球磨机用高压静电除尘器的设计和使用

    前言

    高压静电除尘器被广泛应用于水泥和其它工业企业的粉尘治理。某厂也在生料磨和水泥磨上采用了高压静电除尘器，取得了较好的环境治理效果和一定的经济效益。在此，结合某厂应用的实践经验，就高压静电除尘器的设计与使用作一简介。

    一、高压静电除尘器的工作原理

    该除尘器的除尘原理是：经外部硅整流变压器，将380V交流电转变成100kV的直流电，输入除尘器筒体内中心的电晕极，与除尘器的壳体形成正负电场，通过电晕线“芒刺”放电，筒体内气体电离产生大量的正负离子，使电场区域的粉尘获得相同的电荷。在电场力作用下，带电荷的粉尘趋向于与其极性相反的电极上，依靠自重和振打，向下落入集灰斗内，达到除尘的目的。

    二、磨机含尘废气及粉尘的性质

    磨机废气的性质、粉尘颗粒组成见表1、表2。

表1  磨机废气的性质

表2   磨机粉尘的颗粒组成    ％

    三、有关参数的设计计算

    （一）确定处理风量Q

    高压静电除尘器需处理的风量Q，依据磨机的通风量来确定，其计算公式为：

    式中：Q－磨机通风量，m³／h；

          D－磨机有效内径，m；

          φ－磨机内填充系数；

          υ－磨内风速，取(0.6～0.7)，m/s；

          k－漏风系数，取1.3；

    （二） 除尘效率的确定

    以除尘器入口粉尘浓度、废气温度、出口粉尘浓度(应符合国家工业企业粉尘浓度排放标准)废气温度为条件，可采用如下公式计算：

    式中：η－除尘效率，％；

          Q－处理风量，m³／h；

          C_出－除尘器出口废气粉尘浓度，g／m³；

          C_入－除尘器入口废气粉尘浓度，g／m³；

          t_出－除尘器出口废气温度，℃；

          t_入－除尘器入口废气温度，℃；

          k－废气绝对温度，℃。

    （三） 电场基本尺寸的确定

    1、电场有效长度

    含尘气体在有效电场区区域应停留一定的时问，使粉尘在高压电场力的作用下，粉尘被控制回收，起到除尘目的。一般而言，粉尘气体在电场区域停留时间越长，除尘效率就越高，在设计电场结构时，要求含尘气体在电场区域停留时间不少于10s，电场有效长度可依据下式计算：

    L=uT

    式中：L－电场有效长度，即电晕极有效长度，m；

         u－电场内风速，取0．7～0．8，m／s，；

         T－含尘气体在电场内停留时间，s，取10s以上为宜。

    2、 电场截面积形状

    电场截面的形状，国内一般有圆形、椭圆形、矩形等几种，我厂采用以电晕极间距为2倍电场半径的双电晕极扁圆，由二组构成，见图l。实际每组电场截面积依下述公式计算：

    F=πR₂+4R₂

    式中：F－电场截面积，m²；

          R－电场半径，m；

    采用扁圆电场结构，具有能处理粘度大的粉尘介质、风量易于均匀分配、清理筒体内壁粘结粉尘较为容易等优点。

图1  除尘器结构示意

    3、电场半径

    根据高压供电装置的输出电压为l00kV，工作电流为10mA，电场强度选2．5 kV／cm，则电场半径：

    R=U/E

    式中：R－电场半径(即电晕极间距)，cm；

          U－电压，kV；

          E－电场强度，kV／cm；

    （四）电晕线结构的选择

    高压静电除尘器的电晕线结构形式，国内一般采用直线型、弹簧型、芒刺型三种形式。

    考虑到磨机气体温度正常，但是含尘浓度辐较高，且生料磨废气含有一定的水分，所以我厂选用芒刺型电晕线，芒刺为Φ1.0mm的钢材，以下密上疏分布。这种电晕线结构电场力分布均匀，具有强烈的放电性能，能提高电收尘器的收尘效率。

    四、清灰振打装置的改进

    高压静电除尘器电晕线的振打，一般多采用电磁振动器径向振打，造成电晕线上下受振不匀，极间距变化大，很易引起场强的波动，严重影响器的稳定运行。同时，振落下来的粉尘产生径性运动，加剧了粉尘的二次飞扬。

    本厂将电晕线的振打装置改为由时间继电器控制的小型电机带动一组连杆与打击锤，振打时对电晕线向下轴向微振打。这样，电晕线上下受振一致，极间距离变化微小，场强波动小，除尘器运行比较稳定。振落下来的粉尘呈垂直向下惯性运动，粉尘的二次飞扬减少，清灰效果比径向振打要好。

    五、使用效果

    高压静电除尘器在我厂生料磨上使用近2年，在水泥磨上使用已3年。经有关部门测定，其粉尘治理效果明显，见表3。

表3  治理效果测定数据

    六、操作使用注意事项

    高压静电除尘器投入运行中，正常的维护，严格的管理，正确的操作，是保证长期稳定运行的关键。

    (1)高压静电除尘器投运后，应设专人维护管理，定期检查清理除尘器的电晕极、瓷瓶、绝缘套管、筒壁等主要部位。

    (2)保温措施。冬季使用高压静电除尘器是否能成功，保温措施是最为重要的，尤其是电场区域的保温更为关键。因此我厂除尘器筒体采用双层外壳，内填充膨胀珍珠岩，厚度为l00mm，保温效果较好。

    对于气体含湿度大，气体温度又不高的生料磨的高压静电除尘器，又加设了小型燃煤炉，用管道与除尘器相接，使电场区域获得必要的升温措施，确保了稳定运行。

    (3)高压硅整流变压器的安置，应设有高压屏蔽室(至少应设安全栏栅)，既安全，又符合技术要求。同时尽量使变压器靠近高压静电除尘器的筒体，以减少二次电压、电流的损耗。

    (4)含尘气体的浓度。高压静电除尘器处理含尘气体的浓度，其上限一般为40g／m³，当含尘气体浓度超过此值时，收尘效率将大大下降。因此在设计时，如果含尘气体浓度较高，则应考虑采用二级收尘工艺，第一级用旋风除尘，第二级用高压静电除尘。

    (5)含尘气体比电阻率。粉尘介质的比电阻率是影响收尘效果的一个重要因素。通常高压静电除尘器粉尘比电阻率的适用范围为l04～1011 Ω/cm。低于104Ω/cm时，会产生电晕封闭；高于l011Ω/cm时，会产生反电晕现象，此二种情况都将使电除尘器的收尘效率大幅下降。

    (6)在停用高压静电除尘器时，高压电气控制箱应比磨机迟停10min，待电场区域的湿热气体排出除尘器，使电晕极、壳体金属材料减少腐蚀，同时，使粉尘气体达标排放。

    (7)清灰装置的正常使用。清灰振打不宜频繁，振打次数和时间可根据粉尘吸附情况，电压电流下降情况来确定，一般情况下尽量减少振打次数，以便减少二次扬尘。