（机械工程专业论文）贮矿槽电除尘器的研究与设计.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 近年来，随着钢铁工业的不断发展，控制污染、保护环境、变害为利，已经日益重 要起来。高炉炼铁的主要原料是铁矿石，而在炼铁厂的贮矿槽，皮带转运站、振动筛处， 粉尘弥漫，污染严重，是炼铁厂粉尘污染的重中之重。 济南钢铁集团1 7 5 0 m 3 高炉的矿槽工作区粉尘浓度高达8 - 1 0 9 m 3 ，振动筛设备附近 为2 8 1 2 1 5 4 m g m 3 ，返矿皮带为3 0 4 1 1 7 6 m g m 3 , 是炼铁厂污染最严重的区域，必须予以治 理，以保证正常生产工作。经过激烈的竞标，我公司承接了济南钢铁集团2 4 贮矿槽电除 尘器的设计、制造任务。本文分析了电除尘器处理贮矿槽粉尘的可行性，并为济钢2 8 贮矿槽除尘工程提出了2 0 0 m 2 电除尘器的设计方案。方案确定后，本文主要作了电除尘 器的整体设计，包括本体的结构设计、校核及电气的选型等工作。 本文通过对目前应用较广的电除尘器和袋式除尘器的技术分析及投资和生产费用 比较，确定了为济钢1 7 5 0 m 3 高炉贮矿槽配置2 0 0 m 2 电除尘系统的方案。由于振打清灰 方式的不同将直接影响到除尘效率，本文通过对侧部振打及顶部振打的优、缺点比较， 确定了采用顶部振打电除尘器。同时，为解决入风口粉尘浓度大和出风口的细微粉尘的 捕集问题，入口处增设预处理装置和出口处增设槽形板装置。 除尘设备选型后，根据济南钢铁集团提供的原始设计资料，作了2 0 0 m 2 电除尘器的 整体设计工作。首先确定了电除尘器的电场截面、工作电压( 7 2 k v ) 、同极间距( 4 0 0 m m ) ， 之后进行了电除尘器本体的结构设计，并作了详细的计算及校核。同时作了供电设备的 选型计算。 最后对电除尘器的安装、维护、管理等方面的工作提出了要求，以保证运行能达到 预期的除尘效率，并校验电除尘器在贮矿槽除尘工程中的应用效果。 关键词：电除尘器；顶部振打；侧部振打 张剑锋：贮矿槽电除尘器的研究与设计 d e s i g no ft h ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o ri nt h ed u s tc l e a n i n go f t h em i n e s t o r e a b s t r a c t w 1 t ht h ec o n t i n u o u s l yd e v e l o p m e n to ft h ei r o na n ds t e e li n d u s t r ymt h en e a r l ys e v e r a l y e a r s ，i tb e c o m em o r ei m p o r t a n tt om i n i s ht h ep o l l u t i o n ，d e p u r a t et h ee n v i r o n m e n ta n dt u r n t h ed i s a d v a n t a g et oa d v a n t a g e ，t h em a i nm a t e r i a lo ft h eb l a s tf u r n a c ep u d d l i n gi si r o n s t o n e n e a rt h es t o r em i n es l o t a n dt h es t r a pt r a n s p o r ts t a t i o ni nt h ep u d d i n gf a c t o r y , t h ea i ri sf u l lo f d u s t ，t h ee n v i r o n m e n ti sp o l l u t eb a d l y i ti st h ew o r s te n v i r o n m e n ti nt h ep u d d i n gf a c t o r y t h ed i s s e r t a t i o nm a k e sac o m p a r i s o ni nt h ep e r f o r m a n c e ，t h ei n v e s t m e n ta n dt h e o p e r a t i n gc o s t sb e t w e e nt h ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o ra n d t h eb a g h o s ep r e c i p i t a t o r , t h e ya l lb e u s e dw i d e l ya tp r e s e n t ，t h r o u g ht h a tw em a k eac o n c l u s i o nt od e s i g na2 0 0 m 2e l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o