電除塵器前端預(yù)荷電技術(shù)研究

解標(biāo)，王強(qiáng)，李泓，廖瑜

(1.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽合肥 230009;2.南京國(guó)電環(huán)保設(shè)備有限公司，江蘇南京 210044; 3.國(guó)電宣威發(fā)電有限責(zé)任公司，云南宣威 655400)

電除塵器前端預(yù)荷電技術(shù)研究

解標(biāo)1，王強(qiáng)2，李泓3，廖瑜3

(1.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽合肥 230009;2.南京國(guó)電環(huán)保設(shè)備有限公司，江蘇南京 210044; 3.國(guó)電宣威發(fā)電有限責(zé)任公司，云南宣威 655400)

電除塵器前端主要是指進(jìn)口喇叭及進(jìn)氣煙道，在進(jìn)口喇叭內(nèi)設(shè)置預(yù)荷電電場(chǎng)，可以保證氣流均勻進(jìn)入電場(chǎng)的同時(shí)，對(duì)粉塵進(jìn)行荷電、凝并，起到一級(jí)預(yù)收塵的作用，以增加收塵面積，提高除塵器的除塵效率。通過分析Indigo煙道凝聚器、進(jìn)口喇叭內(nèi)置電場(chǎng)技術(shù)、電除塵器中粉塵預(yù)荷電試驗(yàn)研究及國(guó)內(nèi)專利技術(shù)成果基礎(chǔ)上，提出電除塵器進(jìn)口喇叭內(nèi)預(yù)置電場(chǎng)技術(shù)，并取得比較好的應(yīng)用效果。

電除塵器;預(yù)荷電;前置電場(chǎng);高頻電源

0 引言

電除塵器的前端主要是指進(jìn)氣喇叭及進(jìn)氣煙道。在煙氣系統(tǒng)中其構(gòu)造性的作用是使煙氣系統(tǒng)密封并使煙氣從一次風(fēng)機(jī)出口過渡到電場(chǎng)，進(jìn)氣喇叭功能性的作用是使進(jìn)入電場(chǎng)的氣流分布均勻。進(jìn)氣煙道短的有幾米長(zhǎng)則數(shù)十米，進(jìn)口喇叭長(zhǎng)度一般也有4m左右，兩者的內(nèi)部空間為布置荷電極及收塵極等裝置并開發(fā)其功能提供了可能。

粉塵預(yù)荷電是指在粉塵進(jìn)入電除塵器之前通過預(yù)加電場(chǎng)使粉塵顆粒先帶上一部分電荷，能有效增加粉塵的荷電量，特別適用于微小粉塵的捕集。同時(shí)預(yù)荷電還可以使粉塵顆粒發(fā)生碰撞、接觸、粘附和聚合成較大顆粒的粒子，從而進(jìn)一步增加粒子的荷電量，這樣有利于電除塵器除塵效率的提高。

1 相關(guān)技術(shù)研究

1.1 INDIGO－煙道凝聚器技術(shù)［1］

1.1.1 原理

Indigo凝聚器含有兩項(xiàng)專利技術(shù)，一是流動(dòng)凝聚(FAP)，二是雙極靜電凝聚(BEAP)，能使細(xì)塵附著到粗塵上，從而為電除塵器所撲集。

流動(dòng)凝聚(FAP)是基于強(qiáng)化粉塵顆粒流動(dòng)使大小不同的粒子有選擇性地混合，增強(qiáng)粗、細(xì)粒子之間的物理作用。從而促使粉塵顆粒相互碰撞，形成聚合的粒團(tuán)，減少細(xì)粒子的數(shù)目。雙極靜電凝聚過程(BEAP)，有兩個(gè)關(guān)鍵作用:一是雙極荷電器有一組正、負(fù)相間的平行通道，氣體和灰塵通過時(shí)，按其通道的正或負(fù)，分別獲得正電荷或負(fù)電荷。這樣，粉塵一半荷正電，一半荷負(fù)電;二是對(duì)粒徑有選擇性的混合系統(tǒng)(SSMS)，既能使氣體中荷正電的細(xì)粒子與從相鄰負(fù)極性通道流出的荷負(fù)電的粗粒子混合，又能使荷負(fù)電的細(xì)粒子與荷正電的粗粒子混合。

1.1.2 結(jié)構(gòu)及安裝

Indigo凝聚器安裝在電除塵器前面邊長(zhǎng)5m的進(jìn)口煙道處，其中氣體流速常達(dá)10m/s以上。高流速可以使其極板不需要振打就能保持潔凈。對(duì)于100MW的發(fā)電機(jī)組，Indigo凝聚器只需5kW左右的電力。對(duì)于引風(fēng)機(jī)，增加的阻力不過200Pa。

