電除塵器末端微細粉塵收集裝置研究

解標，嚴瑞鋒，王強，李泓，廖瑜

(1.合肥工業(yè)大學，安徽合肥 230009;2.華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司，河南新鄉(xiāng) 453635; 3.南京國電環(huán)保設(shè)備有限公司，江蘇南京 210044;4.國電宣威發(fā)電有限責任公司，云南宣威 655400)

電除塵器末端微細粉塵收集裝置研究

解標1，嚴瑞鋒2，王強3，李泓4，廖瑜4

(1.合肥工業(yè)大學，安徽合肥 230009;2.華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司，河南新鄉(xiāng) 453635; 3.南京國電環(huán)保設(shè)備有限公司，江蘇南京 210044;4.國電宣威發(fā)電有限責任公司，云南宣威 655400)

電除塵器末端是針對二次揚塵超細粉塵顆粒的收集的最后一道屏障。通過分析前人在此方面開展研究的技術(shù)成果基礎(chǔ)上，集成多項技術(shù)，探索一條經(jīng)濟性較高的電除塵器增容提效改造的途徑。

電除塵器;二次揚塵;微粒凝聚功能區(qū);回轉(zhuǎn)刷清灰;通透型槽形板

0 引言

電除塵器末端是指最后一個電場的尾部及出口喇叭段。出口喇叭在結(jié)構(gòu)上的作用是保持煙氣系統(tǒng)密閉，使煙氣從電除塵器過渡到出氣煙道。一般情況下，出口喇叭內(nèi)會布置若干層槽形板，多層布置時會錯位排列。受市場競爭影響，優(yōu)化結(jié)構(gòu)及減輕設(shè)備重量，出口喇叭被設(shè)計的較進口喇叭短、小。

電除塵器提效改造會受空間限制，加高、加寬、加長等，要么受空間限制，要么受投資限制，改造本體就意味著陰、陽極更換改造，成本及工作量都很大。出口喇叭內(nèi)部空間是否可以加以利用呢?前電場受振打引起的揚塵可以被后續(xù)電場收集，最后一個電場的振打揚塵該怎么辦呢?

1 相關(guān)技術(shù)研究

1.1 收塵極板上粉塵粒子的沉降規(guī)律

(1)含塵氣體由流速較高的電除塵器進口管通過喇叭口進入電場，氣流速度降為1m/s左右，大小不一的塵粒會呈現(xiàn)不同沉降規(guī)律。粗塵粒較快地被前部電場所收集，后部電場斷面上的粉塵粒徑比前部斷面的要小，而且電除塵器前部分的沉降量比后部分的沉降量大。因此，沿氣流方向收塵極板的沉降粉塵呈現(xiàn)前粗后細、前厚后薄的沉降規(guī)律。

(2)由于重力的作用，粒徑較大的粉塵粒子分布在收塵極板的下部，且容易被極板收集，收塵極板下部收塵量大;粒徑較小的粉塵粒子分布在收塵極板的上部，且相對較難收集，收塵極板上部收塵量少。因此，沿垂直方向上，收塵極板的沉降粉塵呈現(xiàn)上細下粗、上薄下厚的規(guī)律。

(3)沉降量隨距離增大而減少，當氣流速度增大時，沉降量變化幅度減小，風流速度對粉塵的沉降有重要影響［1］。

1.2 帶電粒子在電場中的運動

在電除塵器中，荷電塵粒因受到電場力的作用而趨向收塵極。當塵粒到達收塵極后，粉塵受到多種作用力而沉積在收塵極上，粉塵粒子是否重返氣流(即二次揚塵)，關(guān)鍵在于粒子受到的作用力，即粒子之間的相互作用力(粘結(jié)力)，以及粒子與收塵極板表面之間的作用力(粘附力)。在電除塵器中，粒子的粘結(jié)力對除塵有重要的現(xiàn)實意義，如沉積粉塵層因粘結(jié)力過小而受到氣流的切向沖刷、粒子的法向反彈或反向靜電力的作用而發(fā)生返流;或因粘結(jié)力過大，需要很強的振打才能將沉積的粉塵從收塵極板上震落下來。但此時，卻有可能使原來已形成塊狀的沉積粉塵層被擊碎，由此造成粒子返流量比常規(guī)振打時要大得多。在實際的收塵清灰過程中，沉積粉塵粒子以單個粒子的形式落入灰斗是不可能的，它只有通過粒子間的粘結(jié)力，以塊狀、條狀等形式才能達到收塵的目的。雖然人們在這方面做了大量研究，但收塵極板上粉塵粒子的力學行為，例如沉降粉塵的二次揚塵仍然不能被清楚地描述和解釋。因此，研究電除塵器中粉塵粒子在電場中的運動以及分析收塵極板上沉積粉塵的受力狀況，對提高電除塵器的收塵效率具有重要意義［2］。

