柔性极板湿式电除尘技术在烧结机烟气治理中的应用

摘要：目前烧结烟气治理主要采用多管除尘器、静电除尘器加湿法脱硫的形式，达到新的环保要求具有较大难度，柔性极板湿式电除尘器应用于烧结机烟气湿法脱硫之后的深度处理，可以使烟尘排放浓度远低于排放限制的要求。本文对其实际应用情况进行了介绍和分析，通过使用结果证明，此技术在烧结机烟气治理中具有良好的适用性。


关键词：柔性极板；湿式电除尘器；烧结机烟气

钢铁工业长期在我国国民经济中处于基础性地位，具有高能耗和高污染的特点。钢铁生产包括焦化、烧结、炼钢等工序，其中烧结工序是污染物控制的重点之一，烧结烟气粉尘污染的治理已经我国各大钢铁企业减排的重要课题[1]。

随着我国环保压力的加大，新建烧结机的烟尘排放浓度要求达到30mg/Nm3，特别排放限值区域甚至高达20mg/Nm3[2]。目前烧结烟气治理主要采用多管除尘器、静电除尘器加湿法脱硫的形式，达到如此之高的排放要求难度很大，需要设置新的环保设施，湿式电除尘器成为解决此问题的适用技术之一。

1湿式电除尘器技术介绍

湿式电除尘器最早在1907年开始应用于硫酸和冶金工业生产中，除去烟气中微细粉尘和酸雾等污染物。由于湿式电除尘器是控制燃煤烟气PM2.5非常有效的设备，在发达国家的电力等工程领域得到了广泛应用。据不完全统计，已有50余套不同类型的湿式电除尘器应用于美国、欧洲及日本的电厂，主要作为大气复合污染物控制系统的最终处理装备，用于去除湿法脱硫无法收集的酸雾、控制PM2.5微细颗粒物及解决烟气排放浊度问题。

1.1湿式电除尘器的工作原理

湿式电除尘器工作原理与传统电除尘器相似，依靠的都是静电力，所不同的是工作环境为一“湿”一“干”，湿式静电除尘器装置处理的是脱硫后的湿烟气，布置在除尘脱硫系统的尾部，作为除尘脱硫系统中烟囱排放之前的最后一道屏障，在保证烟尘达标、解决“石膏雨”等诸多方面具有重要的作用。

湿式静电除尘器装置主要由阴极、阳极和电源等组成。其工作原理为：在装置的阳极和阴极线之间施加数万伏直流高压电，在强电场的作用下，电晕线周围产生电晕层，电晕层中的空气发生雪崩式电离，从而产生大量的负离子和少量的阳离子。

随饱和湿烟气进入装置内的尘（雾）粒子与这些正、负离子相碰撞而荷电，荷电后的尘（雾）粒子由于受到高压静电场库仑力的作用，向阳极运动；到达阳极后，将其所带的电荷释放掉，尘（雾）粒子就被阳极所收集，进而通过水冲刷的方式将其清除。

1.2湿式电除尘器的分类

目前，国内湿式静电除尘器按照阳极板的材质进行分类，有三个不同的技术流派：一是金属极板的湿式电除尘技术；二是柔性极板湿式电除尘技术；三是导电玻璃钢极板湿式电除尘技术。

1.2.1金属阳极

采用不锈钢板为阳极收尘，布置形式为卧式，烟气流为水平进水平出，结构形式类似于干式静电除尘器。由于极板材质采用316L，不具备很好的防腐性能。主要依靠极板上的一层均匀的水膜以避免极板受到烟气的腐蚀，水膜一旦出现破损，阳极板将很快腐蚀，因此，运行中需要不断的补水，增加了耗水量，为了中和冲洗水酸性，还需加碱，喷淋水循环系统较为复杂。

