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烧结机头电除尘器除尘效率的分析与治理研究

李强

(山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂，山西 太原 030003)

摘 要：针对太钢450m²烧结机机头电除尘器在运行过程中存在二次电压值下降、反电晕、内部积灰等现象，进行了分析，并采取调整振动力和周期等措施，有效提高了除尘效率。通过对机头除尘器粉尘粒径特性研究，提出了针对末端电场微粒粉尘治理的科学方法，使得太钢机头粉尘排放浓度达到了小于50mg/m³的行业先进水平。

关 键 词：电除尘器；粉尘；比电阻；积灰清理；除尘效率

烟气排放系统作为烧结生产重要配套系统，其排放的烟气与其他工矿企业废气有着明显的区别，主要在于烟气含湿量大、温度高且波动大等特点。因电除尘器适用于处理流量大、粉尘含量及烟气温度高的废气，因此烧结机头选电除尘器来进行除尘^[1-3]。然而，在长期实际运行过程中发现电除尘器阳极板、阴极线粘灰问题，使除尘效率降低，粉尘排放浓度增加，从而影响后部烟气净化系统的有效运行，导致烧结烟气排放超标^[4-6]。所以，解决烧结机头电除尘器内的积灰，提高除尘器运行效率是众多企业和科研部门关注的一个重要问题。

1 设备运行现状

太钢450m²烧结项目于2006年6月建成投产，其烧结机机头为2台卧式双室四电场宽极距电除尘器，其特点是阳极采用侧部挠臂锤振打和C型形式的阳极板，而一、二、三电场阴极采用双层中侧部挠臂锤振打和BS线，四电场采用星型线形式的阴极线，除尘器主要性能参数见表1。

450m²烧结机头电除尘器空载试车各项技术参数均可达到设计要求，说明除尘器本体及电控系统制造及安装质量较好。运行较长时间后二次电压、电流逐步降低，经检查发现除尘器内部板线、瓷套管和瓷轴积灰严重(如图1、图2所示)，使得除尘器在运行过程中出现放电极电晕封闭、瓷轴和瓷套爬电不良以及收尘极吸附困难等现象，从而导致运行电压、电流偏低或异常闪络，直接造成了除尘器除尘效率下降的严重后果。

为此，对1号除尘器在空载、热负荷、生产初期和近期的二次电压值进行对比分析，发现目前设备运行的二次电压不足生产初期的60%，见图3，使得除尘效率降低，有必要对积灰的产生原因进行分析。

由图3可知，一至四电场目前的二次电压均明显低于生产初期，而且衰减严重。

2 影响除尘效果原因分析

2．1 烟气湿度的影响

烟气湿度不仅对粉尘比电阻有影响，而且粉尘湿度对振打效果有影响，经监测，太钢烧结烟气湿度为7．5%～9．5%，而国内同类机型烟气湿度为6．1%～6．3%，烟气湿度过大在一定程度上加剧了振打力的不足，影响振打效果和除尘器除尘效率。

2．2 比电阻的影响

粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的参数，它对电除尘器效率的影响最为突出。粉尘比电阻就是尘粒在疏松状态下的视在电阻或当量电阻，在数值上等于单位面积、单位厚度粉尘的电阻值。粉尘比电阻过大或过小都不利于电除尘器的稳定、正常运行。

对电除尘而言，若粉尘比电阻在5×10¹⁰～10×10¹⁰Ω·cm之间，一般认为是反电晕现象的初始阶段，在现场整流控制柜表现为火花放电产生频繁，除尘效率下降^[7-10]。

太钢450m²烧结机生产时对除尘器粉尘现场测定，烧结机机头1号、2号除尘器粉尘的比电阻分别为449×10¹⁰～2240×10¹⁰Ω·cm和112×10¹⁰～3360×10¹⁰Ω·cm，从数值看属高比电阻粉尘，极易产生反电晕现象，从而造成粉尘在电场内荷电困难及电荷难以释放现象，从而大大降低了除尘效率；从现象看，各电场板线、磁套管、磁轴上有絮状物，主要为高比电阻粉尘，尤其以三、四号末端电场更为严重。

针对以上现象结合太钢烧结使用原料，对除尘灰各种成分的比电阻进行了测定和比较分析，见表2。

由表2可知，除尘器中高比电阻粉尘主要来自原料中的白云石、石灰石，随温度变化，比电阻值变化显著；除尘灰中金属氧化物随温度升高比电阻呈上升趋势，说明废气温度的合理控制对于比电阻的降低意义重大，根据除尘灰成分分析及生产实践表明，控制除尘效率的理想废气温度区间为100～120℃。

此外，高比电阻粉尘吸附在板线表面黏结指数较高时造成振打脱落困难，所以在有效提高除尘器对高比电阻粉尘的吸附能力的同时，必须做好板线的积灰清理。

2．3 循环物料的影响

研究表明，钾、钠碱金属质量分数高的粉尘其荷电效果差，同时粉尘一旦捕集后容易形成固化层，振打效果差，除尘效率低。为此，对机头除尘灰进行取样化学分析，分析结果见表3。

