造紙業(yè)電除塵器設(shè)計探析
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本文作者：李軍、丁秀青單位：武漢龍凈環(huán)?？萍加邢薰?/p>
1概況
對于造紙工業(yè)的堿回收，國外從19世紀(jì)80年代就開始采用燃燒法和苛化法從制漿黑液中回收堿。我國造紙工業(yè)的堿回收基本上是從1957年開始的，佳木斯造紙廠從前蘇聯(lián)引進(jìn)了第一套堿回收設(shè)備，即180t/d硫酸鹽木漿堿回收。1958年漢陽造紙廠建成了第一套120t/d葦漿黑液堿回收車間；麥草制漿黑液堿回收于1976年在河南中牟造紙廠堿回收車間投運(yùn)。目前，我國造紙工業(yè)制漿黑液堿回收企業(yè)有近百家，與堿回收鍋爐配套的除塵器基本是電除塵器，也曾有廠家試圖在堿回收上使用袋式除塵器，但效果并不理想。雖然目前國家提高了排放標(biāo)準(zhǔn)，但由于沒有相應(yīng)提高電除塵器的規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，因此已投運(yùn)的電除塵器仍有部分排放不達(dá)標(biāo)。其主要原因有：1）設(shè)計原因。國家沒有相關(guān)電除塵器設(shè)計規(guī)劃的具體要求。2）市場原因。部分制造廠家在投標(biāo)時采用低價、小方案等方式競爭，誤導(dǎo)了市場；用戶又缺乏對電除塵器設(shè)計參數(shù)與除塵效率重要性的認(rèn)識，致使投標(biāo)技術(shù)方案、參數(shù)無統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。3）用戶原因。由于除塵器反復(fù)停運(yùn)，加上使用不當(dāng)，管理跟不上，造成實際運(yùn)行工況與設(shè)計工況不符，導(dǎo)致絕緣子失效、設(shè)備腐蝕、漏風(fēng)嚴(yán)重，除塵效率下降。
2堿回收工藝流程和煙氣特點
在造紙行業(yè)，把黑液中的堿回收回來，再供制漿蒸煮使用的循環(huán)生產(chǎn)過程稱之為堿回收。不同的原料黑液燃燒的工藝不同，黑液的化學(xué)成分并不完全相同。木漿黑液燃燒工藝流程見圖1。堿回收鍋爐的煙氣，由于制漿及燃燒工藝不同而有差別。黑液在堿回收噴射爐中燃燒前都要經(jīng)過濃縮，木漿濃縮時的黑液濃度為60%~75%，有25%~40%的水分；草類漿黑液濃度只有45%~50%，水分為50%~55%。
（1）粉塵成分
固體主要包括Na2CO3（Na2SO4）、Na2S、R2O3等（含量見表1）；氣體包括CO2、O2、N2、SO2、H2S、有機(jī)酸等；還有大量的水氣等。
（2）粉塵粒徑
煙氣中含有的煙塵濃度一般為20g/m3左右；粉塵粒徑為0.1~1μm（煙塵中粒徑0.1~1μm的約占85%，1~10μm的占5%~10%，＞10μm的約占5%）；真密度約3.1g/cm3，堆積密度為0.13g/cm3。
（3）粉塵比電阻（見表2）
3堿回收電除塵器設(shè)計
根據(jù)粉塵的特性可知，堿回收粉塵非常適合電除塵器捕集，但由于粉塵粒徑小，且含水多、具有腐蝕性，所以在設(shè)計時必須引起注意。
3.1除塵器本體設(shè)計
3.1.1進(jìn)口設(shè)計
根據(jù)堿回收鍋爐工藝特點，除塵器進(jìn)氣口通常設(shè)計為上進(jìn)氣式，由于粉塵細(xì)、黏附性強(qiáng)、流動性差等特點，需要進(jìn)行以下設(shè)計：
（1）加大進(jìn)風(fēng)口底板與水平面夾角，大于60°，并對底板表面進(jìn)行特殊處理，減小底板表面的粗糙度，降低摩擦阻力，保證粉塵能良好流動。
（2）在進(jìn)口過渡段設(shè)置導(dǎo)流板，導(dǎo)流板設(shè)計成流線型，能保持流動現(xiàn)狀，對氣流進(jìn)行分配；在進(jìn)風(fēng)口中部設(shè)置多層折流板，折流板起到分配氣流作用，改變氣流流動方向，使較大的粉塵顆粒運(yùn)行中的動能減小，有利于顆粒有效沉降。
（3）電除塵器氣流分布不均勻，就意味著電場內(nèi)存在高、低速度區(qū)，某些部位存在渦流和死角。不良的氣流分布，可造成除塵器效率下降20%~30%。按照流體力學(xué)，計算機(jī)模擬氣流，設(shè)置多層孔板，增加阻力，把分布板前面的紊流分開，使氣流均布。
（4）增設(shè)振打裝置，粉塵細(xì)而黏，附著性強(qiáng)，說明堿灰不易清理，設(shè)定對分布板進(jìn)行周期振打。
3.1.2灰斗設(shè)計
