用电除尘器净化高炉炉前烟气

作者：湘潭钢铁公司安环处 吴炳炎 张志林

欢迎访问e展厅 展厅 3 环保设备/水处理设备展厅 噪音控制, 紫外线杀菌器, 反渗透装置, 粉尘过滤器, 除尘器, ... 摘要：本文通过1800M3高炉炉前烟气净化系统的工程建设，特别是静电除尘器高压供电系统，最终采用恒流源供电，使净化系统达到工程设计要求。 关键词：高炉 炉前烟气 静电除尘器 恒流电源 1 高炉炉前烟气净化 高炉在炼铁的过程中，需不断地从炉顶装入铁矿石、烧结矿、焦炭和石灰石等原料，从高炉下部吹热风进行燃烧。在高温下，焦炭及其燃烧生成的一氧化碳使铁从铁矿石中还原出来，在这个过程中会产生大量的烟尘；此外高炉的原料系统在筛分、转运的过程中，也产生大量的粉尘。这两处是炼铁厂的主要污染源。 高炉在炼铁过程中所产生的大量烟尘从出铁口、渣口、铁水沟、渣沟等许多部位同时散发出来。根据有关测定，每炼1吨生铁，散发的烟尘约2.5kg。这些烟尘中66%以上的粒径小于10um，能长期悬浮于空气中，对人体的危害极为严重。由于出铁场是间歇操作，大部份烟尘在出铁开始时向外扩散，所以表现为阵发性的，这也给烟尘的捕集带来了相当的难度。目前小型高炉炉前烟气的净化以布袋为主，而静电除尘器只在少数大型钢厂的新建高炉中使用。 90年以前国内高炉出铁场基本未采取净化措施，随着环保要求的提高和改善工人作业环境，后建的高炉都采取了各种净化措施，其中以布袋除尘和静电除尘为主，也有少数是布袋和电除尘相结合。因布袋除尘器的压力损失大，占地面积大，后期维护费用高，所以大型钢厂都考虑使用静电除尘器。目前静电除尘器和高压供电电源在技术上的发展足以胜任出铁场烟尘的净化。本文主要对用恒流电源改造炉前静电除尘器的过程和结果做论述。 2 高炉炉前出铁场烟气的收集 高炉炉前出铁场的烟尘不同于其它地方的烟尘，有其自身的特点，这些特点给收集带来了相当的难度，其特点主要表现在以下四方面： 1． 阵发性 高炉出铁场在每次出铁的开始，特别是开铁口时，浓度最大，大量的烟尘会在此时产生。湘钢1800m3高炉在出铁时浓度最大时超出3g/Nm3。浓度的波动范围大，给静电除尘器的高压供电电源提出了新的要求，供电电源要能及时的跟踪并做出处理，随着阵发性烟气的产生，电源必须提高注入功率，保证有效除尘，但是实际上现在的可控硅电源并不能及时跟踪并做出相应调整。 2． 烟尘源分散，污染遍及全出铁场 高炉出铁场出铁时，烟尘从出铁口、出铁沟、撤渣口、摆动流、渣沟、炉顶等许多部位同时散发，进而扩散到整个出铁场。以湘钢1800 m3高炉为例，共计21个扬尘点，总面积约占出铁场面积的45%。因此大面积散发的烟尘污染了整个出铁场及周围，因扬尘点多，总面积大，收尘时所参入的风量大，给收集和处理都带来了难度。 以下是湘钢1800m3高炉扬尘点的系统数据： 扬尘点 个数 同时工作点数 总风量(万) 备注 出铁口 6 3 34 考虑10%的漏风6.7万，合计风量为73.5万。 出铁沟 4 2 2 撤渣口 2 1 6 摆动流 6 3 20 渣沟 2 1 0.8 炉顶 1 1 4 合计 21 11 66.8 3． 连续出铁，污染时间长 湘钢1800 m3高炉日出铁量近5000吨，每天出铁10多次，每天总出铁时间在10个小时以上。由于是南北两边的出铁口轮翻出铁(北边3个出铁口，南边3个出铁口)，一个出铁口出铁尚未完成，另一个出铁口又要开始出铁，几乎是连续出铁，这样就造成了阵发性烟尘的频繁产生，对高压供电系统的负载跟踪能力提高了要求，可控硅电源由于跟踪能力有限，烟尘浓度高时，二次电流下降，导致除尘器不能正常工作；而对于布袋除尘来说，这种工况会缩短布袋的使用寿命，提高压力损耗，烟气收集效率降低。 