氮肥廠(chǎng)吹風(fēng)氣余熱回收系統(tǒng)靜電除塵器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

丁健生，王 濤，王翼鵬，顏玲芳，李 懿

（1.宇星科技發(fā)展（深圳）有限公司，廣東 深圳 518057；2.深圳市環(huán)境監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研發(fā)中心，廣東 深圳 518057；

現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)所排放的煙塵嚴(yán)重污染了大氣，并影響著人類(lèi)的健康，為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境和保障人們身體健康，各種除塵設(shè)備廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。本文將以吹風(fēng)氣余熱回收系統(tǒng)靜電除塵器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況進(jìn)行分析和探討。

1 吹風(fēng)氣回收工藝流程

企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中為合理利用資源，節(jié)能降耗，會(huì)采用吹風(fēng)氣余熱回收系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。在實(shí)際工作中，吹風(fēng)氣與合成的馳放氣混合在燃燒爐內(nèi)高溫燃燒，通過(guò)余熱鍋爐回收副產(chǎn)蒸氣，這種情況下就可以取消煤粉鍋爐，實(shí)現(xiàn)造氣蒸汽自給，煙氣經(jīng)過(guò)高效靜電除塵裝置處理達(dá)標(biāo)后可進(jìn)行排放。

圖1 吹風(fēng)氣余熱回收系統(tǒng)工藝流程示意圖

考慮吹風(fēng)氣余熱資源的特殊性，在蒸汽過(guò)熱器前設(shè)置水冷段，可對(duì)脈沖吹風(fēng)氣燃燒所產(chǎn)生的不穩(wěn)定煙氣起到均流作用。同時(shí)隔斷燃燒爐的輻射熱，防止過(guò)熱器局部超溫，對(duì)蒸汽過(guò)熱器起到良好的保護(hù)作用。尾部設(shè)置二級(jí)空預(yù)器，進(jìn)一步降低排煙溫度，同時(shí)提高送入燃燒爐的熱空氣溫度，有助于吹風(fēng)氣燃盡[1]。

2 吹風(fēng)氣煙氣特點(diǎn)

造氣爐生產(chǎn)半水煤氣分為制氣和吹風(fēng)兩個(gè)過(guò)程，且每臺(tái)造氣爐，吹風(fēng)氣產(chǎn)生的過(guò)程是不連續(xù)的，呈脈沖狀，其主要成分是CO2、N2、CO及煙塵等。余熱回收系統(tǒng)排出的煙氣具有氣流氣壓不穩(wěn)定、煙溫偏高、煙塵濃度低、粒度細(xì)、含水蒸氣[2]等特點(diǎn)。

3 吹風(fēng)氣設(shè)計(jì)思路

3.1 煙氣量

造氣爐制氣過(guò)程一般為周期性連續(xù)循環(huán)作業(yè)，吹風(fēng)氣是間斷產(chǎn)生的，而氣源具有脈動(dòng)性，其頻率取決于循環(huán)周期和投運(yùn)的造氣爐臺(tái)數(shù)，所以產(chǎn)生的煙氣量也具有脈沖性。相關(guān)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮平均煙氣量和最大煙氣量，并且要按照排放要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)還應(yīng)注意，煙氣溫度對(duì)煙氣量的影響大，需要考慮煙氣溫度的上下限值。

3.2 煙氣流速

煙氣經(jīng)過(guò)除塵器、粉塵荷電后被除去。煙氣在除塵器中的停留時(shí)間影響著處理效率，其流速比一般煤粉爐除塵器的煙氣流速低，所以能保證有效的收塵面積。相關(guān)人員在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮提高煙氣的處理效率，降低煙塵對(duì)極板、極線(xiàn)的磨損沖刷，以延長(zhǎng)電除塵器內(nèi)部構(gòu)件的使用壽命。

3.3 極配型式

相關(guān)人員在設(shè)計(jì)中，要考慮針對(duì)煙氣及粉塵的特點(diǎn)，采取合理的極配形式。極線(xiàn)采用魚(yú)骨針刺線(xiàn)，極板采用材質(zhì)為SPCC陽(yáng)極板。魚(yú)骨針刺線(xiàn)的特點(diǎn)是在電場(chǎng)內(nèi)通上高壓直流電后，在針尖處能產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈放電，強(qiáng)烈的離子流能避免出現(xiàn)電暈閉塞，同時(shí)針尖處產(chǎn)生的電風(fēng)能促進(jìn)帶電的粉塵向收塵極移動(dòng)。同時(shí)，采用特有的一塊極板對(duì)兩根陰極線(xiàn)配置，使電場(chǎng)強(qiáng)度分布均勻、消除電場(chǎng)死區(qū)，提高收塵效率。

3.4 絕緣件

燃燒爐原料氣中含有H2和CH4等可燃物質(zhì)，燃燒產(chǎn)物是水。當(dāng)造氣爐爐況不好時(shí)，水蒸氣就不會(huì)完全反應(yīng)，會(huì)被大量帶入吹風(fēng)氣中，經(jīng)過(guò)余熱回收系統(tǒng)進(jìn)入除塵器。因此，對(duì)除塵器絕緣部分要求較高，需要采用特殊材質(zhì)絕緣件。同時(shí)，電氣設(shè)備需進(jìn)行限壓、限流雙重限制。

3.5 輸灰系統(tǒng)

