提高静电除尘器的除尘效率
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提高静电除尘器的除尘效率
简要:宝钢二炼钢转炉炼钢的一次除尘采用世界先进技术——LT干法除尘,在炼钢过程中,为把铁水炼成钢水,通常使用氧气进行脱碳,碳与氧气反应的结果产生大量的含尘煤气即烟气。
炼钢烟气处理工艺的目的在于对冶炼时所产生的所有烟气进行收集、冷却和除尘,并将含有
高浓度的一氧化碳气体送往煤气柜。烟气除尘主要是通过静电除尘器实现的,静电除尘器设
备投入运行2年后,除尘效率逐渐下降,粉尘排放浓度超标大于50MG/NM3,极丝断裂造成
短路的故障时有发生。因此我们对影响静电除尘器的一些因素进行分析研究,例如:烟气发
生量、烟气成份、粉尘比电阻、极间距、振打清灰等,以改善极丝抗腐蚀能力,降低故障,
提高除尘效率。
关键词:电除尘阴极丝(放电极)、阳极板(收尘极)、极间距、振打
1.LT炼纲除尘工艺概述
LT炼纲除尘工艺是二十世纪60年代由德国鲁奇LURGI和蒂森TYHSSEN公司联合开发成功,并以二公司的缩写命名,宝纲在90年代引进二套。
宝纲二炼纲250吨转炉LT系统如图所示
冷却烟道
其工艺流程:转炉吹炼时产生的烟气通过裙罩、冷却烟道,将高温烟气1600度冷却到1000度,烟气冷却是热交换的过程,此过程可产生大量饱和蒸汽,并回收利用。然后进入蒸发冷却器,在蒸发冷却器内通过雾化的水直接喷淋,使烟气进一步下降至200
度左右,并使大颗粒粉尘沉降下来,同时改善烟气的比电阻及露点,满足静电除尘器的工作要求。经过静电除尘器后,煤气的含尘量为10MG/NM3,烟气的抽吸依靠轴流风机,一氧化碳含量大于35%回收利用,送入煤气柜,含量低的煤气经燃烧后放散。静电除尘器收集的粉尘具有较高的铁含量,所以将粉尘送入压块厂压块,作为原料返回转炉,既节约成本,又保护环境。
2.静电除尘器结构及工作原理
静电除尘器的一般结构为筒状形如图所示:
静电除尘器是园形结构,气体水平从电除尘器内部流过,首先经过气体分配板,将烟气分配在电除尘器的整个横端面上,使其均匀流过。静电除尘器的内部设备主要是有平行布置的收尘极、放电极组成。收尘极、壳体接地,二块收尘极之间形成气体通道每个电场有36个通道,在这些通道中布置有高压电框架,框架中安装放电极,放电极是由带芒刺的金属片组成叫作扁钢芒刺形放电极,放电极为负电极,并和高压供电系统连接,由支承绝缘子支撑,放电极周围形成很高的电磁场,用于产生带负电的气体离子,这些负离子向阳极板移动,产生很小的电流,许多气体电离离子附着在灰尘微粒上,这样灰尘微粒带负电,并向阳极板移动,最终吸附在阳极板上。阳极板收集到的灰尘,由振打装置振打落于除尘器底部,通过刮灰装置将灰尘刮到链式输送机中排出。同样的在电场力的作用下,带正电离子的粉尘向阴极丝移动,最终在阴极丝上沉积,通过阴极振打装置进行振打除灰。
2.1、静电除尘器的特点如下:
1.尘器的承载体是设立在电除尘器的进出口及电场之间的环状托座上。
2.环状托座之间的电除尘器壳体上装有保温层。
3.烟气进出口采用变径管结构。
4.静电除尘器壳体耐压0.3Mpa。
5.静电除尘器进出口装有可选择性起闭的安全防爆阀,以疏导可能产生的压力冲击波。
6.除尘器收集到的粉尘,首先是吸附在阳极板上,由内部振打装置,刮灰装置集中,通过链式输送机排出。
7.般情况下电除尘器配有三个电场,宝钢使用的电除尘器配有四个电场如图所示。
静电除尘器示意图
图2-1
3.静电除尘器设备现状