rf o rt h et 7 5 0m 3b l a s tf i l r n a c eo f t h ej i n a ns t e e lc o a n dw i t had e t a i l e da n a l y s i s i nt h ee f f e c tw i t ht h el e f tr e l i s l i t i t ya n dt h eh i 曲r i l i s l i t i t y , w ec h o o s et ou s et h et e c h n o l o g yo f t h eh i 幽r i l i s l i t i t y a f t e rc h o o s i n gt h et y p eo ft h ep r e c i p i t a t o r ，t h ed i s c o u r s eg i v e st h ew h o l ed e s i g no ft h e 2 0 0 m ze l e c t r o s t a t i cp r e c i t i t a t o rf o r 协et h ej i n a ns t e e lc o t h ef i r s tt h i n gi st od e s i g nt h e e l e c t r i cf i e l ds e c t i o n ，t h ev o l t a g er a t i n g ( 7 2 k v ) a n dt h eh o m o p o l a rs p a c eb e t w e e n ( 4 0 0 r a m ) ， a f t e rt h a ti st h en o u m e n a ld e s i g no ft h et h ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o rw i t had e t a i l e d c a l c u l a t i o na n dv a l i d a t e a n da l s oi tg i v e st h ec a l c u l a t i o nt oc h o o s et h et y p eo ft h ep o w e r s u p p l yd e v i c e a tl a s tt h ed i s c u s s i o nm a k e st h er e q u e s tf o rt h e i n s t a l l ，t h em a i n t e n a n c ea n dt h e m a n a g e m e n to ft h ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ，i no r d e rt og e tt h ea n t i c i p a t i v ee f f i c i e n c yi n c i r c u l a t eo ft h ed e s i g n e de l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ，a n dt oc h e c k o u tt h ea p p h c a t i o ne f f e c to f t h ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o ru s i n gi nt h ed u s t c l e a n i n gf o rt h em i n ec o n t a i n e r k e yw o r d s ：e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ；h i g hr e l i s l i t i t y ；l e f tr e l i s l i t i t y 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：趁自缝日期：忍丝鱼! 星丑? 日 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：丝麴缝 导师签名 堡! 翌! 年j 丛月丝日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 “环保是中国的基本国策”。当今，最令人担忧的是人类的生活和生产活动引起的 粉尘污染，由于人类的生活和生产活动从不间断，这种污染也就从没停止过。1 0 0 年以 来，工业和交通运输业的迅速发展，城市的不断扩大，以及人口的高度集中，使得大气 污染日趋严重，对人类健康构成了严重的威胁。 1 1 粉尘的来源及危害 人类的粉尘主要来源于3 个方面，即 ( 1 ) 工业生产污染源。如火力发电厂、钢铁厂、化工厂、矿山作业等工业部门的生 产及燃料燃烧过程，皆向大气中排入大量的粉尘及其它有害成分。工业生产污染源是造 成粉尘污染的重要的来源。 ( 2 ) 生活污染源。