以下是湘钢1800 m3高炉的工艺参数： 有效容积： 1800 m3 年工作日： 355d 利用系数： 2.262t/ m3?d,最大2.5t/ m3?d 渣铁比： 350~400kg/t 日产出铁量： 4072~4500t/d 日产熔渣量： 1425~1629t/d，最大1800t/d 日出铁渣次数： 13次/d 每次出铁平均量： 346t 每次出铁最大量： 415t 正常出铁速度： 5t/min 每次出铁平均时间： 70min 每两次出铁平均间隔时间：111min 4． 烟尘量大，尘粒细 据有关测定，高炉出铁场的烟尘量一般为2.5kg/t(铁)，大型高炉的二次烟尘粒度小于10um的约占到60%。粒径小则粘性强，给捕集和清灰带来了难度。 炼铁高炉出铁场内的各扬尘点均设置有吸尘点，各吸尘点汇总后通过管道送往设置在出铁场外的除尘器。经过处理后排放到大气中。 3 电除尘器的选型 若用布袋除尘，由于烟尘源的分散不便于汇总，压力损失大，会阻碍烟尘收集和汇总，使部分烟尘长时间的停留在车间内，严重损害工人的健康。布袋本身就难以清灰，烟尘的粒径小更突出布袋的这个弱点，长时间的拥堵使布袋很快损坏，所以炉前除尘更换布袋的频率较其它地方高。因此用布袋除尘问题集中在更换频率上，一是费用问题，二是生产的不间断性。 对于静电除尘器，由于烟尘是阵发性的，所以普通的可控硅电源供电的静电除尘器难以及时的进行跟踪和做出相应的调整，结果导致大部分用可控硅电源供电的炉前静电除尘器达不到设计时的排放要求。所以，问题就突出在高压供电电源上，现有的可控硅电源，由于自身的特性决定了它对不稳定的工况，不能及时的跟踪和做出相应的调整，而导致每次出铁的瞬间开始电流急剧下降，收尘效率低下。而恒流电源由于其自身的特性决定了其对不稳定的工况有强大的适应能力，所以在炉前烟气净化中采用静电除尘器并配以恒流电源将成为一种趋势。 湘钢1800 m3高炉炉前除尘器电源改造就是一个很好的说明。 湘钢1800 m3高炉炉前烟尘净化设备所选用的就是静电除尘器。该静电除尘器由浙江某厂承建，其设计参数如下： 处理风量 740000 m3/h 有效断面 200㎡ 设计入口含尘浓度： 3g/N m3 设计出口含尘浓度： <100mg/N m3 (合同为80mg/N m3) 设计除尘效率： >99% 电场烟气流速: 1.02m/s 电场有效尺寸: 长×宽×高=12×13.2×15.2 收尘面积： 12038.4㎡(33×2×8×15.2×3) 比收尘面积: 58.72 同极间距： 400㎜ 阳极板： 排数×每排块数×电场数=34×8×3=816块 阳极板形式： 480C 阴极线型状： 不锈钢螺旋线 阴极线总长度： 24076.8m 阳极振打： 旋转侧部振打， 加速度 g≥150 阴极振打： 双层侧部振打 ≥50g 设备承受压力: －6000pa 设备漏风率 <3% 4 高压电控的选型 湘钢1800m3高炉炉前200㎡除尘器原配套的电源是浙江某厂的可控硅电源。电源规格1.8A/72kV。工程交接时，200㎡电除尘器空载运行参数显示良好， 但在出铁时，带烟气负载运行过程中，却出现严重的掉电现象。一电场二次电流掉至200~0mA，二电场二次电流掉至800~500mA，除尘器的注入功率大幅下降，烟囱排放明显严重超标。经过现场调查、监测、除尘灰样分析以及咨询国内电除尘器专家，反复磋商后达成一致处理意见。将原配置的调压型可控硅电源更换为调流型恒流电源，选用上海安伏激光电子电气设备有限公司产品。 本次改造只是更换了控制柜，原来的整流变压器不变。 