1.2.2导电玻璃钢阳极

采用导电玻璃钢为阳极收尘，导电玻璃钢为整体式模块化布置，可以蜂窝状形式或板式形式。装置以立式布置为主，可实现卧式布置；阳极板可实现整体模块化，阳极组件采用工厂成型，但模块较大，安装之后无法进行单管更换；技术设备内部设置1～2套冲洗管网，阳极长度6米时一般设置上下2套冲洗系统，但仍无法做到单管单冲，长期运行结垢风险较大。

1.2.3柔性纤维织物阳极

采用柔性纤维织物为阳极收尘，柔性纤维织物通过张紧装置固定，形成蜂窝状。装置为立式布置，烟气可实现上进下出或下进上出。被浸湿的纤维极板有了导电性，可用来来收集烟气中的雾滴，其所使用的柔性纤维织物耐腐蚀性高，纤维织物自身防腐，无需额外防腐措施；由于柔性电极的毛细作用，被收集下来的水雾可在集尘极表面形成一层均匀连续的水膜，依靠收集液完成自身的冲洗清灰，只需定期冲洗提高表面洁净度，能够实现运行中的近零水耗。

1.2.4各种极板湿式电除尘器技术对比

根据目前三种形式极版的湿式电除尘器的技术路线和使用情况对比，柔性极板具有独到的技术优势，正得到越来越广泛的实际应用。

2柔性极板湿式电除尘器用于烧结机烟气治理的适用性

烧结机烟气普遍具有以下特征：（1）平均烟气温度80～120℃，波动范围较大。（2）烟气湿度小，含水率约3%～5%。（3）粉尘含铁量和烧结矿的含铁量相近，Fe在50%以上，CaO占10%左右、SiO2在10%以下，其余为少量MgO等。（4）粉尘比电阻109～1012Ω˙cm[3]。

烧结机烟尘粉尘粒径较小，本身不易被捕集[4]，目前烧结机烟气治理已基本进行了预除尘和脱硫处理，粉尘浓度普遍降到100mg/Nm3以下，但是由于剩余粉尘中微细粉尘含量大，且烟气温度降为50～60℃，湿度大为增加，因而继续降低粉尘排放浓度的技术选择有限。

湿式电除尘器用于湿法脱硫装置之后，适合于对烧结机烟气进行深度处理，使烟尘进一步达标排放。湿式电除尘器对烟气波动的适应性较好，不受粉尘比电阻变化的影响，对PM10、PM2.5等微细粉尘的捕集能力很强，也能同步解决对脱硫造成的石膏雨携带等问题。柔性极板湿式电除尘器更是在系统的安装、运行的方便性和可靠性，容易检修以及经济性等多方面具有优势，是彻底解决烧结机烟尘问题的最优技术之一。

3工程实例

山东某钢铁公司现有一台96m2烧结机和一台120m2烧结机，前期已建设了多管除尘器加石灰石—石膏湿法脱硫的环保设施，为了满足新的环保要求，烟尘排放浓度需要达到20mg/Nm3的低值，因此必须对现有的环保设施进行升级改造，该公司经过调研对比，决定采用柔性极板湿式电除尘器对烟尘进行深度治理。

3.1设计参数及环保指标

本工程实例在设计中充分考虑了烧结机组的特点、烟气及烟尘的特性以及要求達到的排放指标，对工艺参数进行了经济合理的选择。

3.2系统设置及设备布置

3.2.1湿除系统设置

柔性极板湿式电除尘器主要包括壳体、阳极及阴极、冲洗系统、收集液的排放系统以及其他辅助系统等组成。壳体充分考虑了内部气流均布的要求，在进、出气口等需要位置设置了导流板、整流格栅等布气措施，防止因为气流偏流造成整体除尘效率的降低。阳极装置包括沉淀极和支撑梁，沉淀极采用柔性纤维织物，具有抗腐蚀性能好、质量轻、在线连续工作等特点。