城市和工矿企业住宅区、商业区于家万户的生活炉灶、经营性炉 灶及采暖锅炉的烟囱，同样会向大气中排入烟尘，这些污染源分布广，污染物总量大， 对局部的大气环境质量常有很大影响，也是不可忽视的。 ( 3 ) 交通运输污染源。汽车、火车、轮船、飞机等交通工具排放的尾气及行走二次 扬尘都含有粉尘污染物，交通运输业十分发达的今天，尤其是在城市，它已成为粉尘污 染的主要来源之一。 其中工业生产污染源是造成粉尘污染的最主要来源。目前，我国经济飞速发展，冶 金、建材等行业更是出现了较强的发展势头。冶金行业目前生产钢1 8 亿吨，占世界产 量的1 4 ，目前的生产能力与再建的设备生产能力已达到2 8 亿吨。我国钢铁业已进入 高速发展阶段，每年以1 5 的速度发展。但随之而来的是钢铁厂产生的粉尘污染也曰益 严重。其中原料区域是炼铁厂粉尘污染的重中之重。高炉炼铁的主要原料是铁矿( 烧结 矿、球团矿、杂矿) 、燃料( 焦炭、煤气) 、辅助原料( 白云石、硅石) ，各种原料经 运输、存储、筛分后按一定比例称量送入高炉。在生产过程中，由于物料跌落，相互碰 撞、挤压产生的诱导气流，携带着微细粉尘向周围飞扬扩散。在炼铁厂的贮矿槽、皮带 转运站，振动筛处，弥漫着令人窒息的粉尘，而这些未经烧结的矿石产生的粉尘中，二 氧化硅的质量分数大约为3 0 - 5 0 9 6 ，而粉尘对人体危害最大的化学成分就是游离二氧化 硅，长期大量吸入含结晶型游离二氧化硅的粉尘可引起硅肺病，而且粉尘中游离二氧化 硅的含量愈高，引起病变的程度愈高，病变的发展速度极快，此污染十分严重。国家对 粉尘的浓度有严格的规定，见表卜1 ： 张剑锋：贮矿槽电除尘器的研究与设计 表卜i 作业地点空气中粉尘的最高浓度( g 8 1 0 3 2 8 - - 1 1 7 2 6 1 9 8 9 摘录) t a bl - 1t h e t i p t o pd u s tc o n c o n 仃a t i o no f t h ec o n s t r u c t i o nl o c u s ( g b l 0 3 2 8 - - 1 1 7 2 6 1 9 8 9s n i p p e t ) 粉尘名称 最嚣度 含有8 0 以上游离二氧化硅的粉尘 含有2 0 以上游离二氧化硅的萤石粉尘 舍有1 0 以上游离二氧化硅的蛭石粉尘 含有l o 咀上游离二氧化硅的碳化硅粉尘 含有1 0 以上游离二氧化硅的石墨粉尘 氧化铝粉尘 铝及铝合金粉尘 其他各种粉尘 钒化物粉尘 钒化物烟 济南钢铁集团始建于1 9 5 8 年。现有职工3 8 万人。资产总额2 2 8 亿元。主要工艺 有焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢。已发展成为全国最大的中厚板生产、出口龙头企业， 产品出口比例、中厚板的产量、成本、市场占有率、出口量等多项指标居全国第一。在 2 0 0 3 年钢产量突破5 0 0 万吨，进入了全国重点大钢行列的基础上，2 0 0 4 年生产钢6 8 7 万吨，比上年增钢1 8 2 万吨，进入了全国十大钢行列。但在其钢产量不断提升的同时， 随之而来的是对大气环境污染的日益严重。尤其在原料区的贮矿槽处，粉尘浓度严重超 标，影响了生产环境，严重危害了工人的身体健康，因此必须予以治理。 1 2 我国电除尘行业现状 我国开始使用于4 0 年代，至1 9 6 0 年全国范围内总共不到6 0 台，而9 0 年代初已超 过3 0 0 0 台，目前，电除尘器每年产量耗钢量已达到4 0 5 0 万吨，已形成了具有一定规 模的产业。根据不完全统计，制造电除尘器的厂家已达到2 0 0 余家，从事电除尘技术研 究的高等院校、设计院所也已超过六七十家。它们的研究涉及到电除尘器的各个方面， 如华北电力大学的电除尘器阴极收尘潜力的研究分析了阴极的二次扬尘损失及解决 办法，西安西矿环保科技有限公司的浅谈增湿塔性能好坏对电收尘器性能的影响， 论述了增湿塔在电除尘器处理高比电阻粉尘中的作用，浙江菲达环保科技股份有限公司 的浅谈水泥厂干法回转窖窖尾电除尘论述了电除尘器在水泥厂除尘中用等等。但是 ，2 ，m 6 6 4 m u m 大连理工大学专业学位硕士学位论文 关于电除尘器在贮矿槽除尘方面的应用研究却很少，贮矿槽粉尘颗粒大、浓度高，风量 大，本文就电除尘器在贮矿槽除尘中的应用进行了分析，并在吸取了济钢1 # 贮矿槽 1 6 0 m 2 电除尘器由于风量大，粉尘浓度高，除尘效果不是特别理想的经验基础上，入口 处增设预处理装置和出口处增设槽形板装置，希望能达到理想的除尘效果。 当前我国电除尘行业市场有几个明显的特征： ( 1 ) 行业集中度愈来愈高。浙江菲达环保科技股份有限公司和福建龙净环保股份有 限公司两家占了整的行业环保产值的近1 3 ：菲达环保、龙净环保、天洁集团有限公司、 兰州电力修造厂和平顶山电除尘器厂五家企业，占了行业环保产值的5 8 。 ( 2 ) 市场竞争十分激烈，无序竞争现象十分严重，导致价格严重下滑。有些业主片 面追求低价产品，难免出现鱼目混珠现象。给电除尘行业的健康发展带来十分不利的影 响。 ( 3 ) 有拳头产品及有开发创新实力的骨干企业，在市场竞争中的地位逐步凸现，成 为行业发展的生力军。