陳建學(xué)

摘 要：文章針對燒結(jié)機頭煙氣、煙氣特點，對影響機頭電除塵器運行效率的主要因素進行簡單的分析，并簡述各種電除塵器高壓供電設(shè)備優(yōu)缺點，力求通過各類電氣控制組合技術(shù)，穩(wěn)定或提高機頭除塵器除塵效率。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機頭；氣流分布；比電阻；振打清灰；高頻電源；脈沖電源

1 概述

在國家經(jīng)濟發(fā)展的過程中，鋼鐵行業(yè)始終具有基礎(chǔ)性地位?，F(xiàn)階段，中國的鋼鐵企業(yè)經(jīng)過了近十年的飛速發(fā)展，已經(jīng)使我國成為了第一大產(chǎn)鋼國，但鋼企重污染、高耗能，嚴重地制約著企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，更嚴重地影響了整個社會環(huán)境。目前，國內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)過程中主要使用的就是高爐煉鐵氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)，其中重要工序就是燒結(jié)。據(jù)不完全統(tǒng)計，燒結(jié)機頭排放的粉塵占整個鋼廠粉塵排放總量一半以上。因此，鋼廠的粉塵排放，當務(wù)之急是先治理好燒結(jié)機頭的粉塵排放。因此，找到更加符合燒結(jié)機頭的除塵技術(shù)是未來的燒結(jié)系統(tǒng)除塵技術(shù)的發(fā)展趨勢。

2 影響機頭除塵器除塵效率的主要因素

2.1 方案選型因素

原有除塵器方案選型不合理，先天處理能力不足，無法滿足現(xiàn)有環(huán)保排放要求。

2.2 煙氣溫度因素

由于燒結(jié)工藝控制不好，進入除塵器的煙氣溫度比設(shè)計值高，煙氣的氣體密度減少，氣體的擊穿電壓降低。同時，煙氣中的粉塵受高溫度影響（1）比電阻增大，不容易荷電；（2）粉塵粘滯性增大，趨近速度降低?？傮w表現(xiàn)為煙溫增大，除塵效率降低。

2.3 粉塵比電阻因素

由于國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)量年年攀升，國內(nèi)富鐵礦石資源日趨匱乏，各大鋼鐵集團公司大量從海外進口鐵礦石，由于海外礦石，特別從澳洲進口的礦石中，鉀、鋁成分偏高，再加上海運過程中為防止揚塵等目的，往往被人為摻入大量的海水，燒結(jié)后進入機頭電除塵器的粉塵中鉀、鈉、鋁等堿金屬含量較高，粉塵表現(xiàn)為顆粒很細、絮狀、比電阻高（1011～1012Ω.cm）、不容易荷電等情況，除塵效果差。

2.4 氣流分布因素

原有除塵器未通過“CFD數(shù)值模型軟件實驗”來指導(dǎo)煙道及進口喇叭氣流分布設(shè)計，安裝完成后也未進行現(xiàn)場氣流分布實驗來調(diào)整導(dǎo)流和分布板，整體除塵設(shè)備氣流分布不均，未能發(fā)揮除塵器整體除塵能力。

2.5 振打清灰因素

由于大量使用海外，煙氣中的粉塵堿金屬含量高，粉塵呈棉絮狀，輕、細粘性強，當粉塵吸附于陽極板后，不易放電，也不容易通過振打剝離。當有部分絮狀粉塵受振打力從極板上剝離時，由于質(zhì)量輕易漂浮煙氣中，往往煙氣直接帶出除塵器，降低除塵效果。

2.6 殼體漏風因素

燒結(jié)機頭除塵器長期處于負高壓運行，殼體密封不嚴，外部漏入冷空氣，除塵器處理的風量加大，電場內(nèi)氣流紊亂，降低除塵效果，冷空氣入侵，煙氣溫度降低，結(jié)露情況發(fā)生，殼體漏風點處腐蝕嚴重加劇漏風，靠近漏風點處極板極線積灰嚴重，除塵效率降低。