1.3 二次揚塵

二次揚塵對高效電除塵器除塵效果的影響比較突出。目前國內(nèi)電除塵器多采用干式清灰方式，該方式的主要問題是振打過程中的二次揚塵。氣流速度過高或分布不均都會把粉塵直接從收塵極板上沖刷下來。擋板配備不當，氣流控制不佳會出現(xiàn)旁路竄氣，特別是灰斗四周的旁路竄氣，均會把灰斗或其他排灰設(shè)備中的粉塵重新卷走。

1.4 影響二次揚塵的因素

1.4.1 振打清灰

要想既不過多地增大除塵器的尺寸而又保持較高的除塵效率，就必須選擇最佳的振打條件，即調(diào)節(jié)振打強度和振打頻率，以使飄失的粉塵量最少。有時，特別是用設(shè)在除塵器內(nèi)部的撓臂錘振打時，只能調(diào)節(jié)振打頻率，因為振打強度已經(jīng)固定死了。除塵器振打強度是由極板的振打加速度度量的。在冷態(tài)條件下，通過測試極板振打加速度及其分布可以得到振打分布條件［3］。

當前尚缺乏足夠的分析振打力的數(shù)據(jù)來確切說明振打時塵層的狀況。對粉塵在塵層上沉積的速率進行簡單計算，就可以立即看出，在極板上所看到的塵層厚度不可能是在兩次振打之間沉積起來的。因此，清灰必須有待于塵層形成足夠的厚度，再將其打落。某些研究者認為塵層系呈片狀從收塵面上崩落而大片地落入灰斗的。另一些研究者認為，每振打一次，整個粉塵層就向灰斗方向移動一下，降落一段距離后，又重新被捕集到極板上。最佳的振打條件是等粉塵積累到一個合理的厚度，再以足夠的力量進行振打，使塵層沿極板逐步下落而跌入灰斗。此時，只有最下1～2m以內(nèi)的塵層掉入灰斗，下落的速度較低，因此對已經(jīng)沉積在灰斗中的粉塵干擾很小。總之，不管清灰的機理如何，只要將振打強度和振打頻率調(diào)整到最佳值，都可能大大減少二次揚塵，提高除塵效率［4］。

在現(xiàn)場系根據(jù)目測出口極板或者使用測量儀器來調(diào)節(jié)振打制度的。如果振打損失過多，則從煙囪出口或除塵器出口電場的極板處可以看到振打冒塵。對于高效除塵器，最好用測量儀器來調(diào)節(jié)振打制度。可用的測量儀器有濁度儀、基于摩擦起電原理的測塵儀以及其他快速指示粉塵濃度的儀器。

1.4.2 直接沖刷

當空氣動力足以使塵粒懸浮或者引起反復彈跳(跳躍)時，就會產(chǎn)生直接沖刷。除了與表面粘得不緊的塵粒被氣流沖走或被其他塵粒撞掉或被火花放電的爆裂作用所崩落外，緊實的積塵層是不會先行脫離的。當這些塵粒再撞擊粉塵表面時，可能使更多的塵粒脫落，引起塵粒的一系列反復彈跳。如果被撞擊的塵粒沒有進入氣流，它可能向下游移動一段距離，這就是粉塵受重力影響時的那種運動［5］。

