冶金除尘工艺（七）湿电除尘

冶金除尘工艺（七）湿电除尘

钢铁企业常见的除尘工艺包括布袋除尘、滤筒除尘、塑烧板除尘、重力除尘、湿法除尘、静电除尘（含湿电除尘）、多管除尘等。

本文主要介绍静电除尘中的湿式静电除尘器（Wet Electrostatic Precipitator /WESP）。

 

 

1、工作原理

静电除尘的工作原理是利用高压电场使气体电离粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力作用下吸附到收尘极之后通过振打或其他方式从收尘极分离实现烟气净化的目的。

 

湿电除尘的工作原理与干式静电除尘类似，主要区别在于其采用间断或连续喷淋液体（通常是水）来冲洗电极以去除吸附在电极上的粉尘等污染物从而达到连续高效除尘的目的。

2、放电极放电

静电除尘器工作过程中异极之间放电根据强度不同分为电晕放电、闪络放电、电弧放电三种。

电晕放电是当电压梯度超过某一临界值，放电电极附近出现一圈蓝色光环成为电晕，电晕放电是除尘器正常工作状态的放电现象。

闪络放电也称为火花放电，是比电晕放电更激烈的放电现象，极板之间的直流电压高于闪络放电临界电压时空气会被局部击穿形成放电通道造成闪络，相当于短路，此时电流快速上升电压快速下降，偶尔的闪络影响不大但频繁闪络会降低除尘效率，因此需监测闪络放电保证除尘效率。

电弧放电是闪络放电频繁发生时电源保持供电，极板之间的空气被完全击穿形成放电通道，此时电流很大除尘器基本失去除尘功能，若不及时关闭电源会损坏变压器并烧坏电极需要避免。

 

3、设计参数

1）处理风量：一般指进入除尘器内部的含尘烟气工况流量，用Q表示，单位：m³/h。

2）烟气流速：等于进入电除尘器的烟气量与流通截面积之比，该参数的选择直接关系到除尘器的除尘效率及阻损，随着超低排放政策要求的提高，目前新建静电除尘器（湿式）中烟气流速一般V≤1.5m/s（板式）/3.0m/s（管式）。

3）本体漏风率：是评价除尘设备结构严密性的重要指标，一般通过风量平衡法或碳平衡法进行测定，一般要求≤2%。

4）本体阻力：表征系统能耗大小的技术指标，不同工况对本体阻力的要求不同。

5）耐压等级：与选用的引风机风压匹配。

6）比集尘面积：指静电除尘器中集尘极的总面积与处理烟气流量的比值，通常用符号A/Q表示，单位为m²/(m³/s)。

7）除尘效率：指除尘设备从含尘气体中去除粉尘的能力，一般用含尘气流通过除尘设备时所收集的粉尘含量占进入除尘设备粉尘总量的百分比表示，目前新建的静电除尘器除尘效率一般η≥99.5%。

影响除尘效率的因素包括：烟气温度、烟气湿度、含尘浓度、颗粒直径、电极形式及电晕极电压等。这些因素相互影响相互制约。

4、除尘器分类

1）按照气体在电除尘器内的运动方向可将静电除尘器分为立式静电除尘器和卧式静电除尘器。

其中立式静电除尘器中气体在电除尘器内自下而上，适用于气体流量小、收尘效率要求不高及粉尘性质易于捕集和安装场地较狭窄的情况。

 

其中卧式静电除尘器中气体在电除尘器内沿水平方向运动，是目前最主流的除尘器布置形式。

 

2）按照按照收尘极形式不同分为板式静电除尘器和管式静电除尘器。

 

相同的集尘面积条件下管式静电除尘器内的烟气流速是板式的2倍，因此在相同除尘效率的前提下管式除尘器的占地面积远小于板式除尘器，一般用于湿式脱硫塔的上部。

其中管式静电除尘器收尘极由一根或一组呈圆形、六角形或方形的管子组成，截面是圆形或星形的电晕线安装在管子中心，管式收尘极只能立式安装，只适用于湿式清灰及小气体量净化。

 

管式除尘器以圆管状和蜂窝状最常见。管式湿电除尘器烟气只能垂直流动，板式湿电除尘器中的烟气既可以水平流动也可以垂直流动。

5、系统组成

湿式静电除尘系统主要由除尘器壳体、气流均布板、阳极系统、阴极系统、保温箱、电源系统、喷淋及水处理系统、自控系统、动力系统等。

1）除尘器壳体：除尘器壳体作为除尘器的基础框架用于安装和固定除尘器内部的所有部件，根据工况不同一般将壳体设计呈圆柱形或方形，其中圆柱形壳体结构相比较而言更耐压，适用于转炉一次除尘等系统负压较高的场合。