2.7 安裝質(zhì)量因素

機頭除塵器處理煙氣量大，除塵器斷面大，設(shè)備上無法整體供貨，均是工廠加工好各部件，發(fā)運至現(xiàn)場拼裝。因此，安裝質(zhì)量直接影響除塵效率。

2.8 電控技術(shù)因素

電控設(shè)備是除塵器的中樞，只有電氣設(shè)備和除塵本體有機結(jié)合，才能確保發(fā)揮效率。前些年，國內(nèi)機頭除塵器基本上配置工頻高壓電源，雖基本上能滿足高壓供電要求，在針對高比電阻粉塵時，雖部分設(shè)備廠商從計算機智能控制方面入手，希望通過軟件自動進行設(shè)備運行參數(shù)調(diào)整，采用間歇供電方式抑制反電暈，改善除塵器的運行狀態(tài)等來穩(wěn)定除塵效率，但由于工頻電源本身性能的局限性，效果不明顯。

3 組合高壓供電技術(shù)提高除塵效率

直流高壓整流設(shè)備新技術(shù)簡介：

3.1 高頻高壓電源

高頻高壓電源與傳統(tǒng)的可控硅控制工頻電源相比性能優(yōu)異，具有輸出紋波小、平均電壓電流高、體積小、重量輕、成套設(shè)備集成一體化、轉(zhuǎn)換效率與功率因數(shù)高、采用三相電源對電網(wǎng)影響小等多項顯著優(yōu)點。特別是可以較大幅度地提高除塵效率，所以它是傳統(tǒng)可控硅工頻電源的革命性的更新?lián)Q代產(chǎn)品，實現(xiàn)了電除塵器供電電源技術(shù)水平質(zhì)的飛躍，極大地拓展了電除塵器的適應(yīng)范圍，對我國環(huán)保設(shè)備配套電源產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級產(chǎn)生了重要的影響。

3.1.1 基本原理

如圖1所示，三相交流輸入整流為直流電源，經(jīng)全橋逆變?yōu)楦哳l交流，隨后升壓整流輸出直流高壓。高頻電源工作頻率可達40kHZ，主要包括三個部分：變換器、變壓器、控制器。其中全橋變換器實現(xiàn)直流到高頻交流的轉(zhuǎn)換，高頻變壓器/高頻整流器實現(xiàn)升壓整流輸出，為ESP提供供電電源。

3.1.2 優(yōu)越的性能特點

高頻電源主要有三大優(yōu)點，最主要的優(yōu)點是能有效提高除塵效率，其次是能夠節(jié)能降耗，并且高頻電源采用三相輸入，屬于綠色電源，對電網(wǎng)不會產(chǎn)生污染。

3.2 脈沖高壓電源

電除塵器用高壓脈沖電源，是一種即能提供直流（DC）供電，又能提供直流疊加脈沖（DC+PULSE）供電的電除塵器供電電源，可有效抑制反電暈，提高電場力，提高除塵效率。

3.2.1 基本原理

如圖2所示，脈沖高壓電源由兩部分組成，一是由基礎(chǔ)高壓單元，通常是由常規(guī)電源、高頻電源、三相電源產(chǎn)生基礎(chǔ)電壓（電壓輸出40～60kV），用于電場保持起暈狀態(tài)，空氣電離，產(chǎn)生大量的負離子，讓煙氣中的粉塵充分荷電。二是脈沖高壓單元，疊加在基礎(chǔ)高壓之上，可疊加最大峰值80kV高壓脈沖，疊加后的峰值電壓可達140kV以上，提高電場力，讓輕、細的荷電粉塵，瞬間吸附于極板上，大大提高除塵效率。