1.1.3 研發(fā)及應(yīng)用情況

全尺寸原型Indigo凝聚器的構(gòu)思和試驗(yàn)始于1999年，其后的各項(xiàng)試驗(yàn)持續(xù)到2002年。三年的試驗(yàn)中獲得了大量數(shù)據(jù)。據(jù)此，2002年開發(fā)了商業(yè)的Indigo凝聚器，同年11月在進(jìn)行原型機(jī)試驗(yàn)的澳大利亞Vales Point電廠，建造了第一套實(shí)用裝置。

2004年7月，Indigo科技公司(澳大利亞)、Indigo科技公司(美國(guó))、艾尼科環(huán)保技術(shù)公司(美資)以及蘭州電力修造廠共同參加研究并開展有關(guān)Indigo凝聚技術(shù)在中國(guó)應(yīng)用的問題。

1.1.4 Indigo凝聚器優(yōu)點(diǎn)分析

Indigo凝聚器設(shè)計(jì)原理比較科學(xué)，但是其設(shè)置在進(jìn)氣煙道中的預(yù)先荷電凝聚裝置，煙道截面本身就很有限，其構(gòu)造本身占據(jù)一定的空間，使煙道的凈流通面積減小，對(duì)煙道氣流流速的影響比較大。另外，粉塵對(duì)結(jié)構(gòu)件的磨損也是比較嚴(yán)重的，還可能導(dǎo)致煙道下部積灰，造成煙道阻力增大，不一定能保證其長(zhǎng)期高效運(yùn)行。Indigo凝聚器對(duì)粉塵凝并作用及粉塵的驅(qū)進(jìn)速度的影響目前尚無(wú)法定量計(jì)算，在保證相同的除塵效率時(shí)相應(yīng)的對(duì)后續(xù)電場(chǎng)可以節(jié)省多少收塵面積，也無(wú)法定量計(jì)算，對(duì)實(shí)際工程而言用在改造項(xiàng)目上更合適。Indigo凝聚器為國(guó)外技術(shù)，成本較高，有對(duì)其優(yōu)化和國(guó)產(chǎn)化的必要。

1.2 進(jìn)口喇叭內(nèi)置電場(chǎng)

1.2.1 電除塵器前端預(yù)荷電技術(shù)試驗(yàn)研究［2］

試驗(yàn)中采用圓鋼針刺線與孔板配置的新型結(jié)構(gòu)，經(jīng)過電氣性能試驗(yàn)研究，找出其板電流密度的分布及起暈電壓、閃絡(luò)電壓、閃絡(luò)電流等相關(guān)電氣性能參數(shù)，對(duì)于指導(dǎo)電除塵器前端預(yù)荷電技術(shù)選擇線距、放電板型、同極距等都具有一定的意義。

1.2.2 進(jìn)口喇叭內(nèi)置電場(chǎng)結(jié)構(gòu)

工程應(yīng)用中常會(huì)發(fā)現(xiàn)，第一電場(chǎng)前一、二塊陽(yáng)極板(長(zhǎng)度500～1000mm)不收塵。原因是粉塵荷電后，在電場(chǎng)風(fēng)速的帶動(dòng)下，向后流動(dòng)，隨電場(chǎng)力的作用，逐漸趨向陽(yáng)極板，造成前一、二塊陽(yáng)極板很難收到粉塵，使實(shí)際的比集塵面積參數(shù)比設(shè)計(jì)的要小。為了充分發(fā)揮陽(yáng)極板的收塵作用，提高陽(yáng)極板的收塵效率，根據(jù)靜電除塵原理，在電場(chǎng)的前置煙箱內(nèi)靠近第一電場(chǎng)處設(shè)計(jì)了預(yù)荷電裝置，既在第三層孔板平面前加設(shè)一排陰極線框架，陰極線采用針刺線，對(duì)孔板所在平面放電。當(dāng)含塵煙氣通過這個(gè)電場(chǎng)區(qū)域時(shí)，使粉塵荷電，荷電粉塵通過孔板時(shí)部分粉塵被孔板收集，其余大部分進(jìn)入第一電場(chǎng)，可被前一、二塊陽(yáng)極板收集。陰極線框架和第三層孔板頂部均設(shè)有振打裝置，定時(shí)進(jìn)行清灰振打。第三層孔板收塵，可提高除塵器整機(jī)的收塵效率。

