聲波清灰在燒結機頭電除塵器上增效改造研究應用

鐘國堅

（閩西職業技術學院　機械工程系，福建龍巖364021）

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聲波清灰在燒結機頭電除塵器上增效改造研究應用

鐘國堅

（閩西職業技術學院機械工程系，福建龍巖364021）

摘要：主要解決340 m2燒結機頭電除塵器陽極下部側部振打、陰極頂部電磁錘振打清灰力不足影響除塵效率的問題，通過采用電除塵末電場聲波清灰技術作為輔助手段進行技術改造，實現了煙囪排放濃度≤80 mg/Nm3的預定目標。

關鍵詞：電除塵器；聲波清灰；電磁錘振打；機械振打

新興鑄管新疆有限公司和靜工業園年產3 000 000 t特鋼項目是新興際華集團“十二五”冶金板塊重點項目。公司長期遇見340 m2燒結機頭電除塵器陽極下部側部振打、陰極頂部電磁錘振打清灰力不足的問題。基于新興鑄管新疆有限公司的委托，閩西職業技術學院與龍巖市五環環保設備有限公司建立校企合作，通過采用電除塵末電場聲波清灰技術作為輔助手段進行技術改造，實現了煙囪排放濃度≤80 mg/Nm3的預定目標。

由龍巖市五環環保設備有限公司設計、生產、安裝、調試的新興鑄管新疆有限公司180 m2燒結機配套340 m2雙室三電場BCC340-3除塵器，于2011年4月份開始安裝，2011年11月份開始生產運行。BCC340-3電除塵器詳細技術參數見表1。

表1 BCC340-3電除塵器主要技術參數

1 BCC340 -3 電除塵器存在問題概述

自2011年11月份開始生產至2012年3月份，極板極線沒有明顯積灰現象，電場電流、電壓比較穩定，電流、電壓如表二所示。但從2012年4月份開始，隨著燒結產量的提高，燒結機基本滿負荷運行，電除塵器入口濃度的增加，除塵器的電流、電壓呈逐漸下降的趨勢，電流、電壓如表三所示。低壓柜電壓、電流表擺動頻繁，電場閃爍明顯，煙囪時而超標排放，根據廠家自行檢測結果，煙囪排放濃度在200～300 mg/m3，遠大于設計值≤80 mg/Nm3。2012年4月底停機檢查發現，電除塵器第一、第二電場極板上部有少部分積灰，但不明顯，第三電場極板、極線上部積灰嚴重。廠家組織人員用人工方式對電除塵器進行清灰，清灰后前一個月，電除塵器電壓、電流基本恢復到2012年3月份以前的數值，煙囪也能達標排放。到5月底電除塵器電壓、電流又恢復到人工清灰時的值，煙囪無法達標排放，停機檢查后發現三個電場上半部極板有不同程度的積灰，特別是第三電場約8 m以上極板積灰厚度在8 mm以上，且離頂部位置越高，積灰呈越厚趨勢。表2：

表2 2011年11月至2012年3月份電場電流、電壓情況

表3 2012年4月份后電場電流、電壓情況

2 存在的問題原因分析

針對電除塵器出現第三電場電壓、電流小，除塵效果不好，煙囪超標排放，本項目組立即組織技術人員到新興鑄管新疆有限公司燒結廠現場進行調查。發現主要有如下六點原因造成［1］：