沖刷揚塵是否能實現(xiàn)，與塵層的粘著性關(guān)系很大。粘著力部分地決定于粉塵的積聚過程。如果塵層基本上是由粒子一次一個地堆集起來的，而且每個粒子都有充分的運動自由度和時間得以在隨意分布著正負電荷的塵層和它自身從容地排列對位，則其粘著力要比同類整體堆集起來的粉塵高一個數(shù)量級。這種靠庫倫力形成塵層的條件，在靜電沉積和管道低速區(qū)的沉淀過程中都能達到。但是在收塵極板上還有離子電流作用于塵層上的一個額外的力。從極板、極線或分布板上打下來的松散堆集起來的粉塵，則不能形成有粘著力的條件。所以即使流速很低，也會把灰斗中的這種積灰?guī)ё?。對于大?00μm的塵粒，當作用于一個塵粒上的曳力足以引起連續(xù)跳躍時就會出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象。一陣偶然發(fā)生的氣體紊流，會引起塵粒的連續(xù)跳躍。因此，應力求氣速均勻并使紊流減至最低程度。至于小于100μm的塵粒，只有當流速在斷層邊緣上形成足夠的曳引力時，才會出現(xiàn)沖刷。塵層的這種斷裂是由于振打或重力作用使大片粉塵從極板上脫落的結(jié)果。大片粉塵破裂時會形成大于100μm的塵團，從而引起跳躍運動。

在凈化工業(yè)氣體的實際電除塵器中，氣流速度一般都選用得很低，使極板的直接沖刷不致產(chǎn)生或者至少減到最輕微的程度。然而，如果氣流非常不均勻，已沉降的粉塵仍然會重新?lián)P起，導致除塵器性能下降。因此，在設(shè)計除塵器和煙氣處理系統(tǒng)時必需特別注意，以防止這類嚴重損失。實際中，為防止除塵器氣流不均勻，通常在冷態(tài)條件下進行氣流均布測試和調(diào)整，以盡量減少氣流分布不均勻和彌補設(shè)計中的不足［6］。

1.4.3 除塵器竄氣

另一個可能發(fā)生二次揚塵的區(qū)域是灰斗周圍或裝有刮板除灰裝置的除塵器平底處。由粉塵濃度豎向分布情況可以看出，除塵器底部附近的二次揚塵損失較大，朝上方逐漸減小。不過，這種損失可以通過正確地設(shè)置防竄氣擋板予以減輕。一旦氣流竄入灰斗，落入灰斗的粉塵往往會上返形成塵云而被帶出，重新進入氣流。設(shè)計灰斗時應配置各種型式的擋板，引導氣體流向極板區(qū)而不進入灰斗。這些擋板通常延伸到灰斗內(nèi)，形成灰封。這時要設(shè)灰位控制裝置以保持灰位高于擋板底緣。

用空氣作為除塵器的負載氣體，然后直接測量灰斗中的氣流，即可查明灰斗竄氣狀況。也可以借助模型來設(shè)計適用的擋板，以防止灰斗氣流的危害［7］。另一個常見的灰斗二次揚塵問題是通過閥門或結(jié)構(gòu)缺陷處漏入空氣。除塵器高負壓運行時，通過除灰系統(tǒng)特別是閥門處漏入的空氣會卷起數(shù)量可觀的粉塵，嚴重降低除塵器的效率。這種情況在最后級電場的灰斗中尤為嚴重，因為再次捕集這些粉塵的機會很少。

2 相關(guān)專利技術(shù)介紹

2.1 電除塵器用可刷式槽形板粉塵再凈化裝置［8］

該裝置包含螺旋形陰極線、陰極線上下框架、支撐鋼板、鏈輪、傳動軸、傳動鏈條、連桿、鋼絲刷、槽形板和減速電機。陰極線上下框架焊接在末電場陰極系統(tǒng)豎梁的上下兩端，陰極線掛在焊接于陰極線上下框架的吊環(huán)上。通過陰極線和槽形板之間形成了的一個高壓電場，使微細粉塵再次荷電吸附到槽形板上被捕集。

當出口槽形板上的灰積到一定厚度時，開啟減速電機，與之相連的傳動軸將帶動鏈輪轉(zhuǎn)動，傳動鏈條及焊接于上面的連桿和鋼絲刷隨之移動，對槽形板進行刷灰。

2.2 一種粉塵捕集槽板［9］

該系統(tǒng)包括氣流入口段、捕塵段和底板。氣流入口段為漸縮喇叭型，其小口徑端與捕塵段的一端相連接。底板設(shè)置在捕塵段的另一端，底板上設(shè)有均壓孔和濾網(wǎng)。入口段與底板之間設(shè)有一片或多片與底板平行的多孔板。

