電除塵器的改造設計

宋玉軍，呂峙勇，鄭俊興

(唐山三友集團青海五彩堿業有限公司，青海海西州 816200)

電除塵器的改造設計

宋玉軍，呂峙勇，鄭俊興

(唐山三友集團青海五彩堿業有限公司，青海海西州 816200)

介紹窯氣電除塵器的改造過程，電除塵器內件選擇方案以及試車過程中出現的問題及解決改進措施，為純堿行業電除塵器改造提供一種新思路。

電除塵器；蜂窩式陽極管；芒刺陰極絲；陰極防擺裝置；除塵效率

在氨堿法生產純堿過程中，石灰窯產生的窯氣中含有大量的粉塵，進入壓縮機之前必須進行除塵、降溫，否則將影響壓縮機的使用壽命，堵塞冷卻器，甚至影響產品質量。在純堿行業窯氣除塵工藝一般選用三級除塵，第一級是旋風分離器對大顆粒粉塵進行初次凈化；第二級除塵一般選用窯氣洗滌塔對窯氣進行逆流洗滌，進一步去除粉塵，同時降低窯氣溫度；最后一級采用靜電除塵方式，對微小塵粒(0. 5 μm以上)凈化。靜電除塵器大多數采用濕法單級管式電除塵器，陽極管(沉降極)采用φ273～φ325 mm圓形碳鋼管，陰極采用2～4 mm的不銹鋼絲，這種結構的電除塵器運行時二次電壓較高，二次電流偏低，運行初期除塵效率較高，但隨著運行時間增加，陽極管容易銹蝕(含電腐蝕)，粉塵積聚結疤，造成電除塵器異極間距發生變化，放電頻繁，運行不穩定，除塵效率下降。同時由于窯氣中的CO2氣體遇水后呈弱酸性，對陽極管腐蝕加劇，一般碳鋼材質的陽極管壽命不超過五年。我公司電除塵器原設計6臺，規格φ6000×15300，單臺處理能力32 000～40 000 m3/h，由于多種原因，自投用以來始終未能正常工作，窯氣含塵量高，縮短了后續生產設備的正常使用周期。為保證公司生產穩定，經過多方調研論證，決定對電除塵器進行改造升級。

1 改造方案

總體思路：利用原電除塵器基礎及配套高、低壓電器，對電除塵器本體、內件全部改造更換。

1.1 除塵器殼體

1.殼體 2.氣體分布板 3.重錘 4.陰極線定位架 5.陰極線 6.陽極管組 7.陰極線吊架裝置 8.噴淋沖洗設置 9.頂蓋 10.絕緣箱圖1 電除塵器結構示意圖

原除塵器殼體壁厚6 mm，內外防腐均為普通醇酸油漆，由于內部屬弱酸環境，腐蝕嚴重，殼體發生嚴重變形，內件垂直度偏差最大超過30 mm，造成電除塵無法運行。此次改造將殼體壁厚增加至12 mm，外防腐機械除銹處理，涂刷兩道底漆和兩道面漆，底漆為環氧紅丹，面漆為氯磺化聚乙烯面漆。內部防腐采用內襯厚度為7 mm 的聚烯烴(俗稱PO，PO是乙烯、丙烯和丁烯共聚而成的一種烯烴共聚物，具有耐腐蝕、耐高溫及低溫、耐負壓、抗老化的特性)，同時為了保證其不脫落，殼體內壁焊接龜甲網，然后熱塑旋轉一次成型，并選用JG-373型電火花微孔探傷儀，在輸出電壓為30 kV下進行探傷，以免存在缺陷。這種防腐方式可保證電除塵器外殼壽命達到20年以上。

1.2 陽極管束

原除塵器的陽極管148根，規格為φ325×5，長4.6 m，碳鋼材質，焊接在上下花板上，由于氣流沖刷及腐蝕，陽極管下部厚度約1 mm，內部結疤厚度達10 mm以上。為了解決腐蝕及結疤問題，此次改造，陽極管采用拉擠成型導電玻璃鋼陽極管束。這種管束由正六邊形導電玻璃鋼管組成，排列后呈蜂窩狀。其橫截面主要有三層結構組成，內層為導電的碳纖維樹脂層，中間為超強玻璃纖維增強層，外層為玻璃纖維樹脂層。其導電性好，接近普通鋼鐵的導電性；耐腐蝕性強，可耐硝酸、硫酸、氫氧化鈉等強酸、強堿；重量輕，僅相當于相同規格碳鋼管的1/6左右；壽命長，是普通碳鋼管的5倍左右；強度高、阻燃性好，結構緊湊，蜂窩型結構使每個極管的內外表面都成為沉淀表面，不存在死區。因此，對處理相同負荷的煙氣，它的體積小，占地面積少；此外，這種結構又具有相似于圓管式電收塵器的較好的氣流和電場分布，有利于除塵效率的提高。尤其是隨著制作工藝的改進，拉擠成型導電玻璃鋼陽極管束內表面光滑(絕對粗糙度僅為0.01 mm，遠小于鋼管內壁粗糙度)，不易結垢，各項性能優良，是濕式電除塵的理想材料。我公司根據設備基礎尺寸以及處理能力，選用196根內切圓φ300，長度4.5 m的陽極管束，管束分成四瓣，懸吊于十字框架內(見圖2)。此結構比原除塵器陽極管增加了48根，收塵截面積增加32%，氣速的降低，有利于粉塵的沉積，提高除塵效率。