正常运行时，柔性阳极表面形成一层连续水膜，收集下来的烟尘、石膏液滴等随水膜重力自流至下部，实现在线清灰。阴极装置包括阴极线、上下部吊挂装置、绝缘装置。阴极线采用合金钢，耐腐蚀，广泛适用于饱和湿烟气环境。阴极线固定于上下框架上，框架通过绝缘装置支撑。

装置装置内设两层冲洗管网：阴极冲洗管网和阳极冲洗管网。阴极冲洗管网主要进行开机前冲洗以及关机后冲洗，正常运行水耗几乎为零。阳极冲洗管网与阳极支撑框架合为一体使用，主要考虑保护阳极，具备连续在线冲洗功能，正常运行时无需开启。因系统的冲洗水耗量极小，所以冲洗水无需设置专门的供水系统，而是从脱硫系统的除雾器冲洗水管网直接接引，其供水量、水压均满足要求。

系统的收集液主要来自于阳极，呈酸性，量小，此部分液体可以直接并入脱硫浆液，参与脱硫系统的循环，不会对脱硫效率产生任何影响，不会破坏脱硫系统的水平衡。

3.2.2湿除系统设备布置

根据项目现场的实际场地情况，系统的布置灵活设计。#1机组湿式电除尘器布置在#1脱硫塔的顶部出口（机械除雾器的上部），因为脱硫塔及塔基础设计余量不足以支撑湿除，所以另起框架对湿式静电除尘器进行支撑，烟气经湿除后通过湿除顶部直排烟囱排放；#2机组湿式静电除尘器单独布置，采用烟气下进上出的形式，烟气从脱硫塔顶帽水平排出后进入湿除入口，除尘后通过湿除顶部直排烟囱排放。

3.3设备运行效果及分析

本工程项目2015年2月份签订合同，2015年6月份工程竣工，投入运行，工程历时4个个月。工程竣工之后，建设单位联合总包单对工程进行了性能验收，之后，当地环保局环境监测站又对项目进行了环保验收，经过测试，湿除出口的烟尘平均排放浓度为16mg/Nm3，且运行稳定，完全符合并高于《GB28662-2012钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》中最为严格的烟尘排放要求。

可以看出，经过柔性极板湿式电除尘器对烧结机烟气的深度处理之后，烟尘排放浓度稳定小于20mg/Nm3，说明本次对烟尘处理的升级改造十分成功。而且，整套系统的电耗处于较低水平，水耗极低，运行费用大大低于其他类似除尘装置。

经过3个多月的运行检查发现，设备内部极板和极线干净光洁，没有出现结垢难以冲洗的现象，在极低水耗的条件下达到如此好的冲洗效果，进一步证明了柔性级湿式电除尘器极板水膜自清灰的优良特性。

4结语

（1）柔性级湿式电除尘器应用于钢铁厂烧结机烟气的深度处理，应用于湿法脱硫之后，能有效的降低烟尘的排放浓度。同时，相对于采用其他形式极板的湿除设备，具有不易结垢、无废水处理问题、电耗水耗小、运行费用低等优势，是彻底解决烧结机烟尘问题的最优技术之一。

（2）山东某钢铁公司两台烧结机组在应用柔性极板湿式电除尘器之后，烟尘排放浓度降低到16mg/Nm3，低于排放标准。设备运行稳定可靠，维护量小，运行3个月余经检查，内部件干净光洁，期间未发生故障。工程实例说明，柔性极板湿式电除尘器应用于烧结机烟尘治理的良好适用性。

参考文献：

[1]康凌晨，张垒，张大华，等.烧结机头电除尘灰的处理与利用[J].工业安全与环保，2015（3），41-43.

[2]GB28662-2012，钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准[S].

[3]李兴义，卢静，等.烧结机尾除尘改造[J].山东冶金，2011（6），54-55，60.

[4]黄星.浅谈影响烧结机头电除尘器效率的主要因素[J].中国环保产业，2012（6），49-52.