用電除塵器凈化高爐爐前煙氣

作者： 2013年07月22日 來源： 瀏覽量：
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摘要：本文通過1800M3高爐爐前煙氣凈化系統(tǒng)的工程建設(shè)，特別是靜電除塵器高壓供電系統(tǒng)，最終采用恒流源供電，使凈化系統(tǒng)達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：高爐爐前煙氣靜電除塵器恒流電源　　1高爐爐前煙氣凈化　　高爐在
　　摘要：本文通過1800M3高爐爐前煙氣凈化系統(tǒng)的工程建設(shè)，特別是靜電除塵器高壓供電系統(tǒng)，最終采用恒流源供電，使凈化系統(tǒng)達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：高爐 爐前煙氣 靜電除塵器 恒流電源

　　1 高爐爐前煙氣凈化

　　高爐在煉鐵的過程中，需不斷地從爐頂裝入鐵礦石、燒結(jié)礦、焦炭和石灰石等原料，從高爐下部吹熱風(fēng)進(jìn)行燃燒。在高溫下，焦炭及其燃燒生成的一氧化碳使鐵從鐵礦石中還原出來，在這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵；此外高爐的原料系統(tǒng)在篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中，也產(chǎn)生大量的粉塵。這兩處是煉鐵廠的主要污染源。

　　高爐在煉鐵過程中所產(chǎn)生的大量煙塵從出鐵口、渣口、鐵水溝、渣溝等許多部位同時(shí)散發(fā)出來。根據(jù)有關(guān)測(cè)定，每煉1噸生鐵，散發(fā)的煙塵約2.5kg。這些煙塵中66%以上的粒徑小于10um，能長期懸浮于空氣中，對(duì)人體的危害極為嚴(yán)重。由于出鐵場是間歇操作，大部份煙塵在出鐵開始時(shí)向外擴(kuò)散，所以表現(xiàn)為陣發(fā)性的，這也給煙塵的捕集帶來了相當(dāng)?shù)碾y度。目前小型高爐爐前煙氣的凈化以布袋為主，而靜電除塵器只在少數(shù)大型鋼廠的新建高爐中使用。

　　90年以前國內(nèi)高爐出鐵場基本未采取凈化措施，隨著環(huán)保要求的提高和改善工人作業(yè)環(huán)境，后建的高爐都采取了各種凈化措施，其中以布袋除塵和靜電除塵為主，也有少數(shù)是布袋和電除塵相結(jié)合。因布袋除塵器的壓力損失大，占地面積大，后期維護(hù)費(fèi)用高，所以大型鋼廠都考慮使用靜電除塵器。目前靜電除塵器和高壓供電電源在技術(shù)上的發(fā)展足以勝任出鐵場煙塵的凈化。本文主要對(duì)用恒流電源改造爐前靜電除塵器的過程和結(jié)果做論述。

　　2 高爐爐前出鐵場煙氣的收集

　　高爐爐前出鐵場的煙塵不同于其它地方的煙塵，有其自身的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)給收集帶來了相當(dāng)?shù)碾y度，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下四方面：

　　1． 陣發(fā)性

　　高爐出鐵場在每次出鐵的開始，特別是開鐵口時(shí)，濃度最大，大量的煙塵會(huì)在此時(shí)產(chǎn)生。湘鋼1800m3高爐在出鐵時(shí)濃度最大時(shí)超出3g/Nm3。濃度的波動(dòng)范圍大，給靜電除塵器的高壓供電電源提出了新的要求，供電電源要能及時(shí)的跟蹤并做出處理，隨著陣發(fā)性煙氣的產(chǎn)生，電源必須提高注入功率，保證有效除塵，但是實(shí)際上現(xiàn)在的可控硅電源并不能及時(shí)跟蹤并做出相應(yīng)調(diào)整。

　　2． 煙塵源分散，污染遍及全出鐵場

　　高爐出鐵場出鐵時(shí)，煙塵從出鐵口、出鐵溝、撤渣口、擺動(dòng)流、渣溝、爐頂?shù)仍S多部位同時(shí)散發(fā)，進(jìn)而擴(kuò)散到整個(gè)出鐵場。以湘鋼1800 m3高爐為例，共計(jì)21個(gè)揚(yáng)塵點(diǎn)，總面積約占出鐵場面積的45%。因此大面積散發(fā)的煙塵污染了整個(gè)出鐵場及周圍，因揚(yáng)塵點(diǎn)多，總面積大，收塵時(shí)所參入的風(fēng)量大，給收集和處理都帶來了難度。

