改善电除尘器气流分布性能提高除尘效率

改善电收尘器气流分布性能提高收尘效率

刘平英

（中国铝业股份有限公司中州分公司安全环保部，焦作454174）摘要：介绍中国铝业中州分公司5#熟料烧成窑电收尘器通过改善气流分布性能，除尘效率提高到99.6%以上，使熟料窑废气粉尘排放浓度≤100mg/Nm3，达到长期稳定满足国家200mg/Nm3的标准要求，减少了有回收价值的资源（熟料粉尘）浪费，减轻了对周围大气环境的影响。为其他窑炉电除尘系统的改造提供了一项适用可靠的技术措施。

关键词：电收尘器气流分布除尘效率熟料粉尘导流板

中国铝业中州分公司氧化铝烧结法生产工艺，先后建设7台熟料烧成回转窑，规格均为Ф4.5×100米，目前年产近100万吨氧化铝，每台窑均配套设置2台高压静电收尘器进行尾气净化处理，每台收尘器最大处理风量为30万m3/h。近几年，随着工艺技术的不断发展，每台窑产能都有了较大幅度的提高，根据生产的需要，其中的3—6#熟料窑电收尘器先后也进行了相应的扩容改造，即在电收尘器前面增加一电场，使每台80m2的单室3电场形成单室4电场，收尘面积由原来的4330m2增加为6329m2。但是，从例行监测结果（每月一次）表明，这几台窑电收尘器改造效果并不明显，不能满足长期稳定达标排放的要求。针对这种情况，对5#熟料窑电除尘系统进行了认真的碉查测试分析，找出了影响收尘效率的根本所在，即电场内气流分布不均匀。经过分析论证，提出了技术改造方案，于2009年7月完成了5#窑2台电收尘器的改造任务。改造后近半年来，5#窑电收尘器收尘效率稳定达到99.6%以上的设计要求，出口粉尘排放浓度小于100mg/Nm3，远低于国家排放标准（200mg/Nm3），实现了预期的目的。

1 氧化铝生产熟料窑电收尘现状

（1）熟料窑电收尘系统工艺流程，见图1：

中州分公司7台熟料窑收尘工艺过程相同，由于建设时期不同，电收尘器结构、规格和收尘工艺管网设计、布置形式各有差异，主要指风机出口至电收尘器入口管段， 1—7#窑风机出口至电收尘器进口烟道设计规格和现场管道布置形式，见图2：

图2 风机出口至电收尘器入口管段布置形式

从上图中知道，3-6#窑与7#窑布置形式类似，1、2#窑布置为一种形式。其中3-6#窑风机出口至电除尘器入口烟道与7#窑比较，见表1：

表1 3-6#窑风机出口至电除尘器入口烟道与7#窑比较表

（2）电收尘器出口污染物（熟料粉尘）排放现状

统计中州分公司例行监测结果（3-6#窑、7#窑2008年至2009年上半年粉尘排放浓度范围值和月平均浓度值），见表2：

表2 中州分公司1—7#熟料窑粉尘排放浓度例行监测结果

从表2统计结果可知， 7#窑电收尘器稳定达标，而3—6#窑大气排放状况相对较差，时有超标现象，不符合有关环保政策要求，必须进行深度治理。

针对这种情况，现场对5#窑进行了全面仔细的调查分析，从窑的工艺操作、旋风收尘器、电收尘器本体及气流分布、供电系统、电收尘漏风状况、温度、

入口粉尘浓度、粉尘的比电阻等因素进行排查，初步分析确定影响收尘效率的主要因素可能是电场内气流分布不均匀造成的。于是，结合《电除尘器性能测试方法》（GB13931—92）标准要求对气流分布性能进行了进一步的现场实测验证。5#窑东测试结果，见图3：

图3 5#窑东台电收尘器气流分布均匀性测试结果图从5#窑东台电除尘器气流分布测试结果来看，电场上部气流流速范围为0.8～1.8m/s,平均流速为1.39 m/s,；电场下部气流流速范围为0.04～1.2m/s,平均流速为0.50m/s,上部气流流速是下部的2.78倍，明显存在着气流分布不均匀的现象。5#窑西台电除尘器气流分布测试结果略（因与东台相差不大）。

