步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)電除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

林宗德 林新英 王春連

(1. 閩南理工學(xué)院， 福建 石獅 362700； 2. 福建龍凈環(huán)保股份有限公司， 福建 龍巖 364000)

燒結(jié)煙氣具有粉塵比電阻高、含濕量大、化學(xué)成分復(fù)雜等特點(diǎn)，應(yīng)用電除塵技術(shù)的難度較大。由于燒結(jié)工業(yè)一般采用低溫厚層燒結(jié)工藝，使得燒結(jié)機(jī)煙氣處理更加困難[[1-2]。采用步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)電除塵器，有助于鋼廠燒結(jié)機(jī)的良好運(yùn)行。

電除塵器是一種除塵裝置，其工作原理是，使用DC負(fù)高壓使氣體電離以產(chǎn)生電暈放電，使灰塵充電，然后在強(qiáng)電場力的作用下使灰塵與氣體分離。電除塵器具有除塵效率高、設(shè)備阻力小、能耗低、煙氣處理量大的特點(diǎn)[3]。燒結(jié)機(jī)的燒結(jié)質(zhì)量差，大部分情況下環(huán)保效果不理想，成本和能耗較高，生產(chǎn)效率低。為了使燒結(jié)機(jī)能夠更好地應(yīng)用于市場，必須進(jìn)行技術(shù)改造。本次研究中，我們將探討步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)冷卻段電除塵器的設(shè)計(jì)。

1 現(xiàn)有電除塵器工藝技術(shù)參數(shù)及運(yùn)行工況

1.1 運(yùn)行工況

現(xiàn)有的濕式靜電除塵器最初用于清理含有微量灰塵和微粒的除塵設(shè)備，以及去除濕氣中的有害物質(zhì)，如灰塵、酸霧、氣味和PM2.5。它是一種治理大氣粉塵污染的理想設(shè)備，但是造價(jià)和使用費(fèi)用較高。在前期運(yùn)行一段時(shí)間后，燒結(jié)機(jī)電除塵器工況參數(shù)一直不穩(wěn)定。在啟動(dòng)操作之后，第二電流低并且電場不穩(wěn)定，除塵效率隨之降低。

1.2 技術(shù)參數(shù)

現(xiàn)有電除塵器用地面積約230 m2，電場有效斷面積約186 m2，同極間距約450 mm，煙氣處理能力達(dá)81×104m3h，煙氣處理溫度為270 ℃，工作壓力為18 kPa；進(jìn)口煙氣含塵率為0.5～5.0 gm3；出口煙氣含塵率不大于100 mgm3。

步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)通過液壓推車機(jī)來推動(dòng)，推動(dòng)速度可調(diào)，自動(dòng)點(diǎn)火，采用機(jī)上燒結(jié)、機(jī)上冷卻工藝。在燒結(jié)生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量含有SO2、NOx、PCDDFS(二噁英)等有害氣體的含塵煙氣。為了保護(hù)環(huán)境、保護(hù)主抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子、提高燒結(jié)機(jī)作業(yè)率，含塵煙氣在排放前必須經(jīng)機(jī)頭除塵設(shè)施予以凈化[4]。有某鋼廠，工況如下：

(1) 由于工況復(fù)雜，各工藝流程的工況對(duì)粉塵濃度影響較大，粉塵濃度波動(dòng)較大。

(2) 含塵煙氣中含Na、K的氧化物和氯化物比較多，煙塵細(xì)而輕飄，灰塵呈絮狀，收塵難度加大。當(dāng)煙氣流速大于0.8～1.0 ms時(shí)，很容易被氣流帶走，排至空中。

(3) 各種固體廢物，如鋼塵、污泥、煉鐵粉塵和灰分返回到燒結(jié)成分中，引起煙氣中粉塵物理性質(zhì)的變化。其中，堿性物質(zhì)使得粉塵的比電阻增大，不利于對(duì)靜電粉塵的收集。

(4) 粉塵粒徑較小，機(jī)頭粉塵粒徑在5 μm以下的比例可達(dá)20%～30%。

(5) 粉塵比電阻高，常溫時(shí)比電阻在1010Ω·cm以下，100～150 ℃條件下比電阻可達(dá)1011～1012Ω·cm。同時(shí),為了提高燒結(jié)礦質(zhì)量和堿度，將粉塵比電阻增大到1012Ω·cm。很多鋼鐵廠進(jìn)口礦石較多，由于長期海運(yùn)，導(dǎo)致礦石中含鉀鹽、鈉鹽成分增加，收集的粉塵粒徑小、比重輕、易產(chǎn)生二次飛揚(yáng)[5]。某鋼廠230 m2步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)粉塵比電阻及堆積密度測試結(jié)果見表1、表2。

表1 某鋼廠230 m2步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)粉塵比電阻及堆積密度第一次測試數(shù)據(jù)

表2 某鋼廠230 m2步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)粉塵比電阻及堆積密度第二次測試數(shù)據(jù)

2 步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)電除塵器方案設(shè)計(jì)