有部分小企业由于经营不善或者没有开发后劲，正逐步淡出或自 行倒闭。 目前业主对电除尘设备一般要求十分严格，要求交货期很短，对设备供货商提出越 来越高的要求。但是，合同付款方式也十分苛刻，业主在尾款交付时间又过长，导致企 业资金周转十分不利，使得企业运作维艰。反过来，不利于供货商更好地为用户提供优 质的服务。 在电除尘器供大于求的状况下，有些企业努力做好做精主业的同时，根据自身的能 力调整产业结构，向多元化产品方向发展，规避单一产品带来的风险。”“ 但是未来的电除尘市场仍充满活力，近年来，由于国家扩大内需，加强基础建设， 以及西部开发、振兴东北等发展战略的实施，加大了电力、冶金、建材等基础行业建设 的投资力度，进一步拉动了环保产业的快速增长，特别是从去年开始，冶金、建材行业 对电除尘器的需求大增。虽然电除尘市场形势较好，电除尘还是大有可为，但同时面临 着巨大的挑战，决不能盲目乐观，坐等其成。随着中国加入w t o ，国内市场国际化，国 外的新产品和新技术的冲击将逐步到来。事实上，只有技术上的竞争才能促进技术进步。 从1 9 0 7 年电除尘器投入商行运行，已有近百年的历史，我国工业部门1 9 6 5 年开始组织 实验研究电除尘器才不过3 0 多年的时间。开始生产s h u b 系列电除尘器，仅仅3 0 年。 虽然我国在该领域的起步较晚，时间不长，但总的来说，进展很快。特别是在自行研究 开发的基础上，在上世纪八十年中期以后陆续引进瑞典f l a k t 公司、德国g i 公司、美 国g e 、e e 、c o t t r o l 和j o y 公司等的先进技术，也更由于电力、冶金、建材等行业市场 的大量需求，进入九十年代后，我国已作为世界电除尘大国出现在国际舞台。目前我国 张剑锋：贮矿槽电除尘器的研究与设计 己成为世界上制造和使用电除尘设备最多的国家，在满足国内需求的同时，部分产品出 口到世界上3 0 多个国家和地区。 自口计件确定或算$ 赊：皂效$ n 及粉尘粒 驱进越u f _ 告m 击 煳 n = = 击：靠 v = 志 i = 与实际对照v 及晗适否? f = 导，m 确定自目尘器l 数& 蜗数 每自自自晕线有绶- 随 h 舢2 n j 】：l 或扛w n 确定供电方式及供电 设各容量及台敖 舡目设计 图卜1 ：i ：艺流程 f i g l 一1t h et e c h n i c sf l o w 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 3 本文的工作 本文首先简要阐述了电除尘器的收尘机理及基本机构，这是提高电除尘器除尘效率 的重要基础。其次在除尘设备选型时，考虑到电除尘器和袋式除尘器是目前工业烟气净 化的两种主要设备，他们都成功的应用于电力、建材、化工、冶金工业等行业，所以本 文对二者进行了技术分析，并对两种除尘系统的投资和生产费用进行了分析比较。另外， 清灰是电除尘设备中最关键也是难度最高的一个环节，电除尘器上使用最多的清灰方式 是振打清灰，分为侧部振打和项部振打，通过分析侧部振打的挠臂锤振打清灰的效果和 存在的问题，及顶部振打的优势和缺点，本设计采用了顶部振打技术。 除尘设备选型后，本文根据济南钢铁集团提供的原始设计资料，作了2 0 0 m 2 电除尘 器的整体设计工作。首先确定了电除尘器的电场截面、工作电压( 7 2 k v ) 、同极间距 ( 4 0 0 m m ) ，之后进行了电除尘器本体的结构设计，并作了详细的计算及校核。同时作 了供电设备的选型计算。为了保证设备安全、可靠运行，文中对设备结构关键技术作了 比较详细的分析。如阳极板采用双峰宽面一体的阳极板排结构，增大了阻流宽度，提高 了刚度和稳定性：电晕线采用管刺线，强度、刚度高，不易断线等。电除尘器的设计工 艺流程如图i - 1 。 相信通过本设计的分析与实际应用，可以为电除尘器在更广泛领域的应用提供一个 有力的例证。 张剑锋：贮矿槽电除尘器的研究与设计 2 电除尘器的工作原理和特点 空气在通常状态下几乎是不能导电的绝缘体，但是当气体分子获得能量时就可能使 气体分子中的电子脱离而成为自由电子，这些电子成为输送电流的媒介，气体就具有导 电的本领了。使气体具有导电本领的过程称为气体的电离。气体电离是电除尘的重要组 成部分。此外，电除尘器的结构形式也是电除尘技术的另一种要组成部分。 2 1 电除尘器工作原理。” 电除尘器是在两个曲率半径相差很大的金属阳极和阴极上，通以高压直流电，维持 一个足以使气体电离的静电场。如图2 一l 所示，以一金属丝和圆管或以金属丝和一平板， 金属丝接负极，管或平板接正极。 施加电压形成不均匀电场( 即金属丝表面附近电场强度最大，随着离开金属丝表面 距离增大，电场强度迅速减小) ，升高电压，电场强度随之增大，如图2 - 2 0 a ，可认为 电流、电压符合欧姆定律。当电流达到饱和之后，如图2 - 2 a 、b ，继续升高电压( 常压、 常温气体1 6k v c m ) ，首先在金属丝表面附近，( 电场强度最高地方) 一层气体，由于 高能量电子或负离子碰撞中性气体或原子而产生电离。如图2 2 中b 、。在图2 2 b e 中， 随着电场强度的不断增加，活动度较大的电子或负离子将获得足够的能量，并碰撞中型 气体分子或原子，使带电粒子越来越多，电流急剧增大。