宝钢二炼钢250吨转炉煤气回收采用LT系统干法静电除尘器,4号炉和5号炉各一台,每台静电除尘器有4个电场,每个电场由37块阳极板组成36个烟气通道,通道中间插入阴极丝,每个电场有8000根阴极丝,阴极丝为扁钢芒刺,阳极板为C335型。阴极丝与阳极板间距为150±10mm,但是实际调整间距为130-170mm。
在对电除尘器内部进行检查时,发现分配板容易积灰,上部阴极丝不太积灰,下部阴极丝积灰严重,一二电场阴极丝发生断裂。阳极板与阴极丝之间的距离发生变化,阴极丝框架变形,上下不垂直,与阳极板间距小至100mm,变形严重且无法矫正,只能对阴极丝与阳极板进行短接处理。下面就阴极丝断裂原因进行分析。
3.1、极丝断裂原因分析
一电场阴极丝为扁钢芒刺,厚度为2mm,材质相当于国标0Cr13Al。断裂的阴极丝表面分布有红褐色疏松氧化铁腐蚀层,阴极丝的断面为圆形,并向断点逐渐变细变薄。沿断裂阴极丝的断口及正常位置取纵截面试样,经镶嵌、研磨抛光及苦味酸盐酸酒精溶液侵蚀后进行观察。断口处的金相组织为粗大的铁素体,并存在沿晶界开裂的裂缝,见图1。正常部位的金相组织为细小的呈带状分布的铁素体+颗粒碳化物,与腐蚀物接触的金属表面呈沿晶界腐蚀,见图2、图3。
将腐蚀产物送入JCXA-733电子探针观察,腐蚀产物疏松多细孔,形貌见图4。光谱成分定性分析见图5。表面腐蚀物成分主要有:O、Fe、Zn、Cl、K、Ca及少量的Mg、Cr元素。将制备的断裂阴极丝金相样送入JCXA-733电子探针观察,腐蚀物的纵截面形貌见图6,腐蚀物主要分为两层,外层含有:O、Fe、Zn、Cl、K及少量的Ca、Si、Cr 元素,而后逐渐过渡,在腐蚀内层出现了基材成分,其元素为:O、Fe、Cr、Si、Al及少量的Cl、K、Ca元素,光谱成分定性分析见图7、图8。用衍射仪对刮下的腐蚀物进行金相分析,结果为:KCl、ZnOFeO、CaFe2O4、Fe3O4、Fe2O3。
通过以上分析可知阴极丝在电除尘器中受Cl离子和NO x等腐蚀气氛的作用,经测试5号LT的含水率为17.8%,其中Cl离子在常温下与水、阴极丝一起形成原电池腐蚀,NO x等的腐蚀发生在高温情况下,使阴极丝表面产生了均匀腐蚀。阴极丝断裂部位的铁素体晶粒粗大是由于此部分阴极丝受到了高温(700℃-800℃以上)的作用,加上氧化腐蚀严重,导致了此部分阴极丝严重减薄、变形、从而断裂。
电除尘器正常运行时内部最高温度不会超过300℃,为何断裂部分会达到700℃-800℃以上呢?分析阴极丝断裂位置发现,断裂部位主要位于阴极丝无芒刺段,这些位置正对应着阳极板的腰带和极板间固定间距用的支撑处。由于(1)无芒刺部位和对应着的腰带以及支撑之间的间距较小;(2)腰带未经钝化处理,表面粗糙有突起;(3)阴阳极间距变小等原因从而使局部地点电场强度升高,产生了电弧,引起了阴极丝局部高温,加速氧化腐蚀,从而导致了此部分阴极丝断面严重减薄变形,进而断裂。相对于Cl离子和NO x等腐蚀因素,电弧腐蚀是引起阴极丝断裂的主要原因。
3.2对策分析
3.2.1、气流分配板的作用:
电除尘器气流分布不均匀,意味着电场内存在着高低速度区,某些部位存在涡流和死角,该现象的出现,在流速低处所增加的除尘效率,远不足以弥补流速高处效率的降低,因而总的效率降低。此外,高速气流、涡流会产生冲刷,使极板、灰斗中的粉尘产生二次飞扬。分配板积灰是造成气流分布不均匀的主要原因,不良的气流分布,可造成电除尘器效率降低20%——30%甚至更多。
气流分布均匀性可采用相对均方根差法,相对均方根差可用下式表示:
σ=
v——测点上的流速
其中
i
v——端面上的平均流速