　　以下是湘鋼1800m3高爐揚(yáng)塵點(diǎn)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)：

揚(yáng)塵點(diǎn) 個(gè)數(shù) 同時(shí)工作點(diǎn)數(shù) 總風(fēng)量(萬) 備注
出鐵口 6 3 34

考慮10%的漏風(fēng)6.7萬，合計(jì)風(fēng)量為73.5萬。

出鐵溝 4 2 2
撤渣口 2 1 6
擺動(dòng)流 6 3 20
渣溝 2 1 0.8
爐頂 1 1 4
合計(jì) 21 11 66.8

3． 連續(xù)出鐵，污染時(shí)間長

湘鋼1800 m3高爐日出鐵量近5000噸，每天出鐵10多次，每天總出鐵時(shí)間在10個(gè)小時(shí)以上。由于是南北兩邊的出鐵口輪翻出鐵(北邊3個(gè)出鐵口，南邊3個(gè)出鐵口)，一個(gè)出鐵口出鐵尚未完成，另一個(gè)出鐵口又要開始出鐵，幾乎是連續(xù)出鐵，這樣就造成了陣發(fā)性煙塵的頻繁產(chǎn)生，對(duì)高壓供電系統(tǒng)的負(fù)載跟蹤能力提高了要求，可控硅電源由于跟蹤能力有限，煙塵濃度高時(shí)，二次電流下降，導(dǎo)致除塵器不能正常工作；而對(duì)于布袋除塵來說，這種工況會(huì)縮短布袋的使用壽命，提高壓力損耗，煙氣收集效率降低。

以下是湘鋼1800 m3高爐的工藝參數(shù)：

有效容積： 1800 m3
年工作日： 355d
利用系數(shù)： 2.262t/ m3?d,最大2.5t/ m3?d
渣鐵比： 350~400kg/t
日產(chǎn)出鐵量： 4072~4500t/d
日產(chǎn)熔渣量： 1425~1629t/d，最大1800t/d
日出鐵渣次數(shù)： 13次/d
每次出鐵平均量： 346t
每次出鐵最大量： 415t
正常出鐵速度： 5t/min
每次出鐵平均時(shí)間： 70min
每兩次出鐵平均間隔時(shí)間：111min

4． 煙塵量大，塵粒細(xì)

據(jù)有關(guān)測(cè)定，高爐出鐵場的煙塵量一般為2.5kg/t(鐵)，大型高爐的二次煙塵粒度小于10um的約占到60%。粒徑小則粘性強(qiáng)，給捕集和清灰?guī)砹穗y度。

煉鐵高爐出鐵場內(nèi)的各揚(yáng)塵點(diǎn)均設(shè)置有吸塵點(diǎn)，各吸塵點(diǎn)匯總后通過管道送往設(shè)置在出鐵場外的除塵器。經(jīng)過處理后排放到大氣中。

3 電除塵器的選型

若用布袋除塵，由于煙塵源的分散不便于匯總，壓力損失大，會(huì)阻礙煙塵收集和匯總，使部分煙塵長時(shí)間的停留在車間內(nèi)，嚴(yán)重?fù)p害工人的健康。布袋本身就難以清灰，煙塵的粒徑小更突出布袋的這個(gè)弱點(diǎn)，長時(shí)間的擁堵使布袋很快損壞，所以爐前除塵更換布袋的頻率較其它地方高。因此用布袋除塵問題集中在更換頻率上，一是費(fèi)用問題，二是生產(chǎn)的不間斷性。

