造纸业电除尘器设计探析

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本文作者：李军、丁秀青单位：武汉龙净环保科技有限公司

1概况

对于造纸工业的碱回收，国外从19世纪80年代就开始采用燃烧法和苛化法从制浆黑液中回收碱。我国造纸工业的碱回收基本上是从1957年开始的，佳木斯造纸厂从前苏联引进了第一套碱回收设备，即180t/d硫酸盐木浆碱回收。1958年汉阳造纸厂建成了第一套120t/d苇浆黑液碱回收车间；麦草制浆黑液碱回收于1976年在河南中牟造纸厂碱回收车间投运。目前，我国造纸工业制浆黑液碱回收企业有近百家，与碱回收锅炉配套的除尘器基本是电除尘器，也曾有厂家试图在碱回收上使用袋式除尘器，但效果并不理想。虽然目前国家提高了排放标准，但由于没有相应提高电除尘器的规划设计标准，因此已投运的电除尘器仍有部分排放不达标。其主要原因有：1）设计原因。国家没有相关电除尘器设计规划的具体要求。2）市场原因。部分制造厂家在投标时采用低价、小方案等方式竞争，误导了市场；用户又缺乏对电除尘器设计参数与除尘效率重要性的认识，致使投标技术方案、参数无统一技术标准。3）用户原因。由于除尘器反复停运，加上使用不当，管理跟不上，造成实际运行工况与设计工况不符，导致绝缘子失效、设备腐蚀、漏风严重，除尘效率下降。

2碱回收工艺流程和烟气特点

在造纸行业，把黑液中的碱回收回来，再供制浆蒸煮使用的循环生产过程称之为碱回收。不同的原料黑液燃烧的工艺不同，黑液的化学成分并不完全相同。木浆黑液燃烧工艺流程见图1。碱回收锅炉的烟气，由于制浆及燃烧工艺不同而有差别。黑液在碱回收喷射炉中燃烧前都要经过浓缩，木浆浓缩时的黑液浓度为60%~75%，有25%~40%的水分；草类浆黑液浓度只有45%~50%，水分为50%~55%。

（1）粉尘成分

固体主要包括Na2CO3（Na2SO4）、Na2S、R2O3等（含量见表1）；气体包括CO2、O2、N2、SO2、H2S、有机酸等；还有大量的水气等。

（2）粉尘粒径

烟气中含有的烟尘浓度一般为20g/m3左右；粉尘粒径为0.1~1μm（烟尘中粒径0.1~1μm的约占85%，1~10μm的占5%~10%，＞10μm的约占5%）；真密度约3.1g/cm3，堆积密度为0.13g/cm3。

（3）粉尘比电阻（见表2）

3碱回收电除尘器设计

根据粉尘的特性可知，碱回收粉尘非常适合电除尘器捕集，但由于粉尘粒径小，且含水多、具有腐蚀性，所以在设计时必须引起注意。

3.1除尘器本体设计

3.1.1进口设计

根据碱回收锅炉工艺特点，除尘器进气口通常设计为上进气式，由于粉尘细、黏附性强、流动性差等特点，需要进行以下设计：

（1）加大进风口底板与水平面夹角，大于60°，并对底板表面进行特殊处理，减小底板表面的粗糙度，降低摩擦阻力，保证粉尘能良好流动。

（2）在进口过渡段设置导流板，导流板设计成流线型，能保持流动现状，对气流进行分配；在进风口中部设置多层折流板，折流板起到分配气流作用，改变气流流动方向，使较大的粉尘颗粒运行中的动能减小，有利于颗粒有效沉降。

（3）电除尘器气流分布不均匀，就意味着电场内存在高、低速度区，某些部位存在涡流和死角。不良的气流分布，可造成除尘器效率下降20%~30%。按照流体力学，计算机模拟气流，设置多层孔板，增加阻力，把分布板前面的紊流分开，使气流均布。

（4）增设振打装置，粉尘细而黏，附着性强，说明碱灰不易清理，设定对分布板进行周期振打。

3.1.2灰斗设计

因碱性粉尘比重小、流动性差、易搭桥，采用船型灰斗（双船型灰斗）或锥形灰斗设计较大的出灰口，以减小碱灰搭桥。灰斗的溜灰角大于70°，有利于粉尘的流动，使粉尘不会黏附在灰斗壁上，防止灰斗堵塞。邻壁交角的内侧作成圆弧型，可保证灰尘自由流动。增设蒸气加热与电加热双重保险，电加热采用特制装置，在壁板与保温层之间形成具有热气的空腔，防止灰斗壁板因温度低而结露，造成腐蚀。