電除塵器前端預(yù)荷電結(jié)構(gòu)是由一套完整的集塵極和放電極其相關(guān)的電源設(shè)備組成。

1.2.3 電流密度均勻性試驗(yàn)及結(jié)論

式中:σ＇為電流密度分布均勻性;n為測(cè)量斷面測(cè)點(diǎn)總數(shù);ji為各測(cè)點(diǎn)所示電流值，mA;j為測(cè)量極板平均電流值，mA。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著板線間距的增大，閃絡(luò)電壓、電流均升高。板面電流密度分布均勻性較好，板線間距250mm比200mm時(shí)板面電流密度分布均勻性較好。試驗(yàn)中，比較預(yù)荷電裝置開啟與關(guān)閉時(shí)，保持進(jìn)口粉塵濃度相同，均為15g/m3，處理相同煙氣量，且電場(chǎng)電源供電相同。當(dāng)開啟預(yù)荷電裝置時(shí)，除塵效率為97.58%;關(guān)閉預(yù)荷電裝置時(shí)，除塵效率為95.39%。從測(cè)得的除塵器效率可知，加裝預(yù)荷電裝置對(duì)除塵器除塵效率是有利的。

1.3 電除塵器中粉塵預(yù)荷電試驗(yàn)研究［3］

采用線管式預(yù)荷電器對(duì)粉塵顆粒在不同條件下的荷電量進(jìn)行研究，并在不同條件下對(duì)其預(yù)荷電性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用直流和脈沖電壓供電時(shí)，在電壓達(dá)到臨界值之前，顆粒的荷電量均隨電壓升高而增大，脈沖電壓供電方式荷電量升高較快，荷質(zhì)比高出直流電壓荷電1個(gè)數(shù)量級(jí);負(fù)電暈放電的顆粒荷電量明顯高于正電暈放電;電暈放電的荷電量隨顆粒粒徑的增大而增大;預(yù)荷電器中的荷電理論計(jì)算必須考慮粒子密度及其輸運(yùn)項(xiàng)。

2 相關(guān)技術(shù)國(guó)內(nèi)專利

2.1 雙極性電暈放電凝并電除塵設(shè)備［4］

雙極性電暈放電凝并電除塵設(shè)備使用單臺(tái)高壓電源，正負(fù)電暈同時(shí)產(chǎn)生，荷電凝并在同一室進(jìn)行，成本低、荷電效率高。鍋爐排放的含塵煙氣在煙道中先經(jīng)過正負(fù)電暈放電區(qū)，使煙氣中的粉塵微粒帶上正負(fù)電荷后相互凝并聚集成為大顆粒，再進(jìn)入電除塵器進(jìn)行除塵。除塵后的煙氣經(jīng)煙囪外排。高壓電源結(jié)構(gòu)采用半波整流雙極性電源、單相全波整流雙極性電源、三相全波整流雙極性電源、高頻高壓直流電源和高壓脈沖電源。

2.2 在煙道中產(chǎn)生高數(shù)密度離子方法［5］

鍋爐排放的含塵煙氣進(jìn)入安裝在進(jìn)氣煙道上的高數(shù)密度離子發(fā)生裝置，采用直流、窄脈沖電暈流光放電。電離具有動(dòng)量為1×10－22～40×10－22g·m/s的煙道中氣體分子，離子密度達(dá)到107～1011cm3。高數(shù)密度離子發(fā)生裝置為粉塵進(jìn)入電除器前預(yù)荷電凝聚提供了必需的基礎(chǔ)條件。

2.3 雙極高壓靜電凝聚器［6］

極高壓靜電凝聚器結(jié)構(gòu)特征是正極性電暈極、接地極、負(fù)極性電暈極交替布置，構(gòu)成雙極性荷電區(qū);布置在雙極性荷電區(qū)后部的混風(fēng)段置有一組按一定規(guī)則排列的角形板、圓管、或槽形板。雙極高壓靜電凝聚器布置于入口前的煙道上，能夠減少含塵煙氣中細(xì)微粒含量，提高電除塵器的除塵效率，特別是減少PM2.5微塵的排放量。

2.4 電除塵器預(yù)荷電裝置［7］

在電除塵器進(jìn)氣煙箱內(nèi)部第三層氣流均部板平面前加設(shè)一排陰極線框架及其頂部電磁振打系統(tǒng)，陰極線布設(shè)在框架上，陰極線采用針刺線，并單獨(dú)增設(shè)供電電源。該裝置能使粉塵在進(jìn)入第一電場(chǎng)前就荷上電，可被前一、二塊陽(yáng)極板收集。陰極框架和第三層氣流均布板頂部均設(shè)有頂部電磁振打器，定時(shí)進(jìn)行清灰振打提高電除塵器的除塵效率。

3 技術(shù)應(yīng)用

電凝并理論認(rèn)為，煙塵的荷電量是電凝并系數(shù)的主要參量，而電凝并速率、凝并后塵粒粒徑均是電凝并系數(shù)的函數(shù)。如果采用強(qiáng)電離放電、高氣壓非平衡等離子體物理等新成果，可以大幅度地增加等離子體濃度、塵粒荷電量，進(jìn)而提高了煙塵電凝并速率、塵粒粒徑，反過來(lái)又促使已增粗的塵粒荷電量大幅度增加?？梢?，在除塵過程中電凝并對(duì)除塵性能起著疊加倍增的效果。