圖2 蜂窩式陽極管截面圖

1.3 陰極線

陰極線的選用是電除塵運行好壞的重要因素之一，直接關系電除塵器的除塵效率、耗能以及運行的穩定性。陰極線選用標準首先應牢固可靠、機械強度大、不斷線、不掉線。其次是電氣性能良好，因為陰極線的形狀和尺寸可在某種程度上改變起暈電壓、電流和電場強度的大小和分布。良好的電氣性能是指使陽極板上的電流密度分布均勻、平均電場強度高；對于含塵濃度高、粉塵粒徑細及高比電阻粉塵，均表現出極大的適應性。第三，伏安特性曲線理想。指每個獨立供電的電場或室通電后，伏安特性曲線的斜率要大，這意味著在相同的電壓下粉塵荷電的幾率大。原電除塵陰極線采用φ4不銹鋼圓絲，這種陰極線易斷，起暈電壓高，運行時的二次電壓也高，同時在下部易結疤，造成陰極線肥大，影響電除塵器的正常運行。此次改造按照牢固可靠性、經濟性等綜合考慮，并根據窯氣中粉塵的粒徑及性質，采用鉛銻合金材質，小圓弧魚骨芒刺線，這種陰極線適用各種酸性煙氣，不僅起暈電壓低(20 kV左右)，而且可使電除塵器處于較低電壓，較大電流的工況下運行；電流密度可達1.45 mA/m，比老式陰極線提高了3～4倍，塵粒驅進速度提高近2倍。因此在高氣速(1.5 m/s以上)情況下，塵粒仍能有效捕集下來，同時抗擊粘附和臟物能力強，避免陰極線肥大，使電除塵器能夠長周期正常運行。

1.4 絕緣子

電除塵器的絕緣子不同于一般電氣工程上的絕緣件，它除了要求有大爬距、不積灰的外形， 以適應電除塵器內惡劣的工況環境外，更要求絕緣子的內在材質具有良好的機、電、熱性能， 以保證在一定溫度的環境中正常可靠的工作。電除塵器絕緣子在整臺設備投資中雖然所占的比重很小( 僅占工程總價的千分之幾) , 但它是主機中一個關鍵的基礎件。因此, 如何設計和選擇絕緣子關系到整個除塵器的品質和投運后的費用。原設計電除塵器絕緣子采用XHP-100普通高壓線路盤型懸式絕緣子，每組3個，運行中經常擊穿放電，造成電除塵不能正常運行。此次改造選用了性價比較高的石英材質，支撐型錐形絕緣子(見圖3)，它雖然沒有高鋁絕緣子耐熱性強，但考慮到窯氣實際工作溫度及承載強度，石英材質絕緣子已經可以滿足工況要求。

改造前 改造后圖3 絕緣子改造前后對比

1.5 電氣及其他

現有電除塵的高壓電源為GGAjO2-0.5A/72kV型高壓硅整流變壓器，控制系統為福建龍巖電控設備廠的HP-3000型控制器，控制器參數為0.4 A/(60～72)kV，屬恒流源。恒流源就是高壓控制設備通過采樣輸出電流并反饋，來調整可控硅的導通角，達到回路電壓和電阻之比恒定不變或在設定區域內不變，從而實現了電流恒定控制，能有效的抑制電場放電，避免電場閃絡拉弧，提高了收塵效果，又節約能源。根據陰極線的布置數量，高壓硅整流變壓器功率及HP-3000-2控制器略小，但考慮到電除塵改造及運行的實際情況，本著節約投資的原則，電氣部分基本上可以滿足工藝除塵要求，因此沒有進行改造。

氣體分布板原電除塵器采用碳鋼材質，板厚3 mm, 均布1 774個φ60的孔，雖然做了普通防腐處理，但沖刷腐蝕基本殆盡。現采用FRPP材質，板厚15 mm，均布2 680個φ40的孔，解決沖刷腐蝕問題。

此外在電除塵的排水管道加裝安全水封，防止系統負壓過高損壞設備及管道。

2 安裝調試、運行中存在的問題

2.1 安裝調試存在問題

1)由于陰極防擺框架為寬500 mm聚丙烯焊接成型，陰極線穿過聚丙烯板上的定位孔，造成單根陰極線調整困難，因此對其結構改造完善，形成左右前后均可調整結構，便于后期維護調整。

2)陽極管束拉齊工藝脫模處理不干凈，部分內壁粘有塑料薄膜，空載試車電流電壓正常，通氣后薄膜被氣流吹起，造成頻繁放電，后將其處理后正常。

2.2 運行參數

經過一個多月的調試運行，滿負荷試車時，二次電流穩定在380 mA,二次電壓在45～50 kV之間，火花放電次數基本為零。正常投入運行后，除塵器整體故障率極低(半年來無故障)。經過對陽極管及陰極線的內部檢查，內壁未出現結疤、結垢現象。

2.3 除塵效率

正常運行后，對除塵器的除塵效率進行查定，查定數據如表1。

表1 除塵器的除塵效率查定

由上表可以看出除塵效率平均在98.6%以上，窯氣含塵均小于10 mg/m3，完全滿足下一工序的要求。

3 結 語

1)蜂窩式導電玻璃鋼電除塵器在純堿行業屬首次應用，使用效果較好，有推廣價值，同時對于新建窯氣電除塵可以節約基建及設備投資。

2)電除塵器的陰極防擺框架較輕，氣流低速運行比較穩定，氣速突然增加后，穩定性差，應增加防擺裝置。

[1] 張殿印，王純.除塵工程設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2003

[2] 龍濤.電除塵器絕緣子的設計與選擇[C].第二屆全國脫硫學術會議論文集，2003

[3] 郝德山.蜂窩式導電玻璃鋼電霧除塵器的試驗總結[J].硫酸工業，2000(4)

TQ114.15

B

1005-8370(2017)01-43-04

2016-07-06

宋玉軍(1976—)，工程師，從事石灰生產工作多年。現任青海五彩堿業有限公司石灰車間副主任。