电除尘器的改造设计

宋玉军，吕峙勇，郑俊兴

(唐山三友集团青海五彩碱业有限公司，青海海西州 816200)

电除尘器的改造设计

宋玉军，吕峙勇，郑俊兴

(唐山三友集团青海五彩碱业有限公司，青海海西州 816200)

介绍窑气电除尘器的改造过程，电除尘器内件选择方案以及试车过程中出现的问题及解决改进措施，为纯碱行业电除尘器改造提供一种新思路。

电除尘器；蜂窝式阳极管；芒刺阴极丝；阴极防摆装置；除尘效率

在氨碱法生产纯碱过程中，石灰窑产生的窑气中含有大量的粉尘，进入压缩机之前必须进行除尘、降温，否则将影响压缩机的使用寿命，堵塞冷却器，甚至影响产品质量。在纯碱行业窑气除尘工艺一般选用三级除尘，第一级是旋风分离器对大颗粒粉尘进行初次净化；第二级除尘一般选用窑气洗涤塔对窑气进行逆流洗涤，进一步去除粉尘，同时降低窑气温度；最后一级采用静电除尘方式，对微小尘粒(0. 5 μm以上)净化。静电除尘器大多数采用湿法单级管式电除尘器，阳极管(沉降极)采用φ273～φ325 mm圆形碳钢管，阴极采用2～4 mm的不锈钢丝，这种结构的电除尘器运行时二次电压较高，二次电流偏低，运行初期除尘效率较高，但随着运行时间增加，阳极管容易锈蚀(含电腐蚀)，粉尘积聚结疤，造成电除尘器异极间距发生变化，放电频繁，运行不稳定，除尘效率下降。同时由于窑气中的CO2气体遇水后呈弱酸性，对阳极管腐蚀加剧，一般碳钢材质的阳极管寿命不超过五年。我公司电除尘器原设计6台，规格φ6000×15300，单台处理能力32 000～40 000 m3/h，由于多种原因，自投用以来始终未能正常工作，窑气含尘量高，缩短了后续生产设备的正常使用周期。为保证公司生产稳定，经过多方调研论证，决定对电除尘器进行改造升级。

1 改造方案

总体思路：利用原电除尘器基础及配套高、低压电器，对电除尘器本体、内件全部改造更换。

1.1 除尘器壳体

1.壳体 2.气体分布板 3.重锤 4.阴极线定位架 5.阴极线 6.阳极管组 7.阴极线吊架装置 8.喷淋冲洗设置 9.顶盖 10.绝缘箱图1 电除尘器结构示意图

原除尘器壳体壁厚6 mm，内外防腐均为普通醇酸油漆，由于内部属弱酸环境，腐蚀严重，壳体发生严重变形，内件垂直度偏差最大超过30 mm，造成电除尘无法运行。此次改造将壳体壁厚增加至12 mm，外防腐机械除锈处理，涂刷两道底漆和两道面漆，底漆为环氧红丹，面漆为氯磺化聚乙烯面漆。内部防腐采用内衬厚度为7 mm 的聚烯烃(俗称PO，PO是乙烯、丙烯和丁烯共聚而成的一种烯烃共聚物，具有耐腐蚀、耐高温及低温、耐负压、抗老化的特性)，同时为了保证其不脱落，壳体内壁焊接龟甲网，然后热塑旋转一次成型，并选用JG-373型电火花微孔探伤仪，在输出电压为30 kV下进行探伤，以免存在缺陷。这种防腐方式可保证电除尘器外壳寿命达到20年以上。

1.2 阳极管束

原除尘器的阳极管148根，规格为φ325×5，长4.6 m，碳钢材质，焊接在上下花板上，由于气流冲刷及腐蚀，阳极管下部厚度约1 mm，内部结疤厚度达10 mm以上。为了解决腐蚀及结疤问题，此次改造，阳极管采用拉挤成型导电玻璃钢阳极管束。这种管束由正六边形导电玻璃钢管组成，排列后呈蜂窝状。其横截面主要有三层结构组成，内层为导电的碳纤维树脂层，中间为超强玻璃纤维增强层，外层为玻璃纤维树脂层。其导电性好，接近普通钢铁的导电性；耐腐蚀性强，可耐硝酸、硫酸、氢氧化钠等强酸、强碱；重量轻，仅相当于相同规格碳钢管的1/6左右；寿命长，是普通碳钢管的5倍左右；强度高、阻燃性好，结构紧凑，蜂窝型结构使每个极管的内外表面都成为沉淀表面，不存在死区。因此，对处理相同负荷的烟气，它的体积小，占地面积少；此外，这种结构又具有相似于圆管式电收尘器的较好的气流和电场分布，有利于除尘效率的提高。尤其是随着制作工艺的改进，拉挤成型导电玻璃钢阳极管束内表面光滑(绝对粗糙度仅为0.01 mm，远小于钢管内壁粗糙度)，不易结垢，各项性能优良，是湿式电除尘的理想材料。我公司根据设备基础尺寸以及处理能力，选用196根内切圆φ300，长度4.5 m的阳极管束，管束分成四瓣，悬吊于十字框架内(见图2)。此结构比原除尘器阳极管增加了48根，收尘截面积增加32%，气速的降低，有利于粉尘的沉积，提高除尘效率。

