轉(zhuǎn)爐煙氣含水量對(duì)干法除塵效率的影響

轉(zhuǎn)爐煙氣含水量對(duì)干法除塵效率的影響摘要人們?cè)诳偨Y(jié)轉(zhuǎn)爐干法除塵效率的影響因素時(shí)，常將重點(diǎn)放在靜電除塵器本體的機(jī)械、電氣設(shè)備上，而忽略了煙氣成分的變化與除塵效率的內(nèi)在關(guān)系。本文以重鋼一煉鋼廠(chǎng)轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題以及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)分析了煙氣含水量對(duì)除塵效率的影響，并結(jié)合實(shí)際給出一些改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞 干法除塵；含水量；除塵效率

1概述

轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)主要由蒸發(fā)冷卻器、靜電除塵器、煤氣風(fēng)機(jī)、煤氣切換閥站以及煤氣冷卻塔組成（如圖1）。與傳統(tǒng)的濕法除塵（OG法）相比具有：淤除塵效率高，通過(guò)蒸發(fā)冷卻器粗除塵以及靜電除塵器精除塵可直接將粉塵降至25mg/m3以下；于在水、電消耗上較低；盂煤氣回收量大，降低了鋼鐵企業(yè)運(yùn)行成本等優(yōu)勢(shì)，是一種目前廣泛應(yīng)用的除塵方式。重鋼一煉鋼廠(chǎng)于2024年先后完成了3座210t轉(zhuǎn)爐干法除塵的建設(shè)工作，投產(chǎn)運(yùn)行5年來(lái)很好的保證了干法除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。但2024年以來(lái)常出現(xiàn)煤氣放散塔“冒黑煙”以及煤氣柜加壓機(jī)積灰等情況發(fā)生，因此從煙氣含水量對(duì)除塵效率的影響作了系統(tǒng)分析，并采取措施加以控制。

2煙氣含水量對(duì)除塵的影響

煙氣含水量對(duì)除塵效率的影響主要通過(guò)改變煙氣中粉塵比電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1靜電除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

靜電除塵器是整個(gè)干法除塵系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要由內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)件，例如陽(yáng)極板、陰極線(xiàn)、分流板以及振打系統(tǒng)和外部高壓直流供電裝置，例如升壓變壓器、陰極振打瓷瓶等。當(dāng)含粉塵煙氣通過(guò)靜電除塵器內(nèi)4個(gè)電場(chǎng)時(shí)，在高壓電場(chǎng)作用下經(jīng)過(guò)：

（1）高壓電場(chǎng)將氣體進(jìn)行電離；

（2）煙氣中的粉塵進(jìn)行荷電；

（3）帶有正負(fù)電荷粉塵分別向陽(yáng)極板、陰極線(xiàn)移動(dòng)；榆通過(guò)陰陽(yáng)兩極以及振打系統(tǒng)將煙氣粉塵捕集；上述4個(gè)過(guò)程后回收利用。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2粉塵比電阻對(duì)靜電除塵效率的影響

粉塵比電阻是衡量粉塵導(dǎo)電性能的主要參數(shù)，由于導(dǎo)電性能差異，將直接影響煙氣中粉塵的荷電情況，從而影響靜電除塵器效率。粉塵比電阻的定義為：粉塵在疏松狀態(tài)下的視在電阻或當(dāng)量電阻，在數(shù)值上等于單位面積、單位厚度粉塵電阻值。通過(guò)查閱資料可知，靜電除塵器最佳的粉塵比電阻范圍是104~1010贅·cm。粉塵比電阻過(guò)大或者過(guò)小，當(dāng)煙氣通過(guò)靜電除塵器電場(chǎng)時(shí)都不利于粉塵的荷電。

2.2.1粉塵比電阻過(guò)低對(duì)靜電除塵效率的影響

當(dāng)粉塵比電阻小于104贅·cm時(shí)，帶負(fù)電荷粉塵到達(dá)陽(yáng)極板表面時(shí)會(huì)立即釋放電荷，同時(shí)在高壓電場(chǎng)的靜電感應(yīng)下帶上與陽(yáng)極板同極性的正電荷（如圖3中的A）。當(dāng)同級(jí)電荷粉塵形成的斥力大于粉塵對(duì)陽(yáng)極板的粘附力時(shí)，則已附著在陽(yáng)極板上的粉塵會(huì)脫離而重返煙氣中，形成局部二次揚(yáng)塵。重返煙氣中的粉塵在除塵器內(nèi)又與離子相碰撞，重新獲得與陰極同性的負(fù)電荷而再次向陽(yáng)極板運(yùn)行(如圖3中B),形成了在陽(yáng)極板上的跳躍現(xiàn)象，不能很好的附著在陽(yáng)極板和陰極線(xiàn)上，最后被氣流帶出除塵電器，出現(xiàn)放散塔“冒黑煙”現(xiàn)象或者直接進(jìn)入煤氣柜，直觀(guān)表現(xiàn)為除塵效果差。

2.2.2粉塵比電阻過(guò)高對(duì)靜電除塵效率的影響

當(dāng)比電阻高于1010贅·cm的粉塵進(jìn)入靜電除塵器到達(dá)陽(yáng)極板時(shí)，所帶電荷不易釋放，會(huì)在陽(yáng)極板上形成一個(gè)負(fù)離子層。在引起陽(yáng)極板積灰過(guò)快加大振打負(fù)荷的同時(shí)，屏蔽了部分通往陰極線(xiàn)的電力線(xiàn)，從而削弱陰極線(xiàn)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度且提高了陽(yáng)極板板面處的電場(chǎng)強(qiáng)度，造成電場(chǎng)內(nèi)電離減弱，電暈電流下降。殘余電荷分布的不均勻，就會(huì)發(fā)生局部擊穿、電離，產(chǎn)生反電離現(xiàn)象。如果局部擊穿頻繁發(fā)生，會(huì)使擊穿電壓大大降低同時(shí)電流異常減小或增大。異常的電流減小或增大，這種現(xiàn)象就是典型的反電暈。