輸灰系統(tǒng)結(jié)合煙氣特點(diǎn)及灰分的性質(zhì)，除塵輸灰系統(tǒng)可采用氣力輸灰。輸送系統(tǒng)相對(duì)封閉，以保證輸送質(zhì)量和減少粉塵飛揚(yáng)，有效改善現(xiàn)場(chǎng)的工況。輸灰系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，由此可降低包裝和裝卸運(yùn)輸費(fèi)用。

4 除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 殼體設(shè)計(jì)

除塵器的殼體采用桁架結(jié)構(gòu)技術(shù)，確保結(jié)構(gòu)中各梁、柱、板受力合理，以保證除塵器的整體強(qiáng)度。除塵器的殼體立柱采取矩形方管，通過(guò)側(cè)板連接組成寬立柱，起主要的支撐作用。鋼板的外側(cè)設(shè)置需要加強(qiáng)角鋼，保證鋼板受力。立柱端部固定于柱腳支座上，并設(shè)置滑板來(lái)抵消因溫度產(chǎn)生的形變。除塵器的殼體內(nèi)部斷面設(shè)置內(nèi)撐、拉筋，保證余熱回收系統(tǒng)系統(tǒng)的剛度。中間預(yù)留走道，方便停機(jī)檢修。

4.2 進(jìn)口喇叭設(shè)計(jì)

除塵器的進(jìn)口喇叭與管道連接處尺寸設(shè)計(jì)為2 000 mm×2 000 mm，在進(jìn)口喇叭內(nèi)部設(shè)置雙層氣流分布板，其采用耐磨材料，保證氣流分布的均勻性，使煙氣能夠平穩(wěn)進(jìn)入電場(chǎng)中。在進(jìn)口喇叭內(nèi)部斷面處合理設(shè)置管撐，保證其強(qiáng)度，并采取防積灰措施防止粉塵沉積。

4.3 出口喇叭設(shè)計(jì)

除塵器的出口喇叭長(zhǎng)度要適當(dāng)縮短，還要在出口喇叭中加裝迷宮型槽形板，這樣設(shè)計(jì)是為了防止有逃逸的粉塵，以便提高收塵效率。并且，出口喇叭與管道連接處尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)也為2 000 mm×2 000 mm，這樣設(shè)計(jì)是為了方便系統(tǒng)管道的對(duì)接。

4.4 灰斗設(shè)計(jì)

除塵器的灰斗采取小錐形灰斗，每個(gè)電場(chǎng)配置一個(gè)灰斗?；叶妨锘医窃O(shè)置為60°，四周設(shè)置不銹鋼導(dǎo)灰板，保證灰分的下料；灰斗外壁采用蒸汽盤(pán)管加熱，利用廠(chǎng)區(qū)低壓蒸汽源，輔助灰斗加熱，保證灰分的干燥、流動(dòng)性；灰斗中間設(shè)置阻流板，防止煙氣形成渦流，引起二次飛揚(yáng)；灰斗壁設(shè)置兩臺(tái)倉(cāng)壁震動(dòng)器，在出現(xiàn)堵灰情況的時(shí)候開(kāi)啟倉(cāng)壁震動(dòng)器，通過(guò)震動(dòng)使灰分順利卸料；灰斗中部設(shè)置人孔門(mén)及手動(dòng)振打砧，在出現(xiàn)緊急、嚴(yán)重堵灰情況下，開(kāi)啟人孔進(jìn)行捅灰、利用手動(dòng)振打砧敲打排灰。為了保證系統(tǒng)的氣密性，出灰口尺寸設(shè)計(jì)400 mm×400 mm。

5 工程實(shí)例

5.1 項(xiàng)目背景

以湖北某大型化工企業(yè)氮肥廠(chǎng)碳銨改尿素技改項(xiàng)目為例。企業(yè)原有8臺(tái)造氣爐，原吹風(fēng)氣尾氣處理采用水膜除塵，由于水膜除塵用水量大，容易造成二次污染，對(duì)粒度太細(xì)的粉塵除塵效果不佳，無(wú)法滿(mǎn)足新的排放要求。通過(guò)細(xì)致考察和反復(fù)論證，最終選擇靜電除塵設(shè)備。

5.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）吹風(fēng)氣回收裝置平均煙氣流量：98 000 Nm3/h；最大煙氣流量：105 000 Nm3/h；（2）除塵器入口煙氣溫度（正常運(yùn)行）：130-180 ℃；（3）煙氣成分：SO2含量：≤400 mg/ Nm3，CO%≤0.2%，O2：2%-5%；（4）除塵器入口含塵量：6-8 g/ Nm3；（5）除塵器出口含塵量：≤100 mg/Nm3；（6）本體漏風(fēng)率：＜3%；（7）除塵器支撐方式：混凝土支架。

5.3 主要工藝指標(biāo)

6 結(jié)論

吹風(fēng)氣余熱回收系統(tǒng)回收煙氣具有高溫、低塵等特點(diǎn)，如選用旋風(fēng)或水墨除塵方式就無(wú)法達(dá)到新的環(huán)保要求，滿(mǎn)足用戶(hù)需求。如選用靜電除塵器，因其采用絕緣子室恒溫控制、極配形式、特殊電控等技術(shù)措施，保證了除塵器的高效穩(wěn)定運(yùn)行，并滿(mǎn)足新的排放標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)更有效解決吹風(fēng)氣余熱回收系統(tǒng)煙氣處理的問(wèn)題。