《电除尘器性能测试方法》（GB/T13931－92）中同时规定了气流分布均匀性采用相对均方根差δr来判定：

式中：υⅰ—测点风速，m/s；

υ—截面平均风速，m/s；

n —截面测点数

根据测定数据和上述公式计算出相对均方根差δr后，按照《电除尘器产品质量分等》（JB/TQ493.1－90）标准要求，评价电除尘器产品质量等级。该标准按电除尘器的结构性能指标δr将电除尘器产品质量分为合格品、一等品和优等品三个等级。其中当气流分布相对均方根差δr≤0.25时，电除尘器产品质量为合格品；当δr≤0.20时，电除尘器产品质量为一等品；当δr≤0.15时，电除尘器产品质量为优等品。

计算5#窑东台收尘气流分布均方根差δr＝0.69，该值远大于0.25，因此，从气流分布性能指标来衡量该除尘器可以判定其质量为不合格品。因此，除尘效率低，粉尘排放浓度大。

同时，对7#窑也进行了气流分布测试，其气流分布均方根差δr＝0.23，电除尘器产品质量为合格品；

分析5#窑产生这种情况的原因：从上述图2、表1中可以看出，3-6#窑风机出口至电除尘器入口烟道布置形式和7#窑较相近，但7#窑电除尘器的气流分布性能要好于3-6#窑，我们做了进一步研究分析，找出了其关键问题所在——气流分布不均匀由电除尘器进口烟道设计不合理引起。

由上述表1中数据表明，3-6#窑与7#窑在处理风量差不多的情况下，3-6#窑风机垂直烟道断面小，是7#的二分之一，那么，在其管道内气体流速3-6#窑是7#的2倍，根据流体力学原理，气流能量是7#的4倍，若在相同的弯头处气流产生的离心力应该是7#的4倍，因此，在倾斜管道内3-6#窑的气流会存在着比7#窑严重的上部风量大，下部风量小的偏风现象，从现场对5#东烟道距离喇叭口3.5米处的断面气流分布测定也得到证实，见图4：

图4 5#东烟道距离喇叭口3.5米处的断面气流分布测定

3-6#窑与7#窑烟道都是由倾斜烟道1.6×2.0 m突变为喇叭口前3.0×2.5 m 的烟道，而3-6#窑烟道3.0×2.5 m 在扩容改造前为5.3米，增加一电场后缩短为1.7米，比7#窑7.27米短5.37米，气流在1.7米的烟道内要比7#能量大，进入喇叭口，偏风现象比7#更严重，对气流的均布影响更大。

3-6#窑风机出口向上垂直烟道截面设计为1.12×1.6=1.79㎡，烟道内气体流速高达38.8m/s，有关设计手册推荐为12—18 m/s ，该烟道设计不合理；7#窑为1.8×2.0=3.7㎡，烟道内气体流速为18.4m/s，接近设计要求。

同时，在弯头后设置倾斜管道，也强化了3-6#窑气流斜向上喷射的能量，因此，3-6#窑电场内气流分布非常不均匀，影响电除尘效率。

2 解决的技术方案

（1）利用停窑期间，2009年7月对电收尘进口烟道进行改造，把原倾斜的烟道改为水平布置，同时，延长5#窑喇叭口前3.0×2.5 m烟道，由原来的1.7米延长到3.5米，以减小烟道内气流分布不均匀的现象，，改善进口喇叭气流分布,减小局部风的喷射能量,有利于分布板的均布效果；

（2）增大3-6#窑风机出口垂直烟道，由原来的1.12×1.6 m改扩为1.8×2.0 m，使管道内的风速降小，以减小其经过弯头时产生较大的离心力来降低气流在进口烟道内及喇叭口内的能量；

（3）上升烟道转弯处设一导流板，改善烟道内气流分布不均的状况；