氮肥廠吹風氣余熱回收系統靜電除塵器的設計與應用

丁健生，王 濤，王翼鵬，顏玲芳，李 懿

（1.宇星科技發展（深圳）有限公司，廣東 深圳 518057；2.深圳市環境監測工程技術研發中心，廣東 深圳 518057；

現代社會工業生產所排放的煙塵嚴重污染了大氣，并影響著人類的健康，為了保護生態環境和保障人們身體健康，各種除塵設備廣泛應用于各種領域。本文將以吹風氣余熱回收系統靜電除塵器的設計與應用情況進行分析和探討。

1 吹風氣回收工藝流程

企業在生產過程中為合理利用資源，節能降耗，會采用吹風氣余熱回收系統（見圖1）。在實際工作中，吹風氣與合成的馳放氣混合在燃燒爐內高溫燃燒，通過余熱鍋爐回收副產蒸氣，這種情況下就可以取消煤粉鍋爐，實現造氣蒸汽自給，煙氣經過高效靜電除塵裝置處理達標后可進行排放。

圖1 吹風氣余熱回收系統工藝流程示意圖

考慮吹風氣余熱資源的特殊性，在蒸汽過熱器前設置水冷段，可對脈沖吹風氣燃燒所產生的不穩定煙氣起到均流作用。同時隔斷燃燒爐的輻射熱，防止過熱器局部超溫，對蒸汽過熱器起到良好的保護作用。尾部設置二級空預器，進一步降低排煙溫度，同時提高送入燃燒爐的熱空氣溫度，有助于吹風氣燃盡[1]。

2 吹風氣煙氣特點

造氣爐生產半水煤氣分為制氣和吹風兩個過程，且每臺造氣爐，吹風氣產生的過程是不連續的，呈脈沖狀，其主要成分是CO2、N2、CO及煙塵等。余熱回收系統排出的煙氣具有氣流氣壓不穩定、煙溫偏高、煙塵濃度低、粒度細、含水蒸氣[2]等特點。

3 吹風氣設計思路

3.1 煙氣量

造氣爐制氣過程一般為周期性連續循環作業，吹風氣是間斷產生的，而氣源具有脈動性，其頻率取決于循環周期和投運的造氣爐臺數，所以產生的煙氣量也具有脈沖性。相關人員在設計時要考慮平均煙氣量和最大煙氣量，并且要按照排放要求進行設計。同時還應注意，煙氣溫度對煙氣量的影響大，需要考慮煙氣溫度的上下限值。

3.2 煙氣流速

煙氣經過除塵器、粉塵荷電后被除去。煙氣在除塵器中的停留時間影響著處理效率，其流速比一般煤粉爐除塵器的煙氣流速低，所以能保證有效的收塵面積。相關人員在設計時需要考慮提高煙氣的處理效率，降低煙塵對極板、極線的磨損沖刷，以延長電除塵器內部構件的使用壽命。

3.3 極配型式

相關人員在設計中，要考慮針對煙氣及粉塵的特點，采取合理的極配形式。極線采用魚骨針刺線，極板采用材質為SPCC陽極板。魚骨針刺線的特點是在電場內通上高壓直流電后，在針尖處能產生強烈的電暈放電，強烈的離子流能避免出現電暈閉塞，同時針尖處產生的電風能促進帶電的粉塵向收塵極移動。同時，采用特有的一塊極板對兩根陰極線配置，使電場強度分布均勻、消除電場死區，提高收塵效率。

3.4 絕緣件

燃燒爐原料氣中含有H2和CH4等可燃物質，燃燒產物是水。當造氣爐爐況不好時，水蒸氣就不會完全反應，會被大量帶入吹風氣中，經過余熱回收系統進入除塵器。因此，對除塵器絕緣部分要求較高，需要采用特殊材質絕緣件。同時，電氣設備需進行限壓、限流雙重限制。