图2 蜂窝式阳极管截面图

1.3 阴极线

阴极线的选用是电除尘运行好坏的重要因素之一，直接关系电除尘器的除尘效率、耗能以及运行的稳定性。阴极线选用标准首先应牢固可靠、机械强度大、不断线、不掉线。其次是电气性能良好，因为阴极线的形状和尺寸可在某种程度上改变起晕电压、电流和电场强度的大小和分布。良好的电气性能是指使阳极板上的电流密度分布均匀、平均电场强度高；对于含尘浓度高、粉尘粒径细及高比电阻粉尘，均表现出极大的适应性。第三，伏安特性曲线理想。指每个独立供电的电场或室通电后，伏安特性曲线的斜率要大，这意味着在相同的电压下粉尘荷电的几率大。原电除尘阴极线采用φ4不锈钢圆丝，这种阴极线易断，起晕电压高，运行时的二次电压也高，同时在下部易结疤，造成阴极线肥大，影响电除尘器的正常运行。此次改造按照牢固可靠性、经济性等综合考虑，并根据窑气中粉尘的粒径及性质，采用铅锑合金材质，小圆弧鱼骨芒刺线，这种阴极线适用各种酸性烟气，不仅起晕电压低(20 kV左右)，而且可使电除尘器处于较低电压，较大电流的工况下运行；电流密度可达1.45 mA/m，比老式阴极线提高了3～4倍，尘粒驱进速度提高近2倍。因此在高气速(1.5 m/s以上)情况下，尘粒仍能有效捕集下来，同时抗击粘附和脏物能力强，避免阴极线肥大，使电除尘器能够长周期正常运行。

1.4 绝缘子

电除尘器的绝缘子不同于一般电气工程上的绝缘件，它除了要求有大爬距、不积灰的外形， 以适应电除尘器内恶劣的工况环境外，更要求绝缘子的内在材质具有良好的机、电、热性能， 以保证在一定温度的环境中正常可靠的工作。电除尘器绝缘子在整台设备投资中虽然所占的比重很小( 仅占工程总价的千分之几) , 但它是主机中一个关键的基础件。因此, 如何设计和选择绝缘子关系到整个除尘器的品质和投运后的费用。原设计电除尘器绝缘子采用XHP-100普通高压线路盘型悬式绝缘子，每组3个，运行中经常击穿放电，造成电除尘不能正常运行。此次改造选用了性价比较高的石英材质，支撑型锥形绝缘子(见图3)，它虽然没有高铝绝缘子耐热性强，但考虑到窑气实际工作温度及承载强度，石英材质绝缘子已经可以满足工况要求。

改造前 改造后图3 绝缘子改造前后对比

1.5 电气及其他

现有电除尘的高压电源为GGAjO2-0.5A/72kV型高压硅整流变压器，控制系统为福建龙岩电控设备厂的HP-3000型控制器，控制器参数为0.4 A/(60～72)kV，属恒流源。恒流源就是高压控制设备通过采样输出电流并反馈，来调整可控硅的导通角，达到回路电压和电阻之比恒定不变或在设定区域内不变，从而实现了电流恒定控制，能有效的抑制电场放电，避免电场闪络拉弧，提高了收尘效果，又节约能源。根据阴极线的布置数量，高压硅整流变压器功率及HP-3000-2控制器略小，但考虑到电除尘改造及运行的实际情况，本着节约投资的原则，电气部分基本上可以满足工艺除尘要求，因此没有进行改造。

气体分布板原电除尘器采用碳钢材质，板厚3 mm, 均布1 774个φ60的孔，虽然做了普通防腐处理，但冲刷腐蚀基本殆尽。现采用FRPP材质，板厚15 mm，均布2 680个φ40的孔，解决冲刷腐蚀问题。

此外在电除尘的排水管道加装安全水封，防止系统负压过高损坏设备及管道。

2 安装调试、运行中存在的问题

2.1 安装调试存在问题

1)由于阴极防摆框架为宽500 mm聚丙烯焊接成型，阴极线穿过聚丙烯板上的定位孔，造成单根阴极线调整困难，因此对其结构改造完善，形成左右前后均可调整结构，便于后期维护调整。

2)阳极管束拉齐工艺脱模处理不干净，部分内壁粘有塑料薄膜，空载试车电流电压正常，通气后薄膜被气流吹起，造成频繁放电，后将其处理后正常。

2.2 运行参数

经过一个多月的调试运行，满负荷试车时，二次电流稳定在380 mA,二次电压在45～50 kV之间，火花放电次数基本为零。正常投入运行后，除尘器整体故障率极低(半年来无故障)。经过对阳极管及阴极线的内部检查，内壁未出现结疤、结垢现象。

2.3 除尘效率

正常运行后，对除尘器的除尘效率进行查定，查定数据如表1。

表1 除尘器的除尘效率查定

由上表可以看出除尘效率平均在98.6%以上，窑气含尘均小于10 mg/m3，完全满足下一工序的要求。

3 结 语

1)蜂窝式导电玻璃钢电除尘器在纯碱行业属首次应用，使用效果较好，有推广价值，同时对于新建窑气电除尘可以节约基建及设备投资。

2)电除尘器的阴极防摆框架较轻，气流低速运行比较稳定，气速突然增加后，稳定性差，应增加防摆装置。

[1] 张殿印，王纯.除尘工程设计手册[M].北京：化学工业出版社，2003

[2] 龙涛.电除尘器绝缘子的设计与选择[C].第二届全国脱硫学术会议论文集，2003

[3] 郝德山.蜂窝式导电玻璃钢电雾除尘器的试验总结[J].硫酸工业，2000(4)

TQ114.15

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1005-8370(2017)01-43-04

2016-07-06

宋玉军(1976—)，工程师，从事石灰生产工作多年。现任青海五彩碱业有限公司石灰车间副主任。