氮肥厂吹风气余热回收系统静电除尘器的设计与应用

丁健生，王 涛，王翼鹏，颜玲芳，李 懿

（1.宇星科技发展（深圳）有限公司，广东 深圳 518057；2.深圳市环境监测工程技术研发中心，广东 深圳 518057；

现代社会工业生产所排放的烟尘严重污染了大气，并影响着人类的健康，为了保护生态环境和保障人们身体健康，各种除尘设备广泛应用于各种领域。本文将以吹风气余热回收系统静电除尘器的设计与应用情况进行分析和探讨。

1 吹风气回收工艺流程

企业在生产过程中为合理利用资源，节能降耗，会采用吹风气余热回收系统（见图1）。在实际工作中，吹风气与合成的驰放气混合在燃烧炉内高温燃烧，通过余热锅炉回收副产蒸气，这种情况下就可以取消煤粉锅炉，实现造气蒸汽自给，烟气经过高效静电除尘装置处理达标后可进行排放。

图1 吹风气余热回收系统工艺流程示意图

考虑吹风气余热资源的特殊性，在蒸汽过热器前设置水冷段，可对脉冲吹风气燃烧所产生的不稳定烟气起到均流作用。同时隔断燃烧炉的辐射热，防止过热器局部超温，对蒸汽过热器起到良好的保护作用。尾部设置二级空预器，进一步降低排烟温度，同时提高送入燃烧炉的热空气温度，有助于吹风气燃尽[1]。

2 吹风气烟气特点

造气炉生产半水煤气分为制气和吹风两个过程，且每台造气炉，吹风气产生的过程是不连续的，呈脉冲状，其主要成分是CO2、N2、CO及烟尘等。余热回收系统排出的烟气具有气流气压不稳定、烟温偏高、烟尘浓度低、粒度细、含水蒸气[2]等特点。

3 吹风气设计思路

3.1 烟气量

造气炉制气过程一般为周期性连续循环作业，吹风气是间断产生的，而气源具有脉动性，其频率取决于循环周期和投运的造气炉台数，所以产生的烟气量也具有脉冲性。相关人员在设计时要考虑平均烟气量和最大烟气量，并且要按照排放要求进行设计。同时还应注意，烟气温度对烟气量的影响大，需要考虑烟气温度的上下限值。

3.2 烟气流速

烟气经过除尘器、粉尘荷电后被除去。烟气在除尘器中的停留时间影响着处理效率，其流速比一般煤粉炉除尘器的烟气流速低，所以能保证有效的收尘面积。相关人员在设计时需要考虑提高烟气的处理效率，降低烟尘对极板、极线的磨损冲刷，以延长电除尘器内部构件的使用寿命。

3.3 极配型式

相关人员在设计中，要考虑针对烟气及粉尘的特点，采取合理的极配形式。极线采用鱼骨针刺线，极板采用材质为SPCC阳极板。鱼骨针刺线的特点是在电场内通上高压直流电后，在针尖处能产生强烈的电晕放电，强烈的离子流能避免出现电晕闭塞，同时针尖处产生的电风能促进带电的粉尘向收尘极移动。同时，采用特有的一块极板对两根阴极线配置，使电场强度分布均匀、消除电场死区，提高收尘效率。

3.4 绝缘件

燃烧炉原料气中含有H2和CH4等可燃物质，燃烧产物是水。当造气炉炉况不好时，水蒸气就不会完全反应，会被大量带入吹风气中，经过余热回收系统进入除尘器。因此，对除尘器绝缘部分要求较高，需要采用特殊材质绝缘件。同时，电气设备需进行限压、限流双重限制。

3.5 输灰系统

输灰系统结合烟气特点及灰分的性质，除尘输灰系统可采用气力输灰。输送系统相对封闭，以保证输送质量和减少粉尘飞扬，有效改善现场的工况。输灰系统易实现自动化，实现远距离操作，由此可降低包装和装卸运输费用。

4 除尘器结构设计

4.1 壳体设计

除尘器的壳体采用桁架结构技术，确保结构中各梁、柱、板受力合理，以保证除尘器的整体强度。除尘器的壳体立柱采取矩形方管，通过侧板连接组成宽立柱，起主要的支撑作用。钢板的外侧设置需要加强角钢，保证钢板受力。立柱端部固定于柱脚支座上，并设置滑板来抵消因温度产生的形变。除尘器的壳体内部断面设置内撑、拉筋，保证余热回收系统系统的刚度。中间预留走道，方便停机检修。

4.2 进口喇叭设计

除尘器的进口喇叭与管道连接处尺寸设计为2 000 mm×2 000 mm，在进口喇叭内部设置双层气流分布板，其采用耐磨材料，保证气流分布的均匀性，使烟气能够平稳进入电场中。在进口喇叭内部断面处合理设置管撑，保证其强度，并采取防积灰措施防止粉尘沉积。

4.3 出口喇叭设计

除尘器的出口喇叭长度要适当缩短，还要在出口喇叭中加装迷宫型槽形板，这样设计是为了防止有逃逸的粉尘，以便提高收尘效率。并且，出口喇叭与管道连接处尺寸设计应也为2 000 mm×2 000 mm，这样设计是为了方便系统管道的对接。

4.4 灰斗设计

除尘器的灰斗采取小锥形灰斗，每个电场配置一个灰斗。灰斗溜灰角设置为60°，四周设置不锈钢导灰板，保证灰分的下料；灰斗外壁采用蒸汽盘管加热，利用厂区低压蒸汽源，辅助灰斗加热，保证灰分的干燥、流动性；灰斗中间设置阻流板，防止烟气形成涡流，引起二次飞扬；灰斗壁设置两台仓壁震动器，在出现堵灰情况的时候开启仓壁震动器，通过震动使灰分顺利卸料；灰斗中部设置人孔门及手动振打砧，在出现紧急、严重堵灰情况下，开启人孔进行捅灰、利用手动振打砧敲打排灰。为了保证系统的气密性，出灰口尺寸设计400 mm×400 mm。

5 工程实例

5.1 项目背景

以湖北某大型化工企业氮肥厂碳铵改尿素技改项目为例。企业原有8台造气炉，原吹风气尾气处理采用水膜除尘，由于水膜除尘用水量大，容易造成二次污染，对粒度太细的粉尘除尘效果不佳，无法满足新的排放要求。通过细致考察和反复论证，最终选择静电除尘设备。

5.2 设计参数

（1）吹风气回收装置平均烟气流量：98 000 Nm3/h；最大烟气流量：105 000 Nm3/h；（2）除尘器入口烟气温度（正常运行）：130-180 ℃；（3）烟气成分：SO2含量：≤400 mg/ Nm3，CO%≤0.2%，O2：2%-5%；（4）除尘器入口含尘量：6-8 g/ Nm3；（5）除尘器出口含尘量：≤100 mg/Nm3；（6）本体漏风率：＜3%；（7）除尘器支撑方式：混凝土支架。

5.3 主要工艺指标

6 结论

吹风气余热回收系统回收烟气具有高温、低尘等特点，如选用旋风或水墨除尘方式就无法达到新的环保要求，满足用户需求。如选用静电除尘器，因其采用绝缘子室恒温控制、极配形式、特殊电控等技术措施，保证了除尘器的高效稳定运行，并满足新的排放标准，会更有效解决吹风气余热回收系统烟气处理的问题。