3.5 輸灰系統

輸灰系統結合煙氣特點及灰分的性質，除塵輸灰系統可采用氣力輸灰。輸送系統相對封閉，以保證輸送質量和減少粉塵飛揚，有效改善現場的工況。輸灰系統易實現自動化，實現遠距離操作，由此可降低包裝和裝卸運輸費用。

4 除塵器結構設計

4.1 殼體設計

除塵器的殼體采用桁架結構技術，確保結構中各梁、柱、板受力合理，以保證除塵器的整體強度。除塵器的殼體立柱采取矩形方管，通過側板連接組成寬立柱，起主要的支撐作用。鋼板的外側設置需要加強角鋼，保證鋼板受力。立柱端部固定于柱腳支座上，并設置滑板來抵消因溫度產生的形變。除塵器的殼體內部斷面設置內撐、拉筋，保證余熱回收系統系統的剛度。中間預留走道，方便停機檢修。

4.2 進口喇叭設計

除塵器的進口喇叭與管道連接處尺寸設計為2 000 mm×2 000 mm，在進口喇叭內部設置雙層氣流分布板，其采用耐磨材料，保證氣流分布的均勻性，使煙氣能夠平穩進入電場中。在進口喇叭內部斷面處合理設置管撐，保證其強度，并采取防積灰措施防止粉塵沉積。

4.3 出口喇叭設計

除塵器的出口喇叭長度要適當縮短，還要在出口喇叭中加裝迷宮型槽形板，這樣設計是為了防止有逃逸的粉塵，以便提高收塵效率。并且，出口喇叭與管道連接處尺寸設計應也為2 000 mm×2 000 mm，這樣設計是為了方便系統管道的對接。

4.4 灰斗設計

除塵器的灰斗采取小錐形灰斗，每個電場配置一個灰斗。灰斗溜灰角設置為60°，四周設置不銹鋼導灰板，保證灰分的下料；灰斗外壁采用蒸汽盤管加熱，利用廠區低壓蒸汽源，輔助灰斗加熱，保證灰分的干燥、流動性；灰斗中間設置阻流板，防止煙氣形成渦流，引起二次飛揚；灰斗壁設置兩臺倉壁震動器，在出現堵灰情況的時候開啟倉壁震動器，通過震動使灰分順利卸料；灰斗中部設置人孔門及手動振打砧，在出現緊急、嚴重堵灰情況下，開啟人孔進行捅灰、利用手動振打砧敲打排灰。為了保證系統的氣密性，出灰口尺寸設計400 mm×400 mm。

5 工程實例

5.1 項目背景

以湖北某大型化工企業氮肥廠碳銨改尿素技改項目為例。企業原有8臺造氣爐，原吹風氣尾氣處理采用水膜除塵，由于水膜除塵用水量大，容易造成二次污染，對粒度太細的粉塵除塵效果不佳，無法滿足新的排放要求。通過細致考察和反復論證，最終選擇靜電除塵設備。

5.2 設計參數

（1）吹風氣回收裝置平均煙氣流量：98 000 Nm3/h；最大煙氣流量：105 000 Nm3/h；（2）除塵器入口煙氣溫度（正常運行）：130-180 ℃；（3）煙氣成分：SO2含量：≤400 mg/ Nm3，CO%≤0.2%，O2：2%-5%；（4）除塵器入口含塵量：6-8 g/ Nm3；（5）除塵器出口含塵量：≤100 mg/Nm3；（6）本體漏風率：＜3%；（7）除塵器支撐方式：混凝土支架。

5.3 主要工藝指標

6 結論

吹風氣余熱回收系統回收煙氣具有高溫、低塵等特點，如選用旋風或水墨除塵方式就無法達到新的環保要求，滿足用戶需求。如選用靜電除塵器，因其采用絕緣子室恒溫控制、極配形式、特殊電控等技術措施，保證了除塵器的高效穩定運行，并滿足新的排放標準，會更有效解決吹風氣余熱回收系統煙氣處理的問題。