步进式烧结机电除尘器结构设计研究

林宗德 林新英 王春连

(1. 闽南理工学院， 福建 石狮 362700； 2. 福建龙净环保股份有限公司， 福建 龙岩 364000)

烧结烟气具有粉尘比电阻高、含湿量大、化学成分复杂等特点，应用电除尘技术的难度较大。由于烧结工业一般采用低温厚层烧结工艺，使得烧结机烟气处理更加困难[[1-2]。采用步进式烧结机电除尘器，有助于钢厂烧结机的良好运行。

电除尘器是一种除尘装置，其工作原理是，使用DC负高压使气体电离以产生电晕放电，使灰尘充电，然后在强电场力的作用下使灰尘与气体分离。电除尘器具有除尘效率高、设备阻力小、能耗低、烟气处理量大的特点[3]。烧结机的烧结质量差，大部分情况下环保效果不理想，成本和能耗较高，生产效率低。为了使烧结机能够更好地应用于市场，必须进行技术改造。本次研究中，我们将探讨步进式烧结机冷却段电除尘器的设计。

1 现有电除尘器工艺技术参数及运行工况

1.1 运行工况

现有的湿式静电除尘器最初用于清理含有微量灰尘和微粒的除尘设备，以及去除湿气中的有害物质，如灰尘、酸雾、气味和PM2.5。它是一种治理大气粉尘污染的理想设备，但是造价和使用费用较高。在前期运行一段时间后，烧结机电除尘器工况参数一直不稳定。在启动操作之后，第二电流低并且电场不稳定，除尘效率随之降低。

1.2 技术参数

现有电除尘器用地面积约230 m2，电场有效断面积约186 m2，同极间距约450 mm，烟气处理能力达81×104m3h，烟气处理温度为270 ℃，工作压力为18 kPa；进口烟气含尘率为0.5～5.0 gm3；出口烟气含尘率不大于100 mgm3。

步进式烧结机通过液压推车机来推动，推动速度可调，自动点火，采用机上烧结、机上冷却工艺。在烧结生产过程中，会产生大量含有SO2、NOx、PCDDFS(二噁英)等有害气体的含尘烟气。为了保护环境、保护主抽风机转子、提高烧结机作业率，含尘烟气在排放前必须经机头除尘设施予以净化[4]。有某钢厂，工况如下：

(1) 由于工况复杂，各工艺流程的工况对粉尘浓度影响较大，粉尘浓度波动较大。

(2) 含尘烟气中含Na、K的氧化物和氯化物比较多，烟尘细而轻飘，灰尘呈絮状，收尘难度加大。当烟气流速大于0.8～1.0 ms时，很容易被气流带走，排至空中。

(3) 各种固体废物，如钢尘、污泥、炼铁粉尘和灰分返回到烧结成分中，引起烟气中粉尘物理性质的变化。其中，碱性物质使得粉尘的比电阻增大，不利于对静电粉尘的收集。

(4) 粉尘粒径较小，机头粉尘粒径在5 μm以下的比例可达20%～30%。

(5) 粉尘比电阻高，常温时比电阻在1010Ω·cm以下，100～150 ℃条件下比电阻可达1011～1012Ω·cm。同时,为了提高烧结矿质量和碱度，将粉尘比电阻增大到1012Ω·cm。很多钢铁厂进口矿石较多，由于长期海运，导致矿石中含钾盐、钠盐成分增加，收集的粉尘粒径小、比重轻、易产生二次飞扬[5]。某钢厂230 m2步进式烧结机粉尘比电阻及堆积密度测试结果见表1、表2。