此时，也有一部分粒子在复合， 伴有光波辐射。 1 沉淀极2 电晕极3 荷电粉尘4 电晕区 5 粉尘轨道6 商压直流电源7 接地线 图2 - 1 电除尘器基本原理示意图 f i g2 - it h es k e t c hm a po f t h ek e y s t o n et ot h et h ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r 大连理工大学专业学位硕士学位论文 但是，复合比较微弱，发射光波黯淡，听不到任何声响，因此，被称为无声放电或 光芒放电，当再行升高电压，到达图2 - 2 中e 时，活动度较小的正离子也因获得足够能 量而开始碰撞别的中性分子或原子，则带电粒子有所增加，同时在电场强度高的金属丝 表面附近，离子复合特别激烈，此时，肉眼可见金属丝表面附近有蓝色亮点，且伴有咝 咝和噼啪声。随着愈金属丝表面距离的增加，电场强度迅速下降，离子移动速度减慢， 因而，不致因气体中某点被击穿面引起整个空间击穿，这就是不均匀电场电晕放电火电 晕现象的固有特点。电除尘器正是利用这一特点来达到它的除尘目的。 电晕放电所围绕的电极称为电晕电极( 又称电晕极、放电极或阴极) ，另一电极称 为沉尘电极( 又称沉尘极、收尘极、集尘极或阳极) 。气体产生电离区域称为电晕区或 电离区。电晕区离子数目每立方米超过1 亿离子。开始产生电晕放电时的电压称为临界 ( 始发) 电压或临界( 始发) 电位差，相应的电场强度称为临界( 始发) 电场强度。在 两电极空间产生的电流称为电晕电流。在继续升高电压，电晕区随之扩大，当电压升至 某一数值时，整个电极空间都成为电晕区，即整个空间被击穿，如图2 - 2 ( b ) 中f ， 相应的电压称为击穿( 终结) 电压。此时，通过电场的电流急剧增加，电压趋近于0 ， 电场无法建立。由此可见，电除尘器是在图2 2 ( b ) 中e f 工况下运行。e f 除 与气体性质有关外，并且完全可以利用操作电压控制电晕区大小，以达到预期的除尘效 果。 u v ( a ) 不均匀屯场( b ) 放电过程 图2 2 不均匀电场及其放电过程 f i g2 - 2t h ea s y m m e t r ye l e c t r i cf i e l da n di t sd i s c h a r g e 型堡! 垦堂皇坠尘竖竺堑塑量塑笪 2 2 电除尘器的基本结构 电除尘器主要由两大部份组成。一部分是产生高压直流电的供电机组和低压控制装 置；另一部分是电除尘器本体，烟气在本体内完成净化过程。 2 2 1 电除尘器的本体结构，见图2 3 ： 1 烟箱系统 2 气流分布板 3 收尘极系统 4 保温箱 5 振打装置6 壳体7 壳体保温8 槽形板 9 检修门 1 0 梯子平台n 基础支座 1 2 阻流板 1 3 储灰系统 图2 - 3 电除尘器的结构图 f i g2 - 3t h es t r u c t u r eo f t h e e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r 电除尘器本体的主要部件包括：壳体、电晕极系统、收尘极系统、烟箱系统、槽形 板系统、储灰系统、管路、壳体保温和梯子平台等 ( 1 ) 壳体 壳体壳分为两部分，一部分是承受电收尘器全部结构重量及外部附件载荷的框架。 另一部分使用以将外部空气隔开，独立形成一个电收尘环境的墙板。现代生产的电除尘 大连理工大学专业学位硕士学位论文 器外壳设计为刚性框架结构，其重量一般占全台除尘器重量的3 5 - - 5 0 ，所以壳体设计 时除了要满足除尘器的工艺性能要求外，还应该尽可能减少钢材消耗量，降低除尘器成 本。电除尘器壳体内部主要包括收尘极、电晕极。为防止烟气在电场内结露，壳体外面 敷设5 0 一1 0 0 m m 厚的岩棉保温层，外用0 7 5 r c a n 厚的镀锌波纹板作为保护层。为便于维 修，壳体内部设有走台，外侧壁设有检修门。 ( 2 ) 电晕极系统 电晕极系统是产生电晕，建立电场的最主要构件，它决定了放电的强弱，影响烟气 中粉尘荷电的性能，直接关系着收尘效率，另外，它的强度和可靠性也直接关系着整个 电收尘器的安全运行。所以电晕极系统是电收尘器设计、制造和安装的关键部件。必 须选配良好的线型( 鱼骨针刺线见图2 4 ) ，合理的结构和适宜的振打。安装时要 保证严格的极间距，保证整个电晕极系统与收尘器其他部件的良好绝缘和足够的放电距 离。 图2 - 4 电晕极 f i g2 - 4t h e c a t h o d e ( 3 ) 收尘极系统 收尘极系统是由若干排极板( 见下图2 - 5 ) 排列共同组成电场，是使粉尘沉积的重 要部件，它直接影响电除尘器的效率。 收尘板均采用抗变形和防止粉尘二次飞扬性能较好的c 形板或双峰板。为保证收尘 板面振打力均匀，极板与上部悬挂梁及下部撞击杆的连接方式均为固接。 司q 卜 图2 - 5 收尘极 f i g2 - 5t h ea n t i c a t h o d e 张剑锋：贮矿槽电除尘器的研究与设计 ( 4 ) 储灰系统 储灰系统是把从电极上落下来的粉尘进行集中，经排灰装置送到其他输送装置中。 