3.2.2 優(yōu)越的性能特點：a.提高火花閃絡(luò)閾值b.增加粉塵荷電c.克服高比電阻粉塵的反電暈d.增加二次電壓峰值e.降低二次平均電流f.可調(diào)整單個脈沖能量的大小和脈沖重復(fù)頻率，適用于各種粉塵特性的煙氣工況。

3.3 組合高壓供電技術(shù)組合方式及提效介紹

3.3.1 組合方式

高頻高壓電源+脈沖高壓電源

3.3.2 提效原理

前級設(shè)置高頻高壓電源，提高電暈功率，增加運行電流，使穿過前電場煙氣中的粉塵充分荷電。后電場配置脈沖電源，抑制反電暈，降低無功電流，高能脈沖瞬間提高電場力，增加粉塵趨近速度，增加輕、細粉塵捕捉能力。兩種高壓供電方式黃金組合，大大提高除塵效果。

（1）增加前電場電暈功率，煙氣充分荷電，提高除塵效率。電除塵器前級電場，由于處于煙氣入口端，粉塵濃度高、煙氣流程較不均勻，工況變化大，往往運行電壓低，易閃絡(luò)放電等特點。由電除塵理論可知，電除塵器的效率與帶電粒子在電場中的驅(qū)進速度ω成正比，驅(qū)進速度與電場強度的平方成正比，電場強度與電場間施加的電壓成正比。因此，電除塵器的效率與電場的運行電壓的平方成正比。高頻電源輸出直流電壓比工頻電源平均電壓要高約30%，因為工頻電源峰值電壓在電除塵器電場中觸發(fā)火花，顯著的限制了加在電極上的平均電壓。而高頻電源諧振頻率為30～40KHz，同常規(guī)的工頻電源相比，高頻電源紋波系數(shù)小于5%，在直流供電時它的二次電壓波形幾乎為一條直線，高頻電源提供了幾乎無波動的直流輸出，這使得靜電除塵器能夠以次火花發(fā)生點電壓運行，從而提高了電除塵器的供電電壓和電流，增大了電暈功率的輸入，讓通過前電場的粉塵充分荷電，提高了電除塵器的效率。

前電場采用高頻電源大幅度提高了前電場輸入功率，提高了前電場的除塵效率，減輕了后電場的負擔，后電場由于需處理的粉塵濃度降低，配置的脈沖電源可靈活地調(diào)整各種供電方式（如：采取間歇脈沖供電方式），有效降低運行功率。

（2）后級電場配置脈沖高壓電源有效抑制反電暈，提高運行電壓，節(jié)能提效。前面所述，由于進口礦本身堿金屬含量高且加上海運等原因，燒結(jié)后進入機頭電除塵器煙氣，粉塵程棉絮裝，輕、細、比電阻高因素，造成電除塵器后電場極板積灰嚴重，運行參數(shù)體現(xiàn)電壓低、電流大等特點，反電暈嚴重，能耗高、除塵效果差。后級電場配置脈沖電源，能有效地抑制反電暈，提高運行電壓，實現(xiàn)節(jié)能提效。

a. 反電暈現(xiàn)象分析：反電暈是在電除塵器中沉積在極板表面上的高比電阻粉塵層所產(chǎn)生的局部放電現(xiàn)象。高比電阻粉塵到達收塵極板后不易釋放。其極性及電暈極相同，便排斥后來的荷電粉塵，由于粉塵層的電荷釋放緩慢，粉塵間形成較大的電位梯度，當粉塵層中的電場強度大于其臨界值時，就會在粉塵層的空隙間產(chǎn)生局部擊穿，產(chǎn)生與電暈極極性相反的正離子，并向電暈極運動，中和電暈極帶負電的粒子。其表現(xiàn)為電流增大，電壓降低，粉塵二次飛揚嚴重，使得收塵性能顯著惡化。

b. 脈沖電源有效抑制反電暈：電除塵器是一個等效電容體，整流變壓器是個電感元件，當運行電壓提高到一定程度時，運行電流將非線性地迅速增加，電流大幅度增加，抑制了運行電壓的提高。機頭除塵器后電場普遍反電暈嚴重，大量自由電子來不及使粉塵荷電，就和反電暈產(chǎn)生的正離子中和，以光能或熱能的形式被消耗掉，表現(xiàn)為二次電流急劇加大，二次電壓反而降低等情況。減少反電暈的有效辦法就是減少電暈電流，降低收塵極吸附的粉塵層積聚的電荷。針對高比電阻粉塵，脈沖高壓電源正好能有效地抑制反電暈的產(chǎn)生：