對(duì)于靜電除塵器，由于煙塵是陣發(fā)性的，所以普通的可控硅電源供電的靜電除塵器難以及時(shí)的進(jìn)行跟蹤和做出相應(yīng)的調(diào)整，結(jié)果導(dǎo)致大部分用可控硅電源供電的爐前靜電除塵器達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)的排放要求。所以，問題就突出在高壓供電電源上，現(xiàn)有的可控硅電源，由于自身的特性決定了它對(duì)不穩(wěn)定的工況，不能及時(shí)的跟蹤和做出相應(yīng)的調(diào)整，而導(dǎo)致每次出鐵的瞬間開始電流急劇下降，收塵效率低下。而恒流電源由于其自身的特性決定了其對(duì)不穩(wěn)定的工況有強(qiáng)大的適應(yīng)能力，所以在爐前煙氣凈化中采用靜電除塵器并配以恒流電源將成為一種趨勢(shì)。

湘鋼1800 m3高爐爐前除塵器電源改造就是一個(gè)很好的說明。
湘鋼1800 m3高爐爐前煙塵凈化設(shè)備所選用的就是靜電除塵器。該靜電除塵器由浙江某廠承建，其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

處理風(fēng)量 740000 m3/h
有效斷面 200㎡
設(shè)計(jì)入口含塵濃度： 3g/N m3
設(shè)計(jì)出口含塵濃度： <100mg/N m3 (合同為80mg/N m3)
設(shè)計(jì)除塵效率： >99%
電場煙氣流速: 1.02m/s
電場有效尺寸: 長×寬×高=12×13.2×15.2
收塵面積： 12038.4㎡(33×2×8×15.2×3)
比收塵面積: 58.72
同極間距： 400㎜
陽極板： 排數(shù)×每排塊數(shù)×電場數(shù)=34×8×3=816塊
陽極板形式： 480C
陰極線型狀： 不銹鋼螺旋線
陰極線總長度： 24076.8m
陽極振打： 旋轉(zhuǎn)側(cè)部振打， 加速度 g≥150
陰極振打： 雙層側(cè)部振打 ≥50g
設(shè)備承受壓力: －6000pa
設(shè)備漏風(fēng)率 <3%

4 高壓電控的選型

湘鋼1800m3高爐爐前200㎡除塵器原配套的電源是浙江某廠的可控硅電源。電源規(guī)格1.8A/72kV。工程交接時(shí)，200㎡電除塵器空載運(yùn)行參數(shù)顯示良好， 但在出鐵時(shí)，帶煙氣負(fù)載運(yùn)行過程中，卻出現(xiàn)嚴(yán)重的掉電現(xiàn)象。一電場二次電流掉至200~0mA，二電場二次電流掉至800~500mA，除塵器的注入功率大幅下降，煙囪排放明顯嚴(yán)重超標(biāo)。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查、監(jiān)測(cè)、除塵灰樣分析以及咨詢國內(nèi)電除塵器專家，反復(fù)磋商后達(dá)成一致處理意見。將原配置的調(diào)壓型可控硅電源更換為調(diào)流型恒流電源，選用上海安伏激光電子電氣設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

本次改造只是更換了控制柜，原來的整流變壓器不變。

在沒有更換控制柜以前，較為典型的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄如下：

工 況 一 電 場 二 電 場 三 電 場
二次電壓（Kv） 二次電流（mA） 二次電壓（Kv） 二次電流（mA） 二次電壓（Kv） 二次電流（mA）
未出鐵 60 1450 57 860 65 1300
出鐵時(shí) 50 150 46 500 56 1100
備 注 排放嚴(yán)重超標(biāo)，均為可控硅電源供電

一電場更換了恒流源控制柜后，較為典型的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄如下：

工 況 一 電 場* 二 電 場 三 電 場
二次電壓（Kv） 二次電流（mA） 二次電壓（Kv） 二次電流（mA） 二次電壓（Kv） 二次電流（mA）
未出鐵 47 700 57 900 58 800
出鐵時(shí) 59 880 57 970 52 1060
備 注 排放略有超標(biāo)，不到一分鐘，一電場*為恒流源供電

一、二電場均更換了恒流源控制柜后，較為典型的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄如下：

工 況 一 電 場* 二 電 場* 三 電 場
二次電壓（Kv） 二次電流（mA） 二次電壓（Kv） 二次電流（mA） 二次電壓（Kv） 二次電流（mA）
未出鐵 41 680 62 1380 54 1240
出鐵時(shí) 60 650 65 1380 62 1060
備 注 一、二電場*為恒流源供電