因堿性粉塵比重小、流動性差、易搭橋，采用船型灰斗（雙船型灰斗）或錐形灰斗設(shè)計較大的出灰口，以減小堿灰搭橋?；叶返牧锘医谴笥?0°，有利于粉塵的流動，使粉塵不會黏附在灰斗壁上，防止灰斗堵塞。鄰壁交角的內(nèi)側(cè)作成圓弧型，可保證灰塵自由流動。增設(shè)蒸氣加熱與電加熱雙重保險，電加熱采用特制裝置，在壁板與保溫層之間形成具有熱氣的空腔，防止灰斗壁板因溫度低而結(jié)露，造成腐蝕。
3.1.3熱風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計
電除塵器在運(yùn)行過程中，由于煙氣及粉塵以正壓進(jìn)入瓷缸，并黏附在絕緣件表面上，絕緣件表面粉塵吸潮后變成導(dǎo)體，會引起救援件表面局部發(fā)熱，造成絕緣件炸裂或裂紋。增設(shè)熱風(fēng)系統(tǒng)后，熱風(fēng)通過承壓絕緣子頂蓋的小孔形成熱風(fēng)幕對瓷缸內(nèi)壁吹掃，使瓷缸表面保持干凈和干燥，杜絕微細(xì)粉塵進(jìn)入瓷缸造成爬電。同時，將絕緣子的電加熱器功率擴(kuò)大，可保證絕緣子安全運(yùn)行。
3.1.4其他部件設(shè)計
堿灰粉塵細(xì)，流動性差，殼體內(nèi)部梁、柱及連接件設(shè)計時采用特殊處理，減少死角，平滑過渡防止積灰、搭橋。陰陽極是除塵器的核心部件，針對堿灰具有腐蝕性的特點，核心部件采用耐腐蝕材料或進(jìn)行防腐工藝，保證陰陽極的使用壽命。改進(jìn)槽型板結(jié)構(gòu)，增加槽型板捕集粉塵能力，煙氣通過槽型板時充分發(fā)揮迷宮作用。
3.2輸灰系統(tǒng)設(shè)計
輸灰系統(tǒng)主要設(shè)備由刮板機(jī)（螺旋）及密封給料器組成。通常出灰口通過給料器與刮板機(jī)連接，會出現(xiàn)以下問題：
（1）由于粉塵的特性，堿灰在設(shè)備中與冷空氣接觸受潮結(jié)晶，附著在壁板、灰管壁上，壁板加厚，灰管流通面積不斷減小，最終導(dǎo)致灰管完全堵塞，進(jìn)而除塵器停運(yùn)。
（2）結(jié)晶粉塵充滿給料器，造成給料器失效，輸灰不暢，因而形成堵灰。粉塵結(jié)晶成塊狀，嵌入導(dǎo)軌中，鏈條在運(yùn)行中被灰塊卡住，導(dǎo)致鏈條被拉斷或電機(jī)損壞。為了避免以上事件發(fā)生，刮板直接與灰斗連接，減少漏風(fēng)點，采用特制的密封材料密封，保證二者之間的密封性；并對刮板機(jī)實行保溫，以減少熱氣散失。調(diào)整振打器的振打周期，采用間歇振打，減小刮板機(jī)負(fù)荷。
3.3保溫、密封設(shè)計
因煙氣含水量大，露點低，這就要求除塵器有較高的保溫性和密封性，確保除塵器內(nèi)粉塵溫度高于露點溫度，除塵器整體漏風(fēng)率小于1%。
（1）在灰斗，本體頂部及側(cè)面配蒸氣伴熱，可減少設(shè)備內(nèi)熱量散失，保持壁板內(nèi)部粉塵溫度大于露點溫度，以避免造成堿灰板結(jié)。
（2）增加熱風(fēng)系統(tǒng)，鍋爐檢修或停爐時，啟動熱風(fēng)系統(tǒng)，將熱風(fēng)吹入除塵器內(nèi)，保持除塵器內(nèi)部溫度高于露點溫度，使殘留在除塵器內(nèi)部構(gòu)件上的粉塵不會冷凝析出腐蝕性堿液，延長設(shè)備使用壽命。
（3）與內(nèi)外氣體接觸構(gòu)件的所有焊縫，全部采用雙面連續(xù)焊，并進(jìn)行滲漏檢查。減小除塵器的漏風(fēng)率。
（4）保溫材料采用導(dǎo)熱性能差的材料并增加保溫層厚度，在保溫材料和外護(hù)板之間加密封錫箔紙；保溫外護(hù)板搭接成防水式，形成集中排水，保證保溫材料的干燥性，能有效地起到保溫效果。
3.4電氣設(shè)計煙氣粉塵細(xì)，難捕集，要選擇匹配的電氣設(shè)計。通過高低壓與節(jié)能控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，除塵器與鍋爐同步運(yùn)行，使電除塵器的處理能力和效率發(fā)揮到最大限度并使電除塵器長期穩(wěn)定工作。
4工程實例
陜西某紙廠150t/d堿回收鍋爐配套兩電場電除塵器，經(jīng)改造后，于2010年投運(yùn)至今，出口排放濃度小于100mg/m3。湖南某紙廠330t/d堿回收鍋爐配套三電場電除塵器，于2009年投運(yùn)，出口排放濃度小于75mg/m3。山東某紙廠1000t/d堿回收鍋爐配套四電場電除塵器，于2009年投運(yùn)，出口排放濃度小于50mg/m3。
5結(jié)語
隨著電除塵技術(shù)的不斷進(jìn)步，不論從理論上、技術(shù)上還是工程實踐，電除塵器在保證堿回收鍋爐粉塵排放濃度小于50mg/m3方面是可能的。電除塵器具有運(yùn)行可靠性高、維護(hù)費(fèi)用低、操作管理簡便、設(shè)備使用壽命長的顯著特點，因此在堿回收鍋爐中應(yīng)優(yōu)先選用電除塵器。