一般灰斗分为四棱台状或棱柱状( 见图2 6 ) ，四棱台状灰斗多采用星形排灰阀顺序定 时排灰。棱柱状灰斗多采用链式输送机连续排灰。电收尘器的储灰系统事故较多，特别 是定时排灰的灰斗，往往由于灰斗积灰过满造成电晕极接地，连续排灰的灰斗积灰太少 或斗壁密封不严会使空气泻入，引起二次扬尘。此外，如果下部排灰装置能力不够也容 易造成运行故障。灰斗倾角过小或斗壁加热保温不良，会造成落灰不畅，甚至结块堵塞。 所以储灰系统的设计、制造和安装应予以足够的重视。为了保证灰斗的安全运行，有的 电除尘器还采用了灰斗加热( 蒸汽加热、电加热或热风加热) 装置和斗位显示、高低灰 位报警等检测装置。为了防止气流旁露，在灰斗中要设置若干块阻流板。 灰斗的斗壁与水平面夹角均大于6 5 度，每个灰斗四角贴圆弧板过渡，保证粉尘向 下流动顺畅。灰斗的下半部设有人孔门，供检修工人进入灰斗进行检修。收集下来的粉 尘经卸灰阀卸至螺旋输灰机。每个灰斗设上下料位计与卸灰系统连锁，以确保灰封。 图2 - 6 灰斗 f i g2 - 6t h ed u s tc o n t a i n e r ( 5 ) 阻流板 为使含尘烟气全部通过电场，在电场周围和灰斗的中上部均设置有阻流板，以保证 除尘效果。 ( 6 ) 气流分布板 大连理工大学专业学位硕士学位论文 通过实验室模拟试验，电除尘器进口设置2 3 层分布板( 见图2 7 ) ，开孔率均为 3 0 ，在配置相应折流板的条件下，进入第一电场前的气流分布相对均方根值o = o 1 8 。 从而为电除尘器的高效运行提供了保障。 图2 7 气流分布板 f i g2 - 7t h ed i s t r i b u t i n gb o a r do ft h ea i r f l o w ( 7 ) 槽形板 经过一、二、三电场的除尘，粉尘颗粒已经变得非常细了，这些细颗粒粉尘在电场 内气流涡流的作用下，很容易造成二次扬尘。为了有效捕捉逃逸的细颗粒粉尘，在出口 喇叭内设置两层槽形横向收尘板( 见图2 - 8 ) ，以收集末电场漏捕的粉尘。当逸出的粉 尘随气流流经槽形极板时，可以改善末电场尾部气流分布状态，并且由于在槽形极板的 缝隙间和槽形板槽内气流的转向，粉尘会失动能沉积下来，从而提高除尘效率。 盎晴h 也一翱也 flfifif 唧 二 1 唧 il 幽2 喝褙形板 f i g2 - 8t h et r o u g hb o a r d 张剑锋：贮矿槽电除尘器的研究与设计 ( 8 ) 保温箱 电晕极吊挂和振打传动等瓷件均设置在相应的保温箱内。箱内设有远红外线管状电 加热器，配置铂热电阻以控制箱内温度，使其始终保持高于烟气露点温度2 0 3 04 c ，防 止瓷件结露、粘灰而被击穿( 见图2 - 9 ) 。 r 。l8 】 喜 飞番乔扩 i t ! ：一 图2 - 9 保温箱 f i g2 穹t h eh e a tp r e s e r v a t i o nb o x ( 9 ) 检修门 壳体侧壁、灰斗及保温箱等处的检修门( 见图2 1 0 ) ，均采用新型密封材料并实 施双层密封，使漏风率降低4 0 以上。 为确保安全，所有检修门均装有安全连锁开关，一旦门被打开电场随即断电。 图2 一1 0 检修门 f i g2 - 1 0t h ee x a m i n ea n dr e p a i rd o o r 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 1 0 ) 振打装置 阴、阳极均采用微机自动控制顶部电磁振打( 见图2 - i 1 ) 。通过微机调整电流的大 小、周期以及时序，来调整振打强度、周期及时序，十分简单、方便。特别是对于高比 电阻粉尘的清灰起到的效果更佳。根据粉尘性质、不同电场、不同区域，灵活配置每个 振打器控制范围，满足各种工况的清灰的要求。由于阴、阳极振打置于设备顶部，电场 内仅有沉淀极与电晕极两种部件，无任何转动和传动部件，加之沉淀极和电晕极结构有 足够的强度，所以正常情况下可以免维护。 图2 1 l 振打装置 f i g2 - l it h et e l i s l i t i t yd e v i c e ( 儿) 烟箱系统 烟向系统包括进气烟箱和出气烟箱两部分。进气烟箱是烟道与电场之间的过渡段。 烟气经过进气烟箱摇完成由进气烟道的小管道截面到电场大截面的扩散，为了达到在整 个电场截面上气流分布的均匀，在进气烟箱中装有两层以上的分布板。同时在进气烟箱 上要有对温度、湿度、流速、动静压以及含尘浓度等进行测定的测孔。 出气烟箱是已经净化过的烟气由电场到出气烟道的过渡段。这里对气流分布的要求 比较低，只需注意不要因为烟气流速的急剧变化对电场内的气流分布造成大的影响就可 以了。 ( 1 2 ) 支座系统 张剑锋：贮矿槽电除尘器的研究与设计 为了解决电除尘器壳体热胀冷缩引起的热应力问题，目前设计的电除尘器，其柱脚 除一个采用固定外，其余的柱脚均采用摩擦力较小的活动支座。般双室三电场电除尘 器底部设基础支座i 2 个，其中1 个固定支座( 见图2 - 1 2 ) ，5 个单向活动支座，6 个多 向活动支座。当温度发生变化时，壳体能自由伸缩。 