基準高壓供電單元給電場提供基準起暈電壓，確保電場工作在臨界無火花狀態(tài)，一是確保氣體電離，產(chǎn)生大量的電子，保證粉塵充分荷電，另一是確?；A(chǔ)電壓控制在反電暈起點之前，避免由于深度反電暈，造成電流急劇加大，電壓下降情況發(fā)生；粒子在電場中的荷電以電子的電場荷電和動能擴散荷電為主，在有效基礎(chǔ)電壓基礎(chǔ)上疊加脈沖電壓，實現(xiàn)階躍脈沖供電。高壓脈沖前沿，提升電場的峰值電壓，產(chǎn)生瞬間高強電場，既激發(fā)出了大量的自由電子，又加快電子運動速率，增加了粒子的電子荷電量，充分發(fā)揮高電場下作用下粒子對電子快速核電的特點。實驗表明，在高強電場中粒子對電子的荷電量，比對離子的荷電量要高出50%以上，這樣就可有效抑制反電暈造成的大電流；基準電壓+脈沖高壓疊加，既能維持電場的電暈電壓（即保證了荷電粉塵的驅(qū)進速度），又降低了陽極板粉塵層的表面電位，最大程度地遏制了反電暈現(xiàn)象的發(fā)生，大大提升了電除塵器對高比電阻粉塵、高濃度粉塵等復(fù)雜工況的適應(yīng)能力；在滿足粉塵排放標準的前提下，可通過階躍脈沖供電波形的調(diào)整，實現(xiàn)節(jié)能控制。

3.4 電源組合技術(shù)優(yōu)劣性分析

高頻電源+脈沖電源組合技術(shù)，主要是針對機頭電除塵器處理煙氣工況變化大，粉塵比電阻高等復(fù)雜特性進行配置，應(yīng)該說，在目前電除塵器電源配置上屬豪華配置，主要優(yōu)劣性如下：

（1）優(yōu)點。a.工況適應(yīng)性好；b.節(jié)能效果好；c.提效明顯；d.相對本體改造，改造成本低，時間短，改造方便。

（2）劣勢。a.相對普通工頻電源，電氣控制方面投資成本增加；b.備品通用性差；c.設(shè)備維保人才要求提高。

4 結(jié)束語

隨著國家環(huán)保新規(guī)定的出臺，顆粒物排放限值指標更加嚴格，大部分原有的機頭電除塵器需進行提效改造。在改造方案選擇上，大部分廠家采用除塵器本體加大、加高以及加長等方式進行改造，可以在一定程度上實現(xiàn)提高除塵效率的目的，但是由于受到場地的限制以及投資大等因素影響，很難得以實現(xiàn)。文章所述組合高壓供電電源技術(shù)改造，工期短、成效快，能有效提高除塵效率，確保環(huán)保排放要求的同時又實現(xiàn)節(jié)能降耗目的，貼近國家現(xiàn)有“節(jié)能降耗、綠色環(huán)?！敝黝}的要求，意義深遠。特別對一些除塵效率尚可，排放接近達標的除塵器，采取組合高壓供電技術(shù)改造，配合原有電除塵器本體恢復(fù)性大修，完全可以滿足環(huán)保排放要求，應(yīng)該是目前機頭電除塵器改造最經(jīng)濟、最可靠、最便捷的改造方式。

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