烧结机头电除尘节能提效措施的应用
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摘要节能减排是钢铁行业的一项难点工作，为适应当前的环保要求，烧结机头除尘器大部分采用四电场及以上形式，电除尘的工作主要依靠高压供电使气固分离，因此是钢厂的耗能大户，本文在简要分析电除尘器节能提效潜力的基础上，采用更换高频高压设备、改造振打传动箱形式、优化振打工作方式及卸灰系统加装密封阀来提高除尘效率以满足国家环保标准要求又达到节能减排的效果。
关键词 电除尘；高频高压；效率 ；节能减排
中图分类号X3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）112-0192-03
0 引言
随着国家环保要求越来越严，节能减排是钢铁行业的一项难点工作，钢铁行业的烧结机头全部采用电除尘且电除尘器能耗高，电除尘如何提高效率来满足目前环保要求又能降低能耗是环保专业人士的一项攻关课题，新兴铸管股份有限公司经过考察与研究采用了龙净环保公司的高频高压整流设备、同时改进了振打传动箱结构形式、优化振打工作方式、改进了放灰系统的密封，既提高了除尘器效率又达到节能率30%以上。
1 电除尘器工作原理
电除尘器是利用直流高压电源产生的强电场使气体电离，产生电晕放电，进而使悬浮尘粒荷电并在电场力的作用下，将悬浮尘粒从气体中分离出来并加以捕集的除尘装置。电除尘器因具有净化效率高，阻力损失小、处理烟气量大、自动化程度高等特点，在钢铁企业的烧结机头得到了广泛应用。
2 电除尘技术参数及主要用电功率
1）型号：BY300/2-4 两台；
2）处理风量：1680000m3/h；
3）有效截面积：300卧式双室四电场静电除尘器；
4）电场风速 ：0.865m/s；
5）设备本体阻力：
6）同极间距：450mm。
设备名称 规格等级 数量 单台功率 设备总功率
静电除尘器 300卧式双室四电场 2
高压电源 1.0A/80KV（380V） 16 115kVA 1840kVA
振打电机 380V 32 0.4kW 19.2kW
加热器 380V 48 1.5kW 72kW
表1 电除尘主要用电情况
3 电除尘节能提效分析
3.1电除尘提高效率分析
影响电除尘器性能的因素很多，大体归纳为以下三个方面：1）烟尘（气）性质；2）设备状况：电除尘器的极配形式；电场划分情况；振打清灰方式及振打制度；气流分布均匀程度；电气控制特性等；3）操作条件。包括操作电压、比电流、电极清灰效果、漏风及二次扬尘等。由于烟气性质、极配形式、电场划分、气流分配等因素各个除尘器生产厂家在设计时都采集进行了优化设计，本文重点从提高供电效率、优化振打工作方式、改进放灰系统的密封减少二次扬尘来提高除尘器效率。
1） 电除尘器目前采用常规的两相供电装置，由控制系统、变压器、整流设备组成，工作频率在50Hz，从实际使用的效果看，单相电源输出的电压脉动范围大，线性度差，容易出现阻抗不匹配，极易触发火花放电，造成电晕电流低，难以提高除尘效率；
2）机头除尘器影响效率的另一个原因就是卸灰控制系统，进入电除尘器的粉尘被阴、阳极捕获后由振打系统振落在灰斗中，灰料堆积严重时还会造成阴阳极之间的短路使电除尘器无法正常运行，相反灰斗中没有储灰灰斗出口会出现漏风引起二次扬尘使除尘效率降低。在电除尘器系统中典型的控制策略是“高低料位”即料位高时卸灰、料位低时停止。但是由于灰斗内部环境恶劣常造成料位计损坏或误报，时常导致电场堵灰造成高压跳闸，为此只好采用连续卸灰的办法，这样虽然可以避免堵灰却经常造成灰斗卸空，对电除尘器运行至少会产生三方面的不利影响:一是除尘器底部气流分布和温度降低；二是由于温度降低使阴极线上的粉尘变湿变粘不易清除，使极线变粗、电阻增大、电流减小、甚至使电晕封闭；三是灰斗壁、出口变湿变粘易造成灰斗堵灰上溢造成高压电源跳闸，这些最终都会极大地降低电除尘器的除尘效率；
3）振打控制系统：电极振打清灰是电除尘器的主要过程，其清灰效果不仅与施加在阴、阳极上的振打加速度有关而且振打周期对其影响也很大，电除尘器过度振打会造成电场内的二次扬尘，尤其末级电场的二次扬尘将大大降低除尘效率，相反周期过长，阳极板上的粉尘堆积过厚，会使阴、阳极之间的电压降低、二次电流降低、电晕功率降低、除尘效率降低，严重的会造成反电晕，使已经收集到阳极板的粉尘再次进入到气流中，依据工况选择合理的振打控制方式将有助于更好地清灰及提高除尘效率。
3.2 电除尘器节能效率分析
1）从电除尘工作原理上看，电除尘的效率主要依靠供电的有效作用，从表一也可以看出电除尘的能耗主要在高压电源上，而普通高压整流设备对电网影响大、缺相损耗大、控制方式对工况变化适应能力不强等原因，造成实际有效运行功率在60%，因此提高除尘器的供电效率既能提高除尘器效率又起到节能效果；
2） 从表一中反映出电除尘耗能其次是振打加热系统：电除尘的加热系统主要作用是使阴极支撑绝缘子、阴极振打瓷转轴保持在烟气露点温度之上来保证绝缘效果及电除尘器稳定运行。目前电除尘器中所用的阴极吊挂保温箱、阴极振打保温箱结构基本相同即均是在绝缘子外部加一保温箱体，保温箱内安装有电加热器，保温箱与电场接口处设有聚四氟乙烯挡板，加热控制方式采用恒温控制、连续加热、间断加热方式。因此减少加热系统的设置与降低加热系统的运行时间即可降低能耗。振打系统前大部分采用定时振打清灰制度，如何依据工况选择合理的振打控制方式将有助于更好地清灰和做到节能减排。