一電場更換了恒流控制柜以后，效果已經(jīng)非常明顯，排放超標(biāo)的次數(shù)大幅度減少，每次排放超標(biāo)持續(xù)時(shí)間明顯縮短，而且運(yùn)行穩(wěn)定；一、二電場均更換了恒流控制柜以后，經(jīng)過半年的運(yùn)行，在出鐵時(shí)，排放已經(jīng)不見煙氣。

恒流源的工作原理：

1．恒流源給出的是電流，其調(diào)節(jié)的也是電流，而電壓是隨負(fù)荷變化而變化，所以當(dāng)出鐵時(shí)，大量煙氣進(jìn)入除塵器，除塵器的等效阻抗增大，因電流不變，電壓上升，注入到除塵器的功率增加，從而保證了除塵效率；而可控硅電源屬電壓源，當(dāng)大量煙氣進(jìn)入除塵器，除塵器的等效阻抗增大時(shí)，其結(jié)果是電流下降，注入到除塵器的功率減少，除塵效率下降。所以更換恒流源以后，不但保證了二次電流，而且二次電壓也得到了大幅度的提高，因此除塵效率得到了保證。

5 運(yùn)行結(jié)果及其分析

可控硅電源是一種電壓源，通過改變可控硅的導(dǎo)通角來調(diào)整輸出電壓，其主控因素是電壓，在電路中宏觀認(rèn)為電壓不變，電流隨負(fù)載的變化而變化。而對(duì)于電除塵本體來說，因電壓源調(diào)整的是電壓，一個(gè)電壓值有多個(gè)電流值相對(duì)應(yīng)，所以工作點(diǎn)只能選取在拐點(diǎn)以下，導(dǎo)致注入功率提升不到理想值，至使排放不達(dá)標(biāo)。

恒流電源是一種電流源，主控因素是電流，在電路中宏觀認(rèn)為電流不變，電壓隨負(fù)載變化而變化的，對(duì)于電除塵本體來說，因電流源調(diào)整的是電流，而一個(gè)電流值只有一個(gè)電壓值相對(duì)應(yīng)，所以工作點(diǎn)可以任意選取，能工作在Im上，工作點(diǎn)的提高勢(shì)必引起注入功率的提高，從而使排放得到有力的改善。

工作點(diǎn)的提高和單值對(duì)應(yīng)關(guān)系無疑可以提高和保證注入功率，從而使除塵效率得到提高和保證。

以下是電流源和電壓源的特性在電除塵中對(duì)收塵效率的影響的比較：

電壓源：電壓U是主控因素，因I＝U／Z，當(dāng)粉塵的濃度↑，本體對(duì)電源所呈現(xiàn)的等效阻抗Z↑，而電壓U不變，所以電流I＝U／Z↓，則注入功率（P＝I*U）↓，從而導(dǎo)致收塵效率η下降。（負(fù)反饋特性）

電流源：電流I是主控因素，因U＝I*Z，當(dāng)粉塵的濃度↑，本體對(duì)電源所呈現(xiàn)的等效阻抗Z↑，而電流I不變，所以電壓U= I*Z↑，則注入功率（P＝I*U）↑，從而導(dǎo)致收塵效率η恒定不變。（正反饋特性）

對(duì)于工況變化較大的爐前除塵器來說，可控硅電源的使用，在出鐵開始的瞬間，由于粉塵濃度的急劇上升必然導(dǎo)致二次電流的下降，使注入功率降低?？煽毓桦娫床徽撌褂媚欠N方式控制，都須要一個(gè)重新調(diào)整的時(shí)間，等其調(diào)整完必后，濃度較大的粉塵已經(jīng)通過煙囪有一相當(dāng)時(shí)間的排放。而對(duì)于恒流源來說，因其不存在這樣一個(gè)調(diào)整的時(shí)間，使除塵器始終工作在正反饋的模式下，所以可以得到一個(gè)較低的排放。湘鋼爐前靜電除塵器的電源改造就是一個(gè)很好的例子。另外恒流電源在燒結(jié)機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾除塵器的應(yīng)用也足以證明它對(duì)工況的適應(yīng)能力是驚人的。
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