在没有更换控制柜以前，较为典型的运行数据记录如下： 工 况 一 电 场 二 电 场 三 电 场 二次电压（Kv） 二次电流（mA） 二次电压（Kv） 二次电流（mA） 二次电压（Kv） 二次电流（mA） 未出铁 60 1450 57 860 65 1300 出铁时 50 150 46 500 56 1100 备 注 排放严重超标，均为可控硅电源供电 一电场更换了恒流源控制柜后，较为典型的运行数据记录如下： 工 况 一 电 场* 二 电 场 三 电 场 二次电压（Kv） 二次电流（mA） 二次电压（Kv） 二次电流（mA） 二次电压（Kv） 二次电流（mA） 未出铁 47 700 57 900 58 800 出铁时 59 880 57 970 52 1060 备 注 排放略有超标，不到一分钟，一电场*为恒流源供电 一、二电场均更换了恒流源控制柜后，较为典型的运行数据记录如下： 工 况 一 电 场* 二 电 场* 三 电 场 二次电压（Kv） 二次电流（mA） 二次电压（Kv） 二次电流（mA） 二次电压（Kv） 二次电流（mA） 未出铁 41 680 62 1380 54 1240 出铁时 60 650 65 1380 62 1060 备 注 一、二电场*为恒流源供电 一电场更换了恒流控制柜以后，效果已经非常明显，排放超标的次数大幅度减少，每次排放超标持续时间明显缩短，而且运行稳定；一、二电场均更换了恒流控制柜以后，经过半年的运行，在出铁时，排放已经不见烟气。 恒流源的工作原理： 1．恒流源给出的是电流，其调节的也是电流，而电压是随负荷变化而变化，所以当出铁时，大量烟气进入除尘器，除尘器的等效阻抗增大，因电流不变，电压上升，注入到除尘器的功率增加，从而保证了除尘效率；而可控硅电源属电压源，当大量烟气进入除尘器，除尘器的等效阻抗增大时，其结果是电流下降，注入到除尘器的功率减少，除尘效率下降。所以更换恒流源以后，不但保证了二次电流，而且二次电压也得到了大幅度的提高，因此除尘效率得到了保证。 5 运行结果及其分析 可控硅电源是一种电压源，通过改变可控硅的导通角来调整输出电压，其主控因素是电压，在电路中宏观认为电压不变，电流随负载的变化而变化。而对于电除尘本体来说，因电压源调整的是电压，一个电压值有多个电流值相对应，所以工作点只能选取在拐点以下，导致注入功率提升不到理想值，至使排放不达标。 恒流电源是一种电流源，主控因素是电流，在电路中宏观认为电流不变，电压随负载变化而变化的，对于电除尘本体来说，因电流源调整的是电流，而一个电流值只有一个电压值相对应，所以工作点可以任意选取，能工作在Im上，工作点的提高势必引起注入功率的提高，从而使排放得到有力的改善。 工作点的提高和单值对应关系无疑可以提高和保证注入功率，从而使除尘效率得到提高和保证。 以下是电流源和电压源的特性在电除尘中对收尘效率的影响的比较： 电压源：电压U是主控因素，因I＝U／Z，当粉尘的浓度↑，本体对电源所呈现的等效阻抗Z↑，而电压U不变，所以电流I＝U／Z↓，则注入功率（P＝I*U）↓，从而导致收尘效率η下降。（负反馈特性） 电流源：电流I是主控因素，因U＝I*Z，当粉尘的浓度↑，本体对电源所呈现的等效阻抗Z↑，而电流I不变，所以电压U= I*Z↑，则注入功率（P＝I*U）↑，从而导致收尘效率η恒定不变。（正反馈特性） 对于工况变化较大的炉前除尘器来说，可控硅电源的使用，在出铁开始的瞬间，由于粉尘浓度的急剧上升必然导致二次电流的下降，使注入功率降低。可控硅电源不论使用那种方式控制，都须要一个重新调整的时间，等其调整完必后，浓度较大的粉尘已经通过烟囱有一相当时间的排放。而对于恒流源来说，因其不存在这样一个调整的时间，使除尘器始终工作在正反馈的模式下，所以可以得到一个较低的排放。湘钢炉前静电除尘器的电源改造就是一个很好的例子。另外恒流电源在烧结机机头和机尾除尘器的应用也足以证明它对工况的适应能力是惊人的。 参考文献： 1．《静电除尘器》，黎在时，冶金工业出版社，1993 2．静电除尘器高压供电系统的稳定性分析，李永香等，《第十届全国电除尘/第二届脱硫学术会议论文集》，PP327-329 3．从烧结机尾电除尘器高压电控改进看恒流源高压电控，陈晓明等，《第十届全国电除尘/第二届脱硫学术会议论文集》，PP356－359(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/10/2008)