（1）燒結工藝變化大，工況不穩定，煙氣溫度波動幅度比較大。

（2）煙塵的比電阻值變化幅度比較大。

（3）煙氣的含水量比較大，平均值達到11.05%。

（4）煙塵細而輕飄，呈絮狀，其中含Na、K的氧化物和氯化物較多，收塵難度比較大，容易排至空中。

（5）燒結機頭電除塵器收回的粉塵重新返回到燒結配料，細而輕的粉塵再次回到電除塵器，不利于電除塵器收塵。

（6）陽極側部振打的特點是單點局部振打，振打力從作用點傳遞到極板附有灰塵的表面上時，沿途衰減較大，其有效傳遞距離短，清灰范圍受到限制。

隨著極板積灰加厚，振打加速度明顯衰減和損耗，振打力很難傳遞到整個極板。由于第三電場粉塵細而粘，粉塵之間附著力強，加速了極板積灰。電場電壓、電流明顯降低，帶電灰塵電荷不易釋放而造成反電暈現象，針對此情況本項目組經過多方考慮及對比各種方案，最終選用石家莊神笛環保科技有限公司的低頻聲波清灰發生器作為電除塵器第三電場的一個提效實驗方案。

3 解決問題的方案

3.1 低頻聲波清灰原理

高強度聲波作用于極線、極板時，可激勵板、線產生和機械振打相同的表面波；當表面波頻率與板固有頻率接近或相同時，會出現諧振或近似諧振現象，此時振動加速度將很大，積灰會自然脫落。由低頻聲波發生器產生高強度低頻聲能，通過與電除塵器外殼相連的聲導管傳輸至電除塵器工作室內，形成聲能量場。在劇烈的大幅震蕩的聲場作用下，極板、極線與積灰層之間將由于粒子震動碰撞而使各種結合力被破壞，灰粒導電性能得到提高，積灰層表面張力被改變；聲波的疲勞效應在短時間內使積灰層龜裂速度加快而變得疏松；極板、極線與積灰層接觸面由于介質密度發生突變，形成駐波波腹（震動位移增大一倍），使積灰層脫落速度加快；高強度的聲波可以改善極線放電特性，提高灰粒子“荷電”速度和效率，延緩極線結瘤；“聲凝聚”可以使灰粒子粒度增大，便于捕集，提高電除塵器收塵效率，從而降低尾塵排放。

3.2 增效改造方案的確定

聲波清灰范圍計算：

計算公式：20Log（清灰范圍rm）=半自由場額定聲壓級Lp-135 dB；

計算結果如下：

200 W、135 dB/125 Hz，清灰半徑r=1 m；

800 W、141 dB/125H，　　清灰半徑r=2 m；10 kW、152 dB/125Hz，　清灰半徑r=7.1 m；（神笛科技公司經驗公式）12.6 kW、153 dB/125Hz，清灰半徑r=8 m；20 kW、155 dB/125Hz，　清灰半徑r=10 m；

（神笛科技公司經驗公式）

注：①是按公示的計量報告數據的計算結果，并不表示該廠家聲波清灰實際范圍；②以上估算數據會由于灰的性質、清灰對象的結構存在偏差；設計安全系數經驗值為：1.2～1.5，即實際清灰范圍按計算值的5/6～2/3進行，較為穩妥；③計算結果會由于安裝位置發生變化。

根據計算結果，選用DSQ-22型低頻聲波發生器，可滿足清灰要求；

本方案選用的DSQ-22型低頻聲波發生器額定技術參數如表4：

表4 DSQ-22型低頻聲波發生器額定技術參數

選用SPK-1-Ⅱ2調頻控制柜（340 m2電除塵器），實現全自動程序控制；

工作環境：室內，無腐蝕性氣體和可燃氣體；

工作溫度：-10～50℃；

電源：～220 V 50 Hz；

外型尺寸：600×600×1800；

聲波導管：選用SGW1碳鋼聲波導管；

4 增效改造效果

聲波清灰器投入運行后，第三電場電壓、電流穩定，波動明顯減少，電壓、電流平均值較安裝前均有不同程度提高，除塵效率明顯改善，電流電壓見表5所示。

表5 聲波清灰器投入運行后電流電壓情況

在新興鑄管新疆有限公司安環處環保監測中，機頭電除塵器出口濃度較改造前有明顯降低，平均排放濃度在65 mg/m3左右，低于設計值≤80 mg/Nm3。通過改造前后對比總結如下［2］：