功能為:擴大收塵面積，降低飛灰的動能、動量和速度，使其易于被多排的孔板捕捉。

2.3 一種電除塵器尾部移動式粉塵捕集器［10］

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括喇叭狀殼體，置于殼體喇叭口處的捕集板系統(tǒng)。捕集板系統(tǒng)包括上軸、下軸。捕集板用柔性捕集板環(huán)繞上軸、下軸連接，捕集板繞軸移動的驅(qū)動電機與上軸或下軸軸連，喇叭口下部有沿下軸方向的清灰槽，下軸置于清灰槽內(nèi)，槽內(nèi)有清灰裝置。清灰裝置包括沿清灰槽排列的清灰刷，刷毛抵于繞下軸的捕集板上。清灰槽上有清洗液的進水口，繞下軸的捕集板浸于清洗液中，清灰槽下部有污水排出口。本裝置將捕集板的清灰移至捕集區(qū)外的清灰區(qū)進行，從而使二次揚塵降低到最小程度，同時提高系統(tǒng)的粉塵捕集率。

2.4 回轉(zhuǎn)極板轉(zhuǎn)刷清灰電場

回轉(zhuǎn)極板轉(zhuǎn)刷清灰電場對于克服二次揚塵具有獨特的優(yōu)越性，其針對性是:高黏度微細粉塵的不揚塵清除。該結(jié)構(gòu)對本電場的入口濃度有一定要求，不可太高;對于不易荷電的粉塵，在該電場是同樣荷不上電的。陽極清灰用轉(zhuǎn)刷可以有效清理，但是陰極仍然采用外力振打清灰，陰極線積灰飛揚，沒有得到控制。受其自身結(jié)構(gòu)限制，一個回轉(zhuǎn)極板轉(zhuǎn)刷清灰電場的成本是普通電場的兩倍以上。

2.5 微細顆粒凝聚電場

凝聚型高壓靜電除塵器［11］的核心為微細顆粒凝聚電場。其特征是順煙氣流向，裝有凝聚裝置的電場單元是由雙極荷電區(qū)、混風區(qū)、凝聚區(qū)和收塵區(qū)構(gòu)成。雙極性荷電區(qū)由垂直于煙氣方向交替布置得正極性電極與負極性電暈極和接地極構(gòu)成。正電暈極由一組正極性電暈極框架構(gòu)成，通過絕緣子支承懸掛于除塵器殼體上，由正極性高壓直流電源供電;負電暈極由一組負極性電暈框架構(gòu)成，通過絕緣子支承懸掛于除塵器殼體上，由負極性高壓直流電源供電;接地極布置于正電暈線和負電暈線之間，與除塵器殼體相連接，并通過除塵器殼體接地。在雙極性荷電區(qū)后布置有混風構(gòu)件，形成混風區(qū);混風區(qū)后的一段空間為凝聚區(qū);凝聚區(qū)后為收塵區(qū)。

在常規(guī)高壓靜電除塵器的電場前設(shè)置雙極性高壓靜電凝聚裝置，能夠有效捕集煙氣中細微塵粒，特別是對PM2.5的捕集率有顯著提高。

3 一種電除塵器末端微細粉塵收集裝置

在總結(jié)以上研究成果的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種電除塵器末端微細粉塵收集裝置。該裝置包括:布置在傳統(tǒng)電除塵器末電場與出口喇叭之間的雙極性微細粉塵凝聚區(qū)和布置在出口喇叭內(nèi)的無揚塵清灰區(qū)。

3.1 雙極性微細顆粒凝聚區(qū)設(shè)置

以上雙極性微細顆粒凝聚區(qū)絕大部分是布置在進口煙道極少布置在其他電場區(qū)域。而微細顆粒粉塵恰恰主要分布在末電場，在末級電場后端設(shè)置微細顆粒凝聚區(qū)更具針對性。