表1 某钢厂230 m2步进式烧结机粉尘比电阻及堆积密度第一次测试数据

表2 某钢厂230 m2步进式烧结机粉尘比电阻及堆积密度第二次测试数据

2 步进式烧结机电除尘器方案设计

2.1 除尘器总体布置

设计的静电除尘器由2部分组成，即集尘器主体和高压供电设备。主体部分包括灰尘室(或电场)、振打装置、外壳和灰斗。高压供电设备包括整流设备和变压设备。步进式烧结机由液压推车机驱动，推车速度可调，自动点火，车载烧结，车载冷却。将铁矿粉通过配料室配料送到搅拌机中制成球状，用皮带输送到烧结机混合仓完成进给[6]。分配装置将混合的烧结物均匀地分布在小车中，然后通过点火装置点燃烧结物的表面，开始烧结。随着小车的移动，在排气状态下，材料层从顶部到底部完成烧结过程。烧结过程结束后，进入冷却段进行冷却，冷却后的烧结矿通过自卸车排入单辊破碎机进行粉碎。通过带式输送机将压碎的烧结物送至筛选室，并将成品送至成品缓冲罐。底部材料通过皮带输送机送至底部料仓。烟气通过减尘管、烟道进入除尘系统，并通过排气扇排入大气[7]。较大的灰尘颗粒通过减尘管排入下部水封，并通过水封拉链拉出。烧结排气系统，冷却排气系统和其他除尘点配有除尘装置，可有效减少粉尘对环境的污染。除尘器总体布置如图1所示。

2.2 设计参数

3 结构改进措施

3.1 阳极振打改造

由于除尘器的运行温度高，阳极板下部振打杆限位，因此需考虑高温下的热膨胀因素。除尘器运行时，应防止极板因下部热膨胀空间不够而变形，影响电场的异极距[8]。同时，考虑热膨胀因素，将阳极内部走台设计成多个小走台，每段走台的两端，一端焊接，另外一端限位。除尘器结构如图2所示。

图1 步进式烧结机电除尘器总体布置图

图2 步进式烧结机电除尘器结构图

3.2 阴极传动箱改造

阴极线使用BS芒刺线，采用鼠笼式阴极框架，阴极振打清灰同样采用侧部绕臂锤振打方式，阴极传动采用新结构。由于烟气温度高于250 ℃，阴极瓷转轴及阴极绝缘套材质采用95瓷。原BF结构传动箱体通过聚四氟乙烯绝缘板来实现箱体的密封，但由于温度较高，聚四氟乙烯绝缘板不能采用。于是，阴极传动箱体采用传动箱体与壳体内部为连通的新结构，不需要使用聚四氟乙烯绝缘板；同时，传动箱体底面做成倾斜的角度，保证传动箱体的溜灰角度，保证阴极传动系统的正常运行，同时瓷转轴的长度加长，加大放电距离。阴极传动箱结构改进前后的对比如图3所示。

图3 阴极传动箱结构图

3.3 其他改造措施

由于电除尘器运行负压高达18 kPa，烟气温度高达270 ℃，因此，壳体、喇叭、灰斗计算均需满足强度要求并留有富余量。其中，壳体H型柱材质采用Q345A，可以达到高温高负压下的强度要求[9]。进口喇叭上设置3层分布板，使进入电除尘的烟气更均匀通过电场；出口喇叭上设置出口槽型板，使末电场的烟气更均匀地通过电场，使收尘区域最大，同时捕集离开电场的荷电细灰，以达到减排的目的，从而提高除尘效率。

在实际应用中，出口槽型板在电除尘器的长期运行中必定有一定的积灰。考虑到槽型板的清灰问题，原结构中在槽型板排上加设了顶部电磁振打或侧部机械振打。考虑成本和漏风率的因素，现改进了槽型板的悬挂方式。槽型板上部采用悬挂方式,下部限位，使得槽型板在烟气通过的时候，槽型板在烟气气流的作用下，能沿着烟气方向轻微摆动，达到自动清灰的目的[10]。

灰斗下部采用电动双层卸灰阀，以保证下部灰斗密封，防止高负压下冷空气进入，避免在灰斗内部结露引起输灰不畅而影响除尘器的效率。

阳极板采用C480板，上部采用自由悬挂，下部振打杆用角钢加垫板，采用侧部绕臂锤振打，以满足阳极的振打清灰。后期的阴阳极振打试验数据表明，该结构的阳极振打加速度在大部分区域内的值都在200g以上。

4 结 语

基于某钢厂现有电除尘器技术改造的实际需求，针对烧结机电除尘器提升除尘效率难的技术问题，给出了步进式烧结机电除尘器的改进方案。

通过技术分析发现，优化传统的除尘器结构和技术参数，能有效地改善气流分布，提高除尘效率。 本设计中，对除尘器的阳极振打、阴极传动箱进行了结构改造，优化了技术参数。在除尘排放标准方面，符合国家规定，投入市场运行后效果良好。本次设计的除尘器，能够进一步提升除尘效率，降低污染，可用于进行中、小钢铁厂的土法烧结技术改造和完善。