2.1 除塵器總體布置

設(shè)計(jì)的靜電除塵器由2部分組成，即集塵器主體和高壓供電設(shè)備。主體部分包括灰塵室(或電場)、振打裝置、外殼和灰斗。高壓供電設(shè)備包括整流設(shè)備和變壓設(shè)備。步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)由液壓推車機(jī)驅(qū)動(dòng)，推車速度可調(diào)，自動(dòng)點(diǎn)火，車載燒結(jié)，車載冷卻。將鐵礦粉通過配料室配料送到攪拌機(jī)中制成球狀，用皮帶輸送到燒結(jié)機(jī)混合倉完成進(jìn)給[6]。分配裝置將混合的燒結(jié)物均勻地分布在小車中，然后通過點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃燒結(jié)物的表面，開始燒結(jié)。隨著小車的移動(dòng)，在排氣狀態(tài)下，材料層從頂部到底部完成燒結(jié)過程。燒結(jié)過程結(jié)束后，進(jìn)入冷卻段進(jìn)行冷卻，冷卻后的燒結(jié)礦通過自卸車排入單輥破碎機(jī)進(jìn)行粉碎。通過帶式輸送機(jī)將壓碎的燒結(jié)物送至篩選室，并將成品送至成品緩沖罐。底部材料通過皮帶輸送機(jī)送至底部料倉。煙氣通過減塵管、煙道進(jìn)入除塵系統(tǒng)，并通過排氣扇排入大氣[7]。較大的灰塵顆粒通過減塵管排入下部水封，并通過水封拉鏈拉出。燒結(jié)排氣系統(tǒng)，冷卻排氣系統(tǒng)和其他除塵點(diǎn)配有除塵裝置，可有效減少粉塵對(duì)環(huán)境的污染。除塵器總體布置如圖1所示。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

3 結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

3.1 陽極振打改造

由于除塵器的運(yùn)行溫度高，陽極板下部振打桿限位，因此需考慮高溫下的熱膨脹因素。除塵器運(yùn)行時(shí)，應(yīng)防止極板因下部熱膨脹空間不夠而變形，影響電場的異極距[8]。同時(shí)，考慮熱膨脹因素，將陽極內(nèi)部走臺(tái)設(shè)計(jì)成多個(gè)小走臺(tái)，每段走臺(tái)的兩端，一端焊接，另外一端限位。除塵器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)電除塵器總體布置圖

圖2 步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)電除塵器結(jié)構(gòu)圖

3.2 陰極傳動(dòng)箱改造

陰極線使用BS芒刺線，采用鼠籠式陰極框架，陰極振打清灰同樣采用側(cè)部繞臂錘振打方式，陰極傳動(dòng)采用新結(jié)構(gòu)。由于煙氣溫度高于250 ℃，陰極瓷轉(zhuǎn)軸及陰極絕緣套材質(zhì)采用95瓷。原BF結(jié)構(gòu)傳動(dòng)箱體通過聚四氟乙烯絕緣板來實(shí)現(xiàn)箱體的密封，但由于溫度較高，聚四氟乙烯絕緣板不能采用。于是，陰極傳動(dòng)箱體采用傳動(dòng)箱體與殼體內(nèi)部為連通的新結(jié)構(gòu)，不需要使用聚四氟乙烯絕緣板；同時(shí)，傳動(dòng)箱體底面做成傾斜的角度，保證傳動(dòng)箱體的溜灰角度，保證陰極傳動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)瓷轉(zhuǎn)軸的長度加長，加大放電距離。陰極傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的對(duì)比如圖3所示。

圖3 陰極傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)圖

3.3 其他改造措施

由于電除塵器運(yùn)行負(fù)壓高達(dá)18 kPa，煙氣溫度高達(dá)270 ℃，因此，殼體、喇叭、灰斗計(jì)算均需滿足強(qiáng)度要求并留有富余量。其中，殼體H型柱材質(zhì)采用Q345A，可以達(dá)到高溫高負(fù)壓下的強(qiáng)度要求[9]。進(jìn)口喇叭上設(shè)置3層分布板，使進(jìn)入電除塵的煙氣更均勻通過電場；出口喇叭上設(shè)置出口槽型板，使末電場的煙氣更均勻地通過電場，使收塵區(qū)域最大，同時(shí)捕集離開電場的荷電細(xì)灰，以達(dá)到減排的目的，從而提高除塵效率。

在實(shí)際應(yīng)用中，出口槽型板在電除塵器的長期運(yùn)行中必定有一定的積灰?？紤]到槽型板的清灰問題，原結(jié)構(gòu)中在槽型板排上加設(shè)了頂部電磁振打或側(cè)部機(jī)械振打?？紤]成本和漏風(fēng)率的因素，現(xiàn)改進(jìn)了槽型板的懸掛方式。槽型板上部采用懸掛方式,下部限位，使得槽型板在煙氣通過的時(shí)候，槽型板在煙氣氣流的作用下，能沿著煙氣方向輕微擺動(dòng)，達(dá)到自動(dòng)清灰的目的[10]。

灰斗下部采用電動(dòng)雙層卸灰閥，以保證下部灰斗密封，防止高負(fù)壓下冷空氣進(jìn)入，避免在灰斗內(nèi)部結(jié)露引起輸灰不暢而影響除塵器的效率。

陽極板采用C480板，上部采用自由懸掛，下部振打桿用角鋼加墊板，采用側(cè)部繞臂錘振打，以滿足陽極的振打清灰。后期的陰陽極振打試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該結(jié)構(gòu)的陽極振打加速度在大部分區(qū)域內(nèi)的值都在200g以上。

4 結(jié) 語

基于某鋼廠現(xiàn)有電除塵器技術(shù)改造的實(shí)際需求，針對(duì)燒結(jié)機(jī)電除塵器提升除塵效率難的技術(shù)問題，給出了步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)電除塵器的改進(jìn)方案。

通過技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化傳統(tǒng)的除塵器結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)，能有效地改善氣流分布，提高除塵效率。 本設(shè)計(jì)中，對(duì)除塵器的陽極振打、陰極傳動(dòng)箱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改造，優(yōu)化了技術(shù)參數(shù)。在除塵排放標(biāo)準(zhǔn)方面，符合國家規(guī)定，投入市場運(yùn)行后效果良好。本次設(shè)計(jì)的除塵器，能夠進(jìn)一步提升除塵效率，降低污染，可用于進(jìn)行中、小鋼鐵廠的土法燒結(jié)技術(shù)改造和完善。