践表明，湿式电除尘器达到几乎零浊度的排放。

湿式电除尘器和与干式电除尘器的收尘原理相同，都是靠电阴极高压电晕放电使得粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下到达集电极。干式电收尘器主要处理含水很低的干气体，湿式电除尘器主要处理含水较高乃至饱和的湿气体。在对电阴极和集电极上捕集到的粉尘清除方式上有较大的区别，干式电除尘器一般采用机械振打或声波清灰等方式清除电极上的积灰，而湿式电除尘器则采用定期水冲洗的方式，把粉尘冲洗到灰斗中。为了保证湿式电除尘器长期稳定运行，电极上的积灰就必须得到有效清洗，喷淋系统就是提供有效水冲洗的装置。本文根据管式湿式除尘器的结构及其水冲洗的特点对喷淋系统的设计进行选型计算。

2 喷淋系统设计要求

湿式静电除尘器由于采用水喷淋清灰方式，避免了传统电除尘器二次扬尘与反电晕现象，可进一步提高细颗粒物的脱除效率，实现PM2.5的超低排放，成为现在工业除尘发展的一个重要方向。目前，湿式静电除尘器工程应用多采用喷嘴喷淋清灰方式，当喷淋流量过小，在收尘极板上易形成沟流，长期运行则造成极板结垢，影响系统放电特性；当喷淋量过大时，则会造成水资源的浪费。合理的喷嘴排布方式及喷嘴选型可在较小水量下实现有效清灰。另外，喷嘴喷淋压力及喷淋水量的均匀性也直接影响湿式电除尘器的清灰性能，特别是湿式电除尘器内部处理的烟气经过脱硫塔时会携带一部分石膏液滴进入电场区域，当石膏液滴累积在阳极管上不能得到及时的清除，容易形成板结，难以除去，从而影响电场的除尘效率，同时还存在电场短路风险。因此，喷淋系统的设计在湿式静电除尘器设计中极为关键。

在设计湿式电除尘器冲洗系统时要考虑的因素有：冲洗强度、冲洗水压力、冲洗覆盖率、冲洗频率、冲洗水水质等。

喷嘴布置在放电极和收尘极的上方，根据湿式电除尘器的结构形式和电场的划分按不同区域设置冲洗。为保证有效清洗，喷淋系统应能对除尘器的放电极和收尘极进行全面冲洗，不能有未冲洗到的表面；同时，到达表面区域的冲洗水应有一定的冲洗强度和冲洗压力。

3 喷淋系统设计要点

3.1 冲洗强度和冲洗水压力

冲洗强度就是单位面积滤层上所通过的冲洗水流量，即L(min•m2)。过低的冲洗强度和冲洗压力容易导致放电极和收尘极结垢，冲洗效果差；而过高的冲洗强度和冲洗压力又会使收尘极壁板面磨损，降低使用寿命，同时增加水泵的扬程。有关冲洗强度的经验不多，一般推荐采用大约20L(min•m2)的冲洗强度；冲洗水压力一般要求不小于0.2MPa。

3.2 喷嘴的选型设计

在环保设备上广泛应用的喷嘴主要有实心锥、空心锥、圆形、扇形等类型。首先，要研究适合导电玻璃钢管式湿电清灰特性和要求的喷嘴类型。与金属板式湿电不同的是，金属板式湿电采用连续喷淋，其喷嘴通常采用实心锥雾化喷嘴，使金属极板上形成连续均匀的液膜。而导电玻璃钢管式湿电主要通过收集雾滴在极板表面形成水膜，并依靠重力作用自流实现清灰。同时，辅以间歇喷淋来加强清灰效果。导电玻璃钢湿电的喷嘴布置在阳极模块上方0.6m以上，距离较大，且并非一个阳极管单元对应一个喷嘴，空心锥喷嘴适合于安装在每个阳极管内进行内壁喷淋，扇形喷嘴虽然能产生较高的打击力，但覆盖率较差。因此，导电玻璃钢湿电对喷嘴的选型主要基于喷淋打击力和覆盖率的考虑，通常选用非雾化的实心锥喷嘴，它利用内置叶片产生均匀一致的圆形实心锥形形状，其液滴为中等和较大颗粒。

