電力、鋼鐵等行業(yè)的工業(yè)煙氣的排放是我國(guó)大氣第一大污染源，減排壓力巨大，除塵器是整個(gè)工業(yè)煙氣超凈治理的工藝路線中“龍頭”。大型燒結(jié)機(jī)煙塵比電阻高、顆粒細(xì)、粒徑小、粘度大等，是目前電除塵技術(shù)亟待解決的挑戰(zhàn)和難題。針對(duì)上述問(wèn)題，北京力博明科技發(fā)展有限公司聯(lián)合國(guó)內(nèi)高校，另辟蹊徑，從“板極配合”角度對(duì)電除塵器內(nèi)部流場(chǎng)及電場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，突破靜電除塵器除塵效率低的瓶頸，研發(fā)出“均流式靜電除塵器”技術(shù)。該技術(shù)采用計(jì)算機(jī)模擬聯(lián)合智能優(yōu)化算法進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，確定導(dǎo)流和擾流部件幾何形狀和在電場(chǎng)內(nèi)的排布方式、電除塵器入口氣流分布板的氣流分布方案，從而延長(zhǎng)受塵時(shí)間，提高有效利用除塵面積，增大粉塵顆粒受力和團(tuán)聚吸附，顯著提高靜電除塵效率。均流靜電除塵技術(shù)在具備優(yōu)異除塵性能的同時(shí)，在經(jīng)濟(jì)性上也極具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)電除塵器改造比，改造方案成本可降低約20%。目前均流式電除塵器技術(shù)已在1家電廠和10余家鋼廠得到應(yīng)用。均流靜電除塵器產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目顯著提高了我國(guó)電除塵器技術(shù)水平，為我國(guó)工業(yè)煙氣污染治理提供了新的解決方案。

1 除塵背景

在電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)超低排放改造后，鋼鐵行業(yè)的超低排放已迫在眉睫。環(huán)保部發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》提出：到2020年底前，重點(diǎn)區(qū)域鋼鐵企業(yè)超低排放改造取得明顯進(jìn)展，力爭(zhēng)60%左右的產(chǎn)能完成改造，有序推進(jìn)其他地區(qū)鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作；到2025年底前，重點(diǎn)區(qū)域鋼鐵企業(yè)低排放改造基本完成，全國(guó)力爭(zhēng)80%以上產(chǎn)能完成改造。除塵器是整個(gè)工業(yè)煙氣超凈治理的工藝路線中“龍頭”，對(duì)后續(xù)脫硫和脫硝影響巨大。燒結(jié)機(jī)頭煙塵比電阻高、顆粒細(xì)、粒徑小、粘度大等，是目前電除塵技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和難題。

2 燒結(jié)機(jī)機(jī)頭除塵難點(diǎn)

由于受到生產(chǎn)工藝條件的限制，大型燒結(jié)機(jī)煙塵比電阻高、陣發(fā)性負(fù)荷、煙氣成分復(fù)雜，造成部分電除塵器排放不達(dá)標(biāo)，尤其是燒結(jié)機(jī)機(jī)頭的粉塵比電阻高、顆粒細(xì)、粒徑小、粘度大，是電除塵技術(shù)難點(diǎn)，也成為選型設(shè)計(jì)首要考慮的因素。燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙塵特性見表1。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析，燒結(jié)機(jī)機(jī)頭粉塵難處理的原因有以下幾點(diǎn)：

（1）燒結(jié)機(jī)負(fù)壓大，設(shè)備漏風(fēng)率高，一大部分空氣未通過(guò)燒結(jié)料層，使燒結(jié)煙氣量大大增加；

（2）粉塵粒徑細(xì)；

（3）粉塵比電阻高；

（4）粉塵含水分大；

（5）粉塵輕，粘性大，呈棉絮狀，清灰困難。

3 均流式電除塵技術(shù)在燒結(jié)機(jī)頭除塵上的優(yōu)勢(shì)

常規(guī)靜電除塵器在燒結(jié)機(jī)頭除塵中應(yīng)用較多，但同時(shí)也存在一些不可避免的技術(shù)難點(diǎn)：

（1）高比電阻、微細(xì)粉塵難收集；

（2）燒結(jié)機(jī)頭粉塵粘性大，清灰困難以及清灰?guī)?lái)的二次揚(yáng)塵問(wèn)題；

我公司攻克了常規(guī)靜電除塵器存在的技術(shù)難點(diǎn)，發(fā)明出高效、穩(wěn)定擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的均流式電除塵技術(shù)（專利號(hào)：ZL 201510155007.5）。如圖1所示，該技術(shù)源于我公司在計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，借助大型超級(jí)計(jì)算中心，輔助優(yōu)化算法，在電除塵提效優(yōu)化模式上，對(duì)現(xiàn)有電除塵器電場(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化仿真，提出了理想的陽(yáng)極板結(jié)構(gòu)和板極間配合模式，使得電除塵性能得到大幅度提升。

3.1 解決高比電阻、微細(xì)粉塵難收集的問(wèn)題

（1）更換陽(yáng)極板，擴(kuò)大比電阻粉塵的最佳適宜范圍

將常規(guī)電除塵器中的陽(yáng)極板換為我公司自主研發(fā)并獲得專利的新型均流式陽(yáng)極板，一體化通透式陽(yáng)極板（見圖2），該陽(yáng)極板不僅表面積大，對(duì)粉塵的捕捉、吸附和除塵的效率均有極大提高，有效收塵面積為傳統(tǒng)極板的1.3倍，并且受粉塵比電阻影響小，煙氣流通性也有所改善。