3.1.3热风系统设计

电除尘器在运行过程中，由于烟气及粉尘以正压进入瓷缸，并黏附在绝缘件表面上，绝缘件表面粉尘吸潮后变成导体，会引起救援件表面局部发热，造成绝缘件炸裂或裂纹。增设热风系统后，热风通过承压绝缘子顶盖的小孔形成热风幕对瓷缸内壁吹扫，使瓷缸表面保持干净和干燥，杜绝微细粉尘进入瓷缸造成爬电。同时，将绝缘子的电加热器功率扩大，可保证绝缘子安全运行。

3.1.4其他部件设计

碱灰粉尘细，流动性差，壳体内部梁、柱及连接件设计时采用特殊处理，减少死角，平滑过渡防止积灰、搭桥。阴阳极是除尘器的核心部件，针对碱灰具有腐蚀性的特点，核心部件采用耐腐蚀材料或进行防腐工艺，保证阴阳极的使用寿命。改进槽型板结构，增加槽型板捕集粉尘能力，烟气通过槽型板时充分发挥迷宫作用。

3.2输灰系统设计

输灰系统主要设备由刮板机（螺旋）及密封给料器组成。通常出灰口通过给料器与刮板机连接，会出现以下问题：

（1）由于粉尘的特性，碱灰在设备中与冷空气接触受潮结晶，附着在壁板、灰管壁上，壁板加厚，灰管流通面积不断减小，最终导致灰管完全堵塞，进而除尘器停运。

（2）结晶粉尘充满给料器，造成给料器失效，输灰不畅，因而形成堵灰。粉尘结晶成块状，嵌入导轨中，链条在运行中被灰块卡住，导致链条被拉断或电机损坏。为了避免以上事件发生，刮板直接与灰斗连接，减少漏风点，采用特制的密封材料密封，保证二者之间的密封性；并对刮板机实行保温，以减少热气散失。调整振打器的振打周期，采用间歇振打，减小刮板机负荷。

3.3保温、密封设计

因烟气含水量大，露点低，这就要求除尘器有较高的保温性和密封性，确保除尘器内粉尘温度高于露点温度，除尘器整体漏风率小于1%。

（1）在灰斗，本体顶部及侧面配蒸气伴热，可减少设备内热量散失，保持壁板内部粉尘温度大于露点温度，以避免造成碱灰板结。

（2）增加热风系统，锅炉检修或停炉时，启动热风系统，将热风吹入除尘器内，保持除尘器内部温度高于露点温度，使残留在除尘器内部构件上的粉尘不会冷凝析出腐蚀性碱液，延长设备使用寿命。

（3）与内外气体接触构件的所有焊缝，全部采用双面连续焊，并进行渗漏检查。减小除尘器的漏风率。

（4）保温材料采用导热性能差的材料并增加保温层厚度，在保温材料和外护板之间加密封锡箔纸；保温外护板搭接成防水式，形成集中排水，保证保温材料的干燥性，能有效地起到保温效果。

3.4电气设计烟气粉尘细，难捕集，要选择匹配的电气设计。通过高低压与节能控制系统有机结合，除尘器与锅炉同步运行，使电除尘器的处理能力和效率发挥到最大限度并使电除尘器长期稳定工作。

4工程实例

陕西某纸厂150t/d碱回收锅炉配套两电场电除尘器，经改造后，于2010年投运至今，出口排放浓度小于100mg/m3。湖南某纸厂330t/d碱回收锅炉配套三电场电除尘器，于2009年投运，出口排放浓度小于75mg/m3。山东某纸厂1000t/d碱回收锅炉配套四电场电除尘器，于2009年投运，出口排放浓度小于50mg/m3。

5结语

随着电除尘技术的不断进步，不论从理论上、技术上还是工程实践，电除尘器在保证碱回收锅炉粉尘排放浓度小于50mg/m3方面是可能的。电除尘器具有运行可靠性高、维护费用低、操作管理简便、设备使用寿命长的显著特点，因此在碱回收锅炉中应优先选用电除尘器。