喷嘴的喷射角度取决于介质的粘度、喷嘴结构、喷嘴流量和喷射压力，根据实心锥形喷嘴的特性，在喷洒区域内的水量曲线呈抛物线形，即中间水量多，越往边缘处的水量越少。

在相同的冲洗强度和喷嘴高度下，喷嘴的喷射角越大，喷射覆盖面积相对就越大，布置的喷嘴就越少，但其执行无效冲洗的比例也随之增加，应选用较大流量的喷嘴。喷嘴的喷射角越小，冲洗越集中，但覆盖整个电场断面所需的喷嘴数量就越多，可先用较小流量的喷嘴；当喷嘴的喷射角小至只能覆盖一根阳极管断面时，每根阳极管需对应设置一个喷嘴。当选用大喷射角的喷嘴时，喷射角度一般在60°～120°范围内选取，常取90°。

3.3 喷淋覆盖率

大型导电玻璃钢管式湿电阳极模块上方需要安装多个喷嘴才能保证横截面完全被喷雾区覆盖。也就是说，在设计时只能尽量做到喷淋液滴在湿电横截面上有比较均匀的分布。

一般采用“喷淋层覆盖率”系数来描述喷淋层的喷淋液滴在湿电内横截面上的分布状态。喷淋覆盖率是指喷淋层覆盖的重叠度，它由喷淋覆盖高度、喷淋角来确定。覆盖高度是指液膜离开喷嘴后至破碎前的垂直高度。喷淋覆盖率的计算公式如下式所示：

式中：A―除雾器有效通流面积，（m2）；

A0―单个喷嘴的覆盖面积，（m2）；

h―冲洗喷嘴距除雾器表面的垂直距离，（m）；

a―射流扩散角，（°）；

n―喷嘴数量，（个）；

P―冲洗强度，（L(min•m2)）；

Q―喷嘴的流量参数，（Lmin）；

β―冲洗覆盖率，即冲洗水对除尘器断面的覆盖程度，（%）。

由于阳极管高度较高，清洁难度大，为保证阳极管得到有效的清洗，减少弱效覆盖并考虑一定的冗余配置，通过模拟计算将湿电的喷淋覆盖率确定为200%～300%之间。

冲洗水泵的选型如下。

水泵的选型主要根据所需的流量和扬程来确定。

流量：Q=k ×Q1

式中：Q―水泵的流量，（m3/h）；

k―系数，一般取1.2～1.5；

Q1―在各分区域喷淋中，最大耗水量，（m3/h）。

式中：H―水泵的扬程，（m）；

h1―布置在最高处的喷嘴与水泵吸入点之间的高差，（m）；

h2―根据喷嘴的喷射压力（静压）转换的压力高度，（m）；

P―喷嘴的喷射压力（静压）（Pa，N/m2），ρ―介质密度（kkgg/m3），g―9.8N/kgk g（通常情况下可取10N/kgkg）；如喷嘴的喷射压力为0.3MPa时，转换的压力高度为30m；

k―管道的压力损失系数；介质流经管道后到达喷嘴处时，其间的管道会有一定的压力损失，一般取0.8～0.9。

3.4 冲洗水水质

一方面既要防止喷嘴因冲洗水中的悬浮物杂质含量过高、杂质直径过大而引起堵塞，一方面也要防止因硬度离子含量过高而引起喷嘴结垢现象，同时还要防止冲洗水的腐蚀作用。综合来说，湿式电除尘器对冲洗水水质的要求不高，一般的工业水水质均能满足其要求。通常引用脱硫系统的工艺水（工艺水一般来自于电厂循环水（或循环水补充水）、中水（即再生水）或其他工业水系统）、化水。