图2 一1 2 固定支座 f i g2 - 1 2t h ei m m o b i l i t yp e d e s t a l ( 1 3 ) 管路系统 电收尘器的管路系统一般包括三个部分： 蒸汽加热管路。由汽轮机抽气极或其他蒸汽源引来蒸汽，通过紧贴在电收尘器外 壁上的盘管对赊尘器进行局部加热。一般灰斗加热多采用这种形式。 热风保养管路。由空气预热器出口引来热风，穿过灰斗壁直接通入收尘器内部， 作为停机时保养及水冲洗厚烘干的热源。也有的在收尘器运行过程中持续的向电磁轴、 绝缘瓷支柱、瓷套管等部位引入少量热风进行吹扫，以防表面积灰。 积灰冲洗管路。用管道与消防水源接通，停机时将水引入电除尘器内部，对电极 进行冲洗。这种方法省时省力，清洗效果明显，工作条件也较好，所以普遍采用这种方 法，也有用压缩空气进行吹扫的，但由于操作条件太差，吹扫效果不好，目前已逐步被 淘汰。 ( 1 4 ) 壳体保温 保温不良不仅影响电收尘器的正常工作，而且还会导致电收尘器的锈蚀。若保温层 敷设质量差，使用寿命短，必将造成人力和物力的浪费。因此壳体保温的设计施工同样 也是不可忽视的。 保温材料要选热阻大、容量轻、易敷设的材料。如岩棉板、矿渣棉毡、玻璃棉毡、 微孔硅酸钙、蛭石板、珍珠岩等。保温层的护板材料要选耐腐蚀、抗老化、方便施工的 1 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 板材，并要求断面成波形，如薄的镀锌钢板、薄的刷漆钢板、玻璃钢瓦楞板等。对保温 层和护板的敷设，要做到敷设连续、搭缝严密、防止漏雨( 见图2 1 3 ) 。 图2 一1 3 保温层 f i g2 - t 3t h eh e a tp r e s e r v a t i o nl a y e r ( 1 5 ) 梯子平台 梯子平台既是通往收尘器各部位的通道，又是进行维护检修和测试采样的工作台。 要求平台既宽畅通达，坚固耐用，并具有一定的装饰效果。还要结构合理，选材适当， 方便施工，节省投资。一般在开设入孔门的部位、排灰器下部、电晕极、收尘极振打传 动机构所在处、并设测孔处、高压电缆终端附近以及电收尘器顶部均应设有平台和扶梯。 2 2 2 高压供电装置及低压控制系统 为节省占地面积和降低故障率，采用户外高压供电装置( g g a j 0 2 型) ，设置在除尘 器顶部，省去了高压电缆。 高压供电采用微机控制，能跟踪电除尘器各种电场多变的负载，保持瞬间的最佳除 尘效果。控制系统预留有通讯接口，可以与计算机管理系统联络，进行数据传递，实现 对除尘系统的最佳控制模式。 低压控制系统采用可编程控制器，实现对阴阳极振打、卸灰和保温箱加热等自动控 制。 作为除尘设备的电除尘器和袋式除尘器都可以在生产线中被选用。下面就二者的除 尘效率、能耗、适用范围、可处理烟气量进行了分析，并通过举例，重点对二者的技术 经济进行了分析、比较。 张剑锋：贮矿槽电除尘器的研究与设计 2 3 电除尘器的功能特点 2 3 1 除尘效率高 电除尘器可以通过加长电场长度的办法提高收集效率。目前普遍使用3 个电场的电 除尘器，当烟气中粉尘状态处于一般状态时，其捕集效率可达9 9 以上，如使用四电场， 五电场除尘效率还能提高。 2 3 2 设备阻力小，总的能耗低 电除尘器的能耗主要有设备阻力损失、供电装置、电加热保温和振打装置的能耗组 成。其他烟气除尘器的烟气阻力损失为主要能耗，在总能耗中占有较大份额。电除尘器 的阻力一般仅2 0 0 3 0 0 p a ，约为袋式除尘器的i 5 ，由于总的能耗较低，又很少更换易损 件，所以运行费用比袋式除尘器等要低得多。 2 3 3 适用范围 电除尘器可捕集粒径小于o 1i i1 1 1 的粒子、3 0 0 4 0 0 。c 的高温烟气。当烟气的各项参 数发生一定范围波动时，电除尘器仍能保持良好的捕集性能，另外，烟气中粉尘比电阻 对电除尘器运行有着重要影响，本设计粉尘比电阻在1 0 4 1 0 1 1 q c m 之间，适于使用电 除尘器。 2 3 4 可处理大风量烟气 电除尘器由于结构上易于模块化，因此可以实现装置大型化。目前单台电除尘器烟 气处理量已达2 0 0 万m 3 h 以上，这样大的烟气量用湿式除尘器或旋风除尘器来处理都 是不经济的。本设计的处理风量为5 0 万m 3 h 以上。 3 电除尘器系统的方案设计 当前随着经济、技术的不断发展，工业建设的规模不断扩大，国家对环保的要求也 越来越严格。作为除尘设备的电除尘器和袋除尘器都可以在生产线中被选用，两者各有 优点和缺点。另外，电除尘器又分为顶部振打和侧部振打两种主要形式。下面对他们分 别予以分析、比较。 3 1 除尘器的选型 下面通过举例，就相同生产规模和工艺流程的干法水泥生产预热器窖和原料磨的除 尘设备一电除尘器和袋式尘器的技术性能和投资费用做个比较。 垄垄三奎堂童些兰垡堡圭堂垒笙壅一 甲厂位于湖北省，乙厂位于北京市郊区。生产规模均为3 0 0 0 t d 水泥熟料。