如圖3所示，通過(guò)流場(chǎng)優(yōu)化，利用F₁將粉塵顆粒驅(qū)動(dòng)到陽(yáng)極板表面附近，增加顆粒碰撞陽(yáng)極板的概率，也降低顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程的粘性耗散，具有更高的撞擊速度（U₂>> U₁）。增加各種擾流部件（以壓降最小為優(yōu)化目標(biāo)），延長(zhǎng)顆粒在本體內(nèi)的停留時(shí)間和行走路徑，增大荷電概率和被鋪集的概率。

（2）設(shè)置卡門渦街裝置實(shí)現(xiàn)高比電阻、微細(xì)粉塵顆粒聚合

如圖4所示，電場(chǎng)內(nèi)設(shè)置卡門渦街裝置，荷電顆粒通過(guò)該裝置時(shí)，對(duì)動(dòng)壓、靜壓進(jìn)行優(yōu)化分布，使含粉塵氣體能充分流經(jīng)陽(yáng)極板，同時(shí)使煙氣在經(jīng)過(guò)擋板后產(chǎn)生卡門渦街，卡門渦街形成的湍流使這些微細(xì)粉塵顆粒聚合成較大粉塵顆粒，繼而被捕集。

3.2 解決燒結(jié)煙氣粉塵粘性大，清灰困難的問(wèn)題

我公司從以下幾個(gè)方面對(duì)解決燒結(jié)煙塵的清灰困難問(wèn)題做了優(yōu)化設(shè)計(jì)：

（1）陰陽(yáng)極振打結(jié)構(gòu)：陽(yáng)極采用頂部和底部側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)繞臂式振打，陰極采用雙層側(cè)部振打，這樣的振打結(jié)構(gòu)振打力度較強(qiáng)，容易滿足清灰需要（見圖5-6）；

（2）輔助振打：根據(jù)項(xiàng)目情況輔助使用聲波清灰或脈沖清灰，配合一體化通透式陽(yáng)極板，改善清灰效果；

（3）進(jìn)行清灰振打?qū)嶒?yàn)，抑制二次揚(yáng)塵：考慮到燒結(jié)機(jī)頭電除塵器幾個(gè)末電場(chǎng)的粉塵既細(xì)又輕，為盡量保證粉塵呈層餅狀落下又要盡量避免二次飛揚(yáng)，我公司進(jìn)行了清灰振打?qū)嶒?yàn)，在調(diào)試、控制時(shí)末電場(chǎng)的振打頻率通過(guò)微機(jī)控制可調(diào)到更科學(xué)合理的數(shù)值。

4 應(yīng)用案例

我公司成功改造的幾個(gè)案例（見表1），現(xiàn)均已正常運(yùn)行，運(yùn)行二次電壓為：45 kV-60 kV，運(yùn)行二次電流為：300-800 mA。

以南陽(yáng)市漢冶特鋼265m²燒結(jié)機(jī)機(jī)頭電除塵技術(shù)改造為例，該燒結(jié)機(jī)配套2*260m²的電除塵器，改造前燒結(jié)機(jī)配套的1#電除塵器不能正常工作，排放嚴(yán)重超標(biāo)（見圖7-圖8）。應(yīng)用戶要求，且排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，改造完成后保證電除塵器出口排放濃度＜30 mg/Nm3。基本工藝數(shù)據(jù)如下：入口煙氣，870000 m3/h；入口煙氣溫度，120-150℃；入口煙氣負(fù)壓，-18000 Pa。

本次電除塵器改造主要基于三點(diǎn)：

1）煙道入口做氣流模擬試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整更換氣流分布板，使得煙氣均勻地流過(guò)電場(chǎng)，充分發(fā)揮電場(chǎng)的工作能力；

2）對(duì)前三電場(chǎng)掏空大修，陽(yáng)極裝配系統(tǒng)、陰極裝配系統(tǒng)、陰陽(yáng)極振打系統(tǒng)、頂蓋、側(cè)部人孔門、卸灰系統(tǒng)、電加熱管、高壓電源系統(tǒng)等換新；

3）將第四電場(chǎng)陽(yáng)極板更換為均流式極板，陰極線更換為RS新型芒刺線，其它和前三電場(chǎng)相同全部換新，根據(jù)CFD流場(chǎng)模擬，加裝卡門渦街裝置使第四電場(chǎng)達(dá)到理想效果。

改造過(guò)程部分圖片如下：

該設(shè)備改造在2020年3月份項(xiàng)目完工，運(yùn)行后進(jìn)行多次除塵性能實(shí)測(cè)，測(cè)試出口排放濃度均小于30 mg/Nm3，證明了所改進(jìn)三項(xiàng)技術(shù)措施的可行性。

結(jié)合我公司成功改造和新建除塵器的案例和用戶反饋，均流式電除塵技術(shù)在燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙塵治理上的應(yīng)用是成功有效的，除塵器出口粉塵濃度均在50 mg/Nm3以下，均流式電除塵技術(shù)大大提高了燒結(jié)機(jī)頭煙氣的除塵效率。通過(guò)由中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)組織的成果鑒定會(huì)，認(rèn)為該技術(shù)為實(shí)施煙塵超低排放提供了一種新技術(shù)，該成果整體上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，一致同意通過(guò)鑒定。