（1）聲波清灰器可以有效解決電場上部積灰，彌補機械振打力衰減導致電場上部清灰效果差的問題，改善了電場陰極線放電效果，達到了最初的目的。聲波清灰不能完全取代傳統機械振打和電磁振打，只能對傳統振打技術起到輔助作用。

（2）聲波清灰器裝在末電場，在工作時會導致電除塵器二次揚塵，聲波清灰的周期設定不能太短。

（3）聲波清灰器在工作時整臺電除塵器會發生震動，發出的躁聲較大，造成聲音污染。

（4）340 m2電除塵器末電場頂部安裝2臺聲波清灰略顯不足，可考慮在在每室每個電場頂部各安裝一臺。

（5）在聲波清灰器振打時間的設定上還需要進一步摸索，對于不同類型的除塵器結構和粉塵特性，聲波清灰的時間、周期設定都不同，需要更進一步，更為嚴謹的科學試驗。

本項目組對新興鑄管新疆有限公司燒結廠340 m2燒結機機頭電除塵器末電場清灰系統的增效改造，一方面為新興鑄管新疆有限公司電除塵器的使用維護提供了新的技術方案，另一方面也證明在電除塵器安裝聲波清灰器可有效彌補機械振打及電磁振打裝置振打力不足的缺陷，而且能有效清除極板、極線積灰，改善電場內的工作條件，對于收集特殊性質的粉塵起到了很大的作用。采用聲波清灰器輔助清灰，可以解決電除塵極板、極線積灰問題，提高除塵效率，給電除塵器的維護和日常管理帶來極大的方便［2］。聲波清灰器也有一定的缺陷，不能完全替代機械振打及電磁振打裝置，如何解決聲音污染、二次揚塵是個急需解決的問題。

參考文獻：

［1］楊軍.菜鋼105 m2燒結機頭電除塵器提效改造的研究與實踐［A］；中國金屬學會2009年燒結工序節能減排技術研討會論文集［C］；2009.

［2］陳家強.燒結機頭電除塵器清灰系統的增效改造［J］.燒結球團，2009（1）∶55-56.

［3］唐國山.工業電除塵器應用技術［M］.北京∶化學工業出版社，2006.

［4］陳茂梅.聲波清灰技術在工業生產中的應用［A］；第九屆全國電除塵/第一屆脫硫學術會議論文集［C］；2001.

［5］胡彥濤，陳三鳳.聲波清灰器在燒結機頭電除塵器中的應用［J］.燒結球團，2006（1）∶52-54.

［6］王岳，高寶桐.聲波清灰器在燃煤電廠電除塵器中的應用［J］.華北電力技術，2008（4）∶12-15.

（責任編輯：葉麗娜）

Sonic Soot Cleaning Head Electrical Precipitator in Sintering Efficiency Modification Research and Application

ZHONG Guojian

（Department of MechanicaL Engineering，Minxi VocationaL and TechnicaL CoLLege，Longyan，Fujian，364021）

Abstract:This articLe is the resuLt of minxi vocationaL and technicaL coLLege and Longyan city rings environmentaL protection equipment co.，LTD.，university-enterprise cooperation projects，the service object is the emerging casting pipe co.，LTD.，sintering pLant in xinjiang. This research mainLy soLve the 340 m2sintering machine head anode Lower LateraL osciLLation，the cathode eLectric fiLter at the top of the eLectromagnetic hammer vibrating dust，probLems that infLuence efficiency of dust removaL by the end of the eLectric fieLd as the sound wave sootbLower auxiLiary means of technicaL renovation，impLements the chimney emission concentration of 80 mg/Nm3or Less intended target.

Key words:eLectric dust coLLector；sonic soot cLeaning；eLectromagnetic vibration hammer to pLay；mechanicaL vibration

中圖分類號：TB499

文獻標識碼：A

文章編號：1674-2109（2016）03-0072-04

收稿日期：2015-10-06

基金項目：福建省教育廳科學技術研究計劃項目（JA15727）。

作者簡介：鐘國堅（1982-），男，漢族，講師，主要從事機械教學與研究。