當(dāng)粉塵比電阻超過(guò)1010贅·cm之后，電除塵器效率會(huì)隨著粉塵比電阻的增高而下降。根據(jù)歐姆定律，電流通過(guò)具有一定電阻的物質(zhì)，其電壓降可表示為：

式中：吟U為通過(guò)粉塵的電壓降；籽為粉塵比電阻；I為通過(guò)粉塵的電流；A為平板電極的面積；啄為粉板品厚度。

由上式可以得出，如果粉塵比電阻過(guò)高，靜電除塵器內(nèi)電壓降將會(huì)變得很大。當(dāng)達(dá)到一定程度后會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極板粉塵層局部擊穿并產(chǎn)生火花放電發(fā)生反電離。其結(jié)果就是粉塵飛揚(yáng)嚴(yán)重，除塵效率惡化。

2.3煙氣含水量對(duì)粉塵比電阻的影響

實(shí)際試驗(yàn)分析中，粉塵比電阻的影響因素包含粉塵成分、溫度以及濕度。在轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于EC出口溫度的設(shè)定，可以使進(jìn)入靜電除塵器內(nèi)的煙氣溫度穩(wěn)定保持在150益左右，同時(shí)由于轉(zhuǎn)爐冶煉工藝的穩(wěn)定性，也保證了進(jìn)入靜電除塵器煙氣粉塵成分的穩(wěn)定性。因此，分析轉(zhuǎn)爐煙氣粉塵比電阻式可以定性考慮濕度對(duì)其的影響。取靜電除塵器內(nèi)第一電場(chǎng)陽(yáng)極板上粉塵為樣本，分成5分，加熱至150益時(shí)測(cè)得不同濕度下的比電阻值（見(jiàn)表一）。

可以看出，在粉塵成分以及溫度不變的情況下，隨著含水量從5%增加到20%時(shí)，粉塵比電阻從1011數(shù)量級(jí)降低到108數(shù)量級(jí)，說(shuō)明水分對(duì)粉塵比電阻有較大影響?？梢?jiàn)，調(diào)節(jié)煙氣含水量是改變粉塵比電阻行之有效且簡(jiǎn)單易行的方法。因此，在一定條件下適當(dāng)改變煙氣含水量使粉塵比電阻處于較為適宜的收塵范圍內(nèi)是提高靜電除塵器效率的有效方法。

3控制煙氣含水量的措施

轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)煙罩汽化冷卻至800益-1000益后，進(jìn)入干法除塵蒸發(fā)冷卻器。在蒸發(fā)冷卻器內(nèi)，工業(yè)水經(jīng)環(huán)形布置于蒸發(fā)冷卻器頂部的18支蒸汽霧化噴槍?zhuān)ㄟ^(guò)蒸汽霧化噴出，將高溫?zé)煔庵苯永鋮s至150益-200益。在此過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣的降溫、粗除塵以及調(diào)質(zhì)處理。在整個(gè)過(guò)程中，噴槍噴淋水量是利用EC出口溫度設(shè)定值以及煙氣溫度、流量值，通過(guò)PID（比例-積分-微分控制調(diào)節(jié)器）加以控制；同時(shí)，蒸汽霧化效果與噴槍設(shè)備狀況有關(guān)。上述兩點(diǎn)將直接影響煙氣含水量，因此如何控制煙氣含水量，使粉塵比電阻處于適宜范圍需采取相應(yīng)措施。

3.1合理使用噴槍

噴槍長(zhǎng)時(shí)間使用后，噴嘴會(huì)自然磨損，霧化性能下降，噴霧形狀、噴射角度，噴射覆蓋面也會(huì)發(fā)生改變。從而使霧化水顆粒變大，轉(zhuǎn)爐煙氣受熱不均，導(dǎo)致噴淋水不能充分蒸發(fā)，使設(shè)備結(jié)垢同時(shí)增加煙氣含水量。因此，蒸汽霧化噴槍在使用超過(guò)5000爐（約1季度）后應(yīng)拆除檢查，及時(shí)更換磨損以及堵塞的噴槍。

3.2合理設(shè)定EC出口溫度值

噴淋水量是通過(guò)EC出口溫度設(shè)定值以及煙氣溫度、流量值綜合計(jì)算得到，在轉(zhuǎn)爐冶煉工藝特性數(shù)據(jù)呈線(xiàn)性變化的兩端，特別是在轉(zhuǎn)爐剛下槍開(kāi)吹2min內(nèi)和轉(zhuǎn)爐冶煉后期，由于介質(zhì)煙氣溫度的急劇變化，PID控制因?yàn)橛?jì)算的延時(shí)會(huì)造成噴水量的調(diào)節(jié)跟不上溫度的變化情況，致使噴淋水量偏小，使煙氣含水量偏低粉塵比電阻增加。因此要合理設(shè)定EC出口溫度值為200益-230益，以保證煙氣含水量。

4結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)倒推法，從靜電除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理到粉塵比電阻對(duì)其效率的影響，再到煙氣含水量對(duì)比電阻的影響，從而得出煙氣含水量對(duì)干法除塵效率的影響，并有針對(duì)性的提出了改進(jìn)控制措施，以期對(duì)除塵效率的提高有借鑒作用。

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