4电除尘器提效节能措施
4.1电除尘器提效节能措施一：采用高频高压整流设备
4.1.1 高频高压整流设备工作原理
高频电源是三相交流输入整流为直流电源，经全桥逆变为高频交流，随后升压整流输出直流高压。高频电源工作频率可达40kHz，主要包括三个部分：变换器、变压器、控制器。其中全桥变换器实现直流到高频交流的转换，高频变压器/高频整流器实现升压整流输出，为ESP提供供电电源。
4.1.2高频高压整流设备的提效
1）从图1可以看出工频电源工作过程波动大，有峰值与谷值，一般二次仪表显示的是平均值，而高频电源输出电压逼近工频电源电压峰值近似一条直线，因此高频电源能提供更高的输出电压约是工频电源的1.3倍；
图1 高频电源与工频电源输出对比
2） 从表二我单位电场实际运行的情况看高频电源可有效增大电晕功率，提高除尘效率；
设备
名称 规格等级 I1
(A) U2
(kV) I2
(mA) 输出功率
(kW) 输入功率
(kVA)
高频
电源 1.0A/80KV（380V） 74.5 64 700 44.8 49.78
工频
电源 1.0A/80KV（380V） 165.8 54 700 37.8 64
表2 电除尘主要用电情况（测试期间供电电压在386V）
3） 从图一工作原理看出，设备由于采用串并联混合谐振变换器，具有恒流特性，可以有效抑制电场火花的电流冲击，30us迅速熄灭火花，火花控制方式先进，对烧结工况变化适应能力强；
4.1.3 高频电源的节能
1）因该设备工作频率高，变压器的匝数与频率成反比，因此设备体积小，控制柜与变压器一体，损耗小，即功率因数、效率大于0.9；
2）设备在运行中能实施反电晕自动跟踪控制功能，根据工况诊断软件对工况的分析、根据烧结机负荷的变化情况自动选择高压供电的运行方式和间歇供电中占空比，从而达到最佳的收尘效果和节能效益。
4.2电除尘器提效节能措施二：对振打控制系统改进
我单位振打控制系统采用定时自动振打，没有达到依据工况变化而实时进行调整，为此采取一种组合振打方式：
定周期振打：是在上位机上设定三种模式，模式1（一二电场振打周期4min，三四电场振打周期10分）、模式2（一电场振打周期5min，二三四电场振打周期10分）、模式3（一电场振打周期5min，二电场10min，三四电场振打周期20分），是以日常控制柜运行参数及放灰量估算入口浓度进行选择。
自动强制振打方式：结合高频高压电源设备目前的控制系统，在上位机依据采集的电场电压、电流、火花频率综合自动判断是否进行强制振打，自动判断的依据是日常运行参数对比分析的经验数据，作为我单位在上位机上确定三个参数进行控制自动启动强制振打的运行，一是二次电压正常在64kV，低于55 kV时相应电场振打启动；二是火化率控制在20~40次/分，高于40次/分时启动相应电场振打；三是二次电流低于400mA时启动相应电场振打。
4.3 电除尘器提效节能措施三：保温箱的改进
将原保温箱（图2）下部底部加热器拆除，平板改为斜板，改造后的阴极绝缘子保温箱（图3），斜板倾斜角度大于60°，积灰可以自流回电场内部，保证不积灰；斜板底部与电场接触区域开孔，将封闭型的保温箱改为开放型即保温箱与除尘器箱体内相通，使电除尘器中的烟气可以通入保温箱内，利用烟气自身的热量通过热传导、对流、辐射等方式对阴极绝缘部件所在的保温箱进行加热与恒温，故完全避免了结露的发生；因为只是改进底部，保温箱侧部检查门及振打与电场的绝缘区域不破坏，不影响日常检查与高压绝缘。
图2 原保温箱结构图3 改进的保温箱结构
4.4电除尘器提效节能措施四：对卸灰系统的改造
为避免卸灰造成的二次扬尘与漏风，一是把目前的料位计改为射频导纳料位计，减少料位计的故障率；二是在目前的卸灰阀上部安装一台锁气气动阀门，达到在料位计不起作用造成灰斗放空情况下，关闭锁气阀门能起到杜绝漏风的作用，经过一年多的使用效果特别理想。
5 应用高频电源的环保和经济效益
5.1环保效益
采取上述措施后使除尘器减少烟尘排放30%~50%，能稳定达到40mg/m3以下，比采用工频可控硅电源具有明显的环保效益。
5.2节能效益
1）高频电源节电（共有高压电源16 套，年运行时间350天，电费0.62元/度）
从表二测试数据计算年节电为：
（64-49.78）x16x24x350x0.62≈188.5(万元)
2） 电加热系统节电（以前每天运行12小时，改造后拆除）
48x1.5x12x350x0.62≈18.8(万元)
3）共计节电率（188.5+18.8）/533=38.8%
6 结论
采用以上措施后除尘器运行稳定可靠，为我公司的节能减排做出了贡献。
参考文献
[1]胡志光.电除尘器运行及维修[M].北京:中国电力出版社，2004，6.
[2]何银虎. 最新除尘设备安装、运行调试、故障处理与检修维护及应用选型综合技术手册[M].吉林: 吉林电子出版社，2005:807.
[3]福建：龙净环保股份有限公司.高频高压整流设备技术介绍[DK]，2013，4.