为了避免壳体热膨胀产生非规则载荷，在壳体立柱和钢支架之间配置支承轴承，这种支承轴承滑动面采用磨擦系数极小的材料制成，下部有球面接触，可以沿任何水平方向滑动和旋转而不产生较大的载荷。  

 

2）气流均布板：一般布置在除尘器进口，常见的有多孔板、百叶窗、槽形板等形式，开孔率一般在25-50%。

 

3）阳极系统：

按材质分为金属收尘极、柔性收尘极、导电玻璃钢收尘集三大类。按结构形式分为管式和板式两大类。

其中导电玻璃钢是一种以树脂为基体碳纤维和玻璃纤维为增强材料通过成型工艺制成的高导复合材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特性，材质本身具有很强的疏水性有利于形成水膜高效清灰。

 

 

 

其中管式除尘器集尘极由一根或一组呈圆形、六角形或方形的管子组成，管子直径一般为200～300mm，长度3～5m。截面是圆形或星形的电晕线安装在管子中心，但只能立式安装，只适用于湿式清灰及小气体量净化。

 

其中板式除尘器一般由不同几何外形的金属板制作而成，常见形式有C型板、网电极板、S型板、H型板等异形收尘极板。为了减少粉尘的二次飞扬和增强极板的刚度，极板一般要扎制成各种不同的断面形。

 

4）阴极系统：一般由不同断面外形的金属导线制成，包括阴极框架、阴极吊挂、阴极振打砧等，常见形式有芒刺线、星型线、十字针刺线等。良好的放电极应当具备操作电压区间大、击穿电压高、放电强度高等优点。为保证除尘性能和耐腐蚀性能，一般为耐高温的合金钢或不锈钢材质。

 

阴极系统是产生电晕、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，直接关系着除尘效率。安装时要保证严格的极间距，保证整个电晕极系统与电除尘器其它部件良好的绝缘性能和足够的放电距离。

 

5）保温箱：阴极系统支承绝缘子或绝缘轴的周围若温度过低，其表面容易结露，当除尘器工作时，可能沿绝缘子或绝缘轴表面产生爬电或沿面放电，使工作电压无法上升，为了预防阴极系统中支撑绝缘子周围的温度过低出现结露的情况而产生漏电现象单独加装加热器与保温箱，设恒温控制器，一般将温度保持在80-120℃。

 

6）电源系统：含电源、隔离开关柜、阻尼电阻等。

常用电源装置有5种：

单相电源：单向可控硅向调压方式：技术成熟、控制精度较高、操作简单、对电网干扰大、功率因数低、除尘效率低、动态响应差。

三相电源：功率因数提高、除尘效率提高、动态响应差。

高频电源：控制灵活、成本低、占地面积小、电场击穿后恢复快速。

柔性电源：成本高、能量密度高、使用寿命长、能耗低、适用于高比电阻粉尘工况。

脉冲电源：提高电晕电流的同时不易发生闪络、除尘效率高。

7）喷淋及水处理系统：

一般包括喷嘴、管道、阀门、循环水池等，用于冲洗阴阳极并实现水量循环水用。

 

8）自控系统

含压力变送器、温度变送器、除尘器压差测量仪表、上位机等，主要用来监测除尘器的工作参数并实现除尘器各电控设备的远程和就地操作。

9）动力系统

包括除尘器配套的风机、电机、变频器等。

6、能源介质：

1）电：主要为系统用电设备供电，电压10KV/380V；

2）气：湿电除尘系统一般不需要用气，个别案例会用气来搅拌沉淀池或者部分气动控制阀门用气，压力一般为0.5-0.6MPa；

3）水：主要为系统循环水补水及风机轴承箱冷却用水，其中系统补水对水压和水温一般无要求，用量根据具体工况选择合适的补水量；风机轴承箱冷却用水压力0.2-0.3MPa，水温≤30℃，用量约2-3m³/h。

7、优缺点

1）优点：能处理高湿度、有黏性、高腐蚀性、亚微米粒径粉尘、有重金属及二噁英等成分的烟气；且粉尘清理过程中无二次扬尘、排放口排放稳定；除尘效率高（＞99%）；系统阻力小（＜500Pa）等。

2）缺点：阴阳极板需考虑防腐成本高、一次投资及运行费用高、含尘污水需专门处理、存在水污染风险等。

 

8、投资费用

一般可按照25万元/万风量估算做参考，上述价格一般含收尘罩、收尘管道、土建基础、除尘器本体、动力系统等全套设备。

9、应用场合

常应用在净化高温高湿烟气场合，如转炉一次除尘（湿法）、脱硫除尘、部分湿法除尘应用场合（如烧结混料机除尘、轧机除尘、钢渣处理除尘）等。

 

10、总结

钢铁企业全流程不同生产工序产生的含尘烟气具有不同的粉尘特性，需根据烟气参数如烟气温度、烟气湿度、粉尘性质、粉尘浓度、投资性价比等因素综合考虑选择合适的除尘工艺。