甲厂选 用电除尘器，乙厂选用袋除尘器，技术性能见表3 1 a 表3 - 1 电除尘器与袋除尘器技术性能对比。” t a b3 - it h ep e r f o r m a n c ec o m p a r i s o nb e t w e e nt h ee l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o ra n dt h eb a g h o s ep r e c i p i t a t o r 除尘器 电除尘器 袋除尘器备注 型号规格 3 3 1 2 5 3 x 1 0 0 4 b s 9 3 0 1 2 0 2 x 7 0 3 x 9 极板投影面积，滤袋总面积 1 2 3 0 8 1 4 1 2 8 1 ( m 2 ) 电场风速过滤风速( m s ) 0 7 8 o 5 9v = q a 设备重量405 4 2 0 ( t ) 一_ _ _ _ _ _ - _ - _ i _ _ _ - - - _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ - - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ - - - _ _ _ _ _ _ - _ - - 。_ 。- - - _ _ _ 一 3 1 1 经济比较 就相同生产规模和相同工艺流程的两个厂的除尘系统一电除尘器和袋除尘器的 经济比较基于以下两点：比较两种除尘器在制造、安装、操作和维护方面的费用a 费用的数据来自成交的合同价，这与不同的工厂和不同的投资时间有关。 甲、乙两厂的招标时间相差不到半年，所使用的除尘器的费用列于表3 - 2 a 表3 2 电除尘器和袋除尘器的费用比较 t a b3 - 2t h eo u t l a yc o m p a r i s o nb e t w e e nt h ee l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o ra n d t h eb a g h o s ep r e c i p i t a t o r 皇堕尘矍垡堕尘墨 鱼鎏 a 投资费用( 万元) 设备费用 2 6 3 3 4 0 3 + 4 3 1 ，6 ( 滤袋) 用美国g o r e 覆膜袋 安装费用 4 0 4 6 艺3 0 38 1 79 b 维护费用年( 万元) 里堂塑堡 ! i 一 张剑锋：贮矿槽电除尘器的研究与设计 从上表中可以看出，两种除尘器的安装费用是相似的，主要差别在于设备本体的价 格和日常的操作维护费用 在设备价格中，袋除尘器价格较高。其滤袋选用了美国g o r e 公司的玻纤覆膜滤料， 最高耐温为2 6 0 ，价格为国内产品的2 - 5 倍。过滤风速较高，压力损失相对较小。货 源也相对受到限制。 袋除尘器的维护费用较高。在计算中，滤带的平均寿命是按3 年考虑的，虽然滤带 厂商保证的寿命高于3 年甚至5 年，但有时实际寿命会少于1 年甚至更短，如一个突然 的高温气流会使滤带全部报废，需要一套全新的滤袋。如选用国产滤袋，价格会有所降 低，但寿命会降低、生产操作费用会增加。 3 1 2 技术比较 随着生产的大型化，炉、窑燃烧技术的不断发展，c 0 含量( 不燃尽率) 正在得到控 制，并且趋于稳定。高压电源技术的发展，也可以使电除尘器的电压自动地控制在火花 电压下运行，在c o 含量较高( 5 0u 烟尘粒度 1 0 1 9 3 3 1 6 2 2 烟尘比电阻 温度 1 72 55 0 i 0 0 q e m 比电阻 2 8 x 1 0 82 5 x 1 0 4 6 i x l 0 91 6 x l o ” 烟尘比重堆积比重1 3 9 c m 3 真比重3 7 9 c m 3 设备漏风率： 9 9 3处理烟气量 m h5 8 7 0 7 5 2 7 张剑锋：贮矿槽电除尘器的研究与设计 4 2 贮矿槽除尘系统工艺流程 贮矿槽产生的粉尘在风机机组的作用下，被吸入到电除尘器中，在电除尘器中经过 除尘净化后，经由风机机组和消声器，通过烟囱排入到大气中。其除下的灰尘先储存在 大连理工大学专业学位硕士学位论文 灰斗中，定期排放，由水平机送到斗提机，再由罐车拉走回收再利用。其工艺流程图见 图4 一l 。 图4 1 贮矿槽除尘系统工艺流程图 f i g4 - 1t h et e c h n i c sf l o wc h a r to ft h ep r e c i p i t a t o ro ft h em i n ec o n t a i n e r 4 3 电除尘器本体结构设计 在电除尘器设计中，当处理气量即有效截面积一定时，沉尘极越多，除尘面积越大， 则除尘效率越高。但沉尘极面积增多，极间距相应减小，工作电压降低，反过来又限制 除尘效率的提高，因此在选择极距时，既要有一定的操作电压，又要有一定数量的沉尘 极极面积，本设计综合两方面因素，取同极距为4 0 0 r a m 。 ( 1 ) 除尘效率 1 8 由要求的排放量，可确定除尘器所需的收尘效率 订：坠二纽：! 旦二! ! 兰! ! ：9 9 2 g 入 1 0 q 入入口烟气含量浓度g n m 3 q 出出口烟气含量浓度g n m 3 ( 2 ) 有效截面积 有效截面积是电除尘器大小的标志，即 f ：j l ：! ! ! ! ! ! ：1 9 8 8 7 ( m 2 、 3 6 0 0 v 0 8