由表3可见，烧结机头除尘灰K₂O、Na₂O质量分数普遍较高，最高达16．22%、5．35%。追踪根源，对烧结原料取样进行排查，发现综合粉中炼钢蒸发冷灰和转炉二次灰的碱金属质量分数较高(见表4)。

根据除尘器出口粉尘检测数据可知，配加烧结机头除尘灰和含有炼钢蒸发冷灰、转炉灰的综合粉时，出口粉尘浓度从42．3mg/m³升高到89．5mg/m³，说明使用机头除尘灰和综合粉时对电除尘器的除尘效率有较大影响。

2．4 粉尘粒径和黏结度的影响

有关资料研究结果表明，带电粉尘向收尘极移动的速度与粉尘颗粒半径成正比^[11-12]。太钢机头电除尘灰中小于0．2μm的比例高达50%，小于1μm的比例占到87%(见图4)，粉尘粒度偏细，黏性大，和极板黏附力较大，尤其是在四电场中更为严重(见图5)，在常规振打加速度下分离效果不理想。

3 机头除尘效率改进措施实施

3．1 调整振打力和振打周期

2007年7月对机头除尘器阴、阳级振打进行了改造，通过增加振打锤头尺寸提高了对极板的振打力，改造前后见图6、图7。

改造板线对清灰效果有了一定的改观，但也带来一些负面影响：靠近振打砧头一侧的阴极线频繁出现疲劳断损现象。为此，根据各电场排灰量的多少和粉尘在不同电场内的沉积速度对振打间隔时间进行了研究计算，优化4个电场阴阳极振打间隔时间和振打时间。针对阴极线疲劳断损问题延长了振打间隔时间，缩短了对阴极的振打时间；针对阳极板粘灰及灰量大的特点缩短了振打间隔时间，以增加阳极振打频次。通过试验验证，最终确定了第2次调整方案(见表5)，从而提高了电场内部的整体清灰效果。

3．2 降低粉尘比电阻

1)2007年8月底完成对电源和控制系统的改造，采用脉冲式高频电源，并实现其相应功能。利用脉冲峰值电压和高频供电，对火花放电冲击进行限流，提高了电场击穿电压，降低尘层电位差，减少通过尘层平均电流以降低粉尘比电阻反电晕现象。

2)通过厚料层、低水低碳、合理用风，控制适宜BTP，稳定控制烧结废气温度在100～120 ℃，避免温度过高后粉尘比电阻升高的问题，使粉尘比电值达到理想的捕集区间，进一步提升控制系统运行稳定性。

3．3 合理利用循环物料资源

针对碱金属质量分数高的循环物料灰带来的荷电效果变差，以及碱金属粉尘容易形成固化层的难题，改造机头除尘灰物流排放系统，将机头除尘灰直排改为罐车外运方式。机头除尘灰、蒸发冷灰、转炉灰不配入烧结，统一供太钢氧气竖炉生产冶炼使用，减小了碱金属质量分数过高对除尘器带来的不利影响。

3．4 除尘器内部积灰清理

在保证450m²烧结活性炭脱硫系统正常投运的条件下，通过对电场极板、极线、高压瓷支座、瓷套、磁轴等构件设施的积灰清理，处理前后电压值对比见表6。

可见，保持高压绝缘设备和板线表面的清洁对 提高除尘器效率至关重要，为此，利用每次定检组织积灰清理，并形成制度化。

针对太钢高比例超细粉烧结生产特点，微粒粉尘对四电场带来的极板粘灰、反电晕问题建议应采取更为先进的除尘装置。

4 措施实施效果及建议

4．1 措施实施效果

通过有力措施的实施，使得机头1号除尘器4个电场二次电压值较前大大改善(见表7)。粉尘排放浓度降低(见表8)，实施效果十分明显。

4．2 改善微粒粉尘除尘效率的建议

随着太钢使用精矿粉的比例越来越高，粉尘粒径越来越细，电除尘器内粉尘随着电场顺序的移动，最终在末端电场极板大量黏附，形成极板固化层，不仅降低了除尘效率，而且增加了积灰清理的难度。

经过广泛调研和技术交流，使用可变向回转阳极式电除尘器和化学团聚装置，可有效解决微粒粉尘黏附问题，这也是大型烧结机机头除尘未来发展的方向。

5 结论

1)通过取样分析，找出了影响机头电除尘器除尘效果的主要原因，并采取相应技术措施，调整振打力和振打周期、降低粉尘比电阻、合理利用循环资源、除尘器内部积灰清理制度化等，使得除尘器效率提高，粉尘排放浓度达标，取得了很好的效果。

2)在钢铁行业环保严格要求的形势下，如何有效提高环保设施的高效运行是当今冶金行业持续发展的焦点问题。尤其是随着烧结机设备及除尘器的大型化后，针对烟气量增加、原料结构恶化及系统检修周期延长等带来的一系列不利因素，有效提高除尘效率值得烧结环保工作者们深入地研究。

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