預(yù)荷電技術(shù)是一種利用電凝并技術(shù)使粉塵荷電量增加，提高除塵效率的方法。在電除塵器前端安裝預(yù)荷電凝并裝置，可使高濃度微小顆粒產(chǎn)生更顯著的凝并效果［8］，再結(jié)合高氣壓非平衡等離子體物理研究的新成果，提高帶電粒子濃度，增強(qiáng)電凝并作用，進(jìn)而提高電除塵器性能［9］。

電除塵器進(jìn)口喇叭內(nèi)預(yù)置電場(chǎng)技術(shù)提供一種合理利用電除塵器進(jìn)口喇叭空間的方案，在不增加阻力的情況下，在其內(nèi)設(shè)置預(yù)荷電電場(chǎng)，在保證氣流均勻進(jìn)入電場(chǎng)的同時(shí)，對(duì)粉塵進(jìn)行荷電、凝并、起到一級(jí)預(yù)收塵的作用，并盡可能提高其除塵效率。注意事項(xiàng):對(duì)于改造項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，進(jìn)口內(nèi)置電場(chǎng)的施工比較麻煩，特別是起吊點(diǎn)的設(shè)置、安裝腳手架、安全網(wǎng)等人身安全設(shè)施及設(shè)備必須防護(hù)到位。施工時(shí)要校核喇叭口的強(qiáng)度，保證喇叭口結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)確保第一排支架安全，應(yīng)對(duì)一電場(chǎng)灰斗強(qiáng)度及一電場(chǎng)輸灰的輸送能力進(jìn)行檢測(cè)，保證灰斗安全，并要保證多收集下來(lái)的灰及時(shí)被送走，盡量不要儲(chǔ)存在灰斗里。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分做好氣流分布模擬，安裝時(shí)就進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試調(diào)整，保證電場(chǎng)氣流分布均勻。結(jié)構(gòu)上保證懸吊可靠，陰極系統(tǒng)固定牢固，不因氣流及振打?qū)е聰[動(dòng)，振打系統(tǒng)運(yùn)行可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

電除塵器進(jìn)口喇叭內(nèi)預(yù)置電場(chǎng)技術(shù)對(duì)電除塵器技改項(xiàng)目來(lái)說(shuō)是一種突破。不增加系統(tǒng)阻力，不增加斷面氣流速度，改善氣流分布，對(duì)氣流分布起非常重要的調(diào)整作用。適用于新建工程，也適合舊設(shè)備提效改造，安裝方便，結(jié)構(gòu)適用性強(qiáng)，制造成本低，性價(jià)比高，是值得推廣使用的實(shí)用技術(shù)。

［1］Truce R，Crynack R，Wilkins J，et al.Indigo凝聚器:減少電除塵器可見排放物的有效技術(shù)［C］.第11屆全國(guó)電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，鄭州:2005.

［2］王彥斌，梁可新，劉政潮.電除塵器前端預(yù)荷電技術(shù)試驗(yàn)研究［C］.第13屆中國(guó)電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，青島:2009.

［3］依成武，蔡灝兢，路淼，等.電除塵器中粉塵預(yù)荷電的試驗(yàn)研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35(4):1249－1250，1253.

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［6］蘭州電力修造廠.雙極電壓靜電凝聚器［P］.200820129755，2008-12-23.

［7］梁可新，馬 進(jìn)，柯小民，等.電除塵器預(yù)荷電裝置［P］.ZL 200820221828.X，2008－09－29.

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［9］白敏菂，邱秀梅，楊波，等.模擬煙道中粉塵粒子的荷電凝并實(shí)驗(yàn)研究［J］.河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，27(6):610－614.

The research of Electrostatic Precipitation frontend pre－charging technology

Electrostatic Precipitation frontend refers mainly to the flue gas inlet trumpet pipe and inlet stack.Through arranged pre－charging electric field in the inlet trumpet pipe，the uniform airflow into the electric field can be guaranteed，while the dust can be charged and coagulated at the same time.It can increase the dust collection area，improve the dust efficiency by applied the above method.Through the analysis of Indigo coagulator，ESP dust pre－charging experiment and domestic patents，the ESP inlet trumpet pipe within a preset electric field technology is presented.Its industrial application has been done and achieved better effect.

Electrostatic Precipitation;pre－charging;frontend electric field;high frequency power source

X701.2

B

1674－8096(2012)01－027－03

2011-09-16;

2011-12-23

解標(biāo)(1974-)，男，安徽靈壁人，碩士，工程師，從事煙氣凈化除塵設(shè)備、煙氣生物法脫硫、脫硝技術(shù)、污水凈化技術(shù)、系統(tǒng)仿真與模擬、專家遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)研究。E－mail:bxieb@163.com