3.2 二次揚塵收集區(qū)設(shè)置

二次揚塵是制約電除塵器除塵效率的因素，使之不能達到100%，采用機械振打無可避免的將產(chǎn)生二次揚塵。根據(jù)目前現(xiàn)有的研究成果，即能清灰又不產(chǎn)生揚塵的方法首選轉(zhuǎn)刷清灰。

出口喇叭回轉(zhuǎn)網(wǎng)轉(zhuǎn)刷清灰裝置，利用轉(zhuǎn)刷清灰，不產(chǎn)生二次飛揚，可以有效撲捉帶殘余電荷的逃逸粉塵。當粉塵沉積到一定程度，在系統(tǒng)壓力許可的范圍內(nèi)，粉塵層本身可以形成有效的微孔過濾，以撲擊更細微粒。其對高比電阻、高粘、超細超輕等粉塵同樣具有獨到的收集功用。其相比而言存在以下優(yōu)勢:根據(jù)出口喇叭結(jié)構(gòu)形式，可以布置兩層、三層、四層，充分利用空間。適用于新裝電除塵器，對于舊除塵器改造，預留更多改造空間;其為輔助收塵，不帶電場，沒有電場故障，只要保證回轉(zhuǎn)機構(gòu)正常，就可以保證其高效穩(wěn)定運行;粉塵層本身可以形成有效的微孔過濾，以撲擊更細微粒;機構(gòu)簡單，投資成本低，性價比高［12］。

3.3 實施方法

如果出口端有空間，就在原除塵器末電場與出口喇叭之間安裝微細顆粒凝聚區(qū)，其原則是保留盡量多的收塵面積的基礎(chǔ)上，盡量不對原結(jié)構(gòu)改造，提高原設(shè)備的使用壽命周期。如果受場地限制，不能延長原殼體長度時，只有對最后一個電場進行改造。

4 振打清灰控制

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電除塵器的清灰方式以機械振打為主。不管是設(shè)置在頂部或者是側(cè)部，或者頂部側(cè)部都有，基本都屬于機械振打傳遞振打力?？刂坪谜翊虻臅r機，可以有效地減少二次揚塵。需要開發(fā)一種可測量陽極板集灰厚度的傳感器與振打控制系統(tǒng)聯(lián)鎖，當集灰厚度達到設(shè)定值時進行振打，使粉塵成餅狀由上流淌而下，或成片狀剝落。出口設(shè)置差壓測試設(shè)備，當壓力達到設(shè)定值時，開啟清灰機構(gòu)進行清灰，使系統(tǒng)阻力保持在最經(jīng)濟運行狀態(tài)。

5 結(jié)語

合理利用電除塵器出口空間，盡量保持原結(jié)構(gòu)不變，可以大大提高原設(shè)備的使用壽命周期，減少浪費，降低改造成本。除塵器末端微細粉塵收集技術(shù)對電除塵器技改項目來說是一種途徑。針對性使用雙極性微細粉塵顆粒凝聚技術(shù)，凝聚后的顆粒經(jīng)出口喇叭內(nèi)裝置收集、過濾，并用刷子清灰，無疑可以把除塵器性能最大限度地提高。適當增加系統(tǒng)阻力，不增加斷面氣流速度，改善氣流分布;對氣流分布起非常重要的調(diào)整作用;當通透性降低甚至薄薄的覆蓋一層灰時，過濾機理也將發(fā)揮作用;所收集粉塵順出口喇叭下板直接進入末電場灰斗，或自設(shè)灰斗，出料可直接接入原末電場灰斗;技術(shù)適用于新建工程，更適合舊設(shè)備提效改造。

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Technical research on ESP terminal dust collecting device

The terminal end is the last barrier of collecting the secondary dusting ash in electrostatic procipitation.On the basis of previous work，an effective method for increasing capacity and improving efficiency in electrostatic procipitation modification is discussed by integration of a number of relative technologies.

ESP;secondary dusting;particle coagulation function area;ash cleaning device by rotary rush;transparent channel slab

X701.2

B

1674－8069(2012)04－020－04

2012-04-11;

2012-05-07

解標(1974-)，男，安徽靈壁人，碩士，工程師，主要從事煙氣凈化除塵設(shè)備、煙氣生物法脫硫、脫硝技術(shù)研究。E－mail: bxieb@163.com