電除塵器除塵效率的影響因素分析

翁杰

1 電除塵器的影響因素分析

電除塵器是水泥行業(yè)采用的主要收塵裝置之一，具有除塵效率高、可處理煙氣流量大且耐高溫和腐蝕、氣流壓力損失小、可處理較小粒徑粉塵、總體能耗低、運行維護費用低等顯著優(yōu)點，因此電除塵器在水泥行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。有關(guān)資料顯示，世界上粉塵排放要求較高的歐美發(fā)達國家及日本的燃煤電廠目前仍主要采用電除塵器，而他們的排放濃度一般都低于20～30mg/m3（標）。例如歐盟2001/80/EC 規(guī)定排放值＜30mg/m3（標），電收塵只占85%左右，實際平均排放濃度＜10mg/m3（標）。美國和日本規(guī)定排放濃度＜20mg/m3（標），在美國電除塵器占80%左右，而日本幾乎全部采用電除塵器[1]。

電除塵器雖然有著諸多優(yōu)點，但近年來卻飽受非議，究其原因，主要是由于電除塵器的除塵效率易受多方面因素的影響，主要有以下幾個方面：

（1）粉塵的比電阻

粉塵的比電阻是關(guān)系到電除塵器的選用和除塵效率的一個重要因素，比電阻過大或過小都會對除塵效率產(chǎn)生不利影響。

粉塵的比電阻與固體物質(zhì)的電阻率不同，固體物質(zhì)電阻率是表示物質(zhì)本身的電阻，而粉塵的比電阻除了表示本身的電阻外，還表示粉塵顆粒的表面電阻與顆粒之間所包含的氣體的電阻等。粉塵比電阻與粉塵本身的理化性質(zhì)、含塵氣體的溫度、濕度等因素有關(guān)，并隨測試方法不同而有所差異。粉塵比電阻與電除塵器除塵效率之間的關(guān)系如圖1所示。

在不考慮濕度或增濕的情況下，水泥生產(chǎn)中常見粉塵的比電阻一般為4.6×108～1013Ωcm，由圖1 可見，該值并不在電除塵器的高除塵效率區(qū)域內(nèi)，因此，若要使水泥廠電除塵器具有較高的除塵效率就必須對水泥廠廢氣進行調(diào)質(zhì)處理，如噴霧增濕或用化學(xué)添加劑如SO3、NH3等進行調(diào)理，以降低粉塵比電阻。

（2）廢氣的流速

電除塵器的除塵效率是指處理的氣體量在一定范圍內(nèi)而言。如果氣體量超過設(shè)計的范圍，則除塵效率達不到設(shè)計的要求。氣體流量大于電除塵器設(shè)計允許的范圍時，使除塵效率降低的原因主要是由于氣流流速增大，減少了粉塵微粒與電離的氣體離子相結(jié)合的機會，加大了粉塵微粒被高速氣流帶走的數(shù)量，同時也加大了已沉聚下來的粉塵再度被高速氣流揚起帶走的力量，即加大了二次揚塵。

從電除塵器的工作原理來看，氣體流速愈低，粉塵微粒荷電的機會愈多，因而除塵效率愈高，如圖2 所示。水泥廠回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣在電除塵器中的流速＜0.5m/s 時，除塵效率最高，幾乎接近100%；當(dāng)流速增高到1.0m/s 時，除塵效率降低到96%；當(dāng)流速增高到1.6m/s時，除塵效率只有84%?？梢?，隨著氣體流速的增高，除塵效率大幅度下降。一般認為，氣體流速取0.6～1.3m/s為宜[2]。

（3）廢氣的溫度

含塵氣體溫度的高低主要影響到粉塵的比電阻，包括塵粒的表面電阻和本身電阻。在低溫時，粉塵的表面吸附物和水蒸氣或其他化學(xué)物質(zhì)的影響起作用，隨著溫度的升高，作用減弱，比電阻增加。但高溫時，塵粒本身的電阻起作用，隨著溫度的升高，塵粒中質(zhì)點的能量增加，電阻降低，比電阻降低。水泥窯粉塵的比電阻與氣體溫度的關(guān)系如圖3 所示。由于電除塵器對粉塵比電阻有一定范圍的要求，因此，溫度對除塵效率的影響主要表現(xiàn)為對比電阻的影響。

圖1 粉塵比電阻與除塵效率及電暈電流的關(guān)系

圖2 廢氣流速與除塵效率的關(guān)系

圖3 粉塵在不同溫度下的比電阻

由圖3 可知，高溫氣體雖然可使粉塵比電阻降低，但對電除塵器的機械強度不利。從總的效果來看，氣體的溫度低一些有利于提高電除塵器的除塵效率，但不能低到氣體的露點，否則容易引起粉塵結(jié)塊，使設(shè)備易于腐蝕。經(jīng)驗表明，進入電除塵器的氣體溫度低于200℃，高于露點50℃，有利于電除塵器的操作和提高除塵效率。

（4）供電系統(tǒng)的影響

供電系統(tǒng)對電除塵器的影響一直以來都是業(yè)界廣泛關(guān)注的問題，其中包括供電系統(tǒng)的供電方式、電壓等級、電流等。研究表明，間歇供電方式對抑制反電暈有較好效果，因為其要求變壓器容量和瞬間輸出功率提高，同時降低電場平均電壓，在收集低比電阻粉塵時反而會增加二次揚塵，其應(yīng)用有一定局限性。而脈沖供電的特點是在直流上疊加小脈寬的脈沖電壓，提高了峰值電壓，減小了平均電壓，改變頻率可使電暈電流在很寬范圍內(nèi)可調(diào)，可以有效抑制反電暈，適合捕集高比電阻粉塵。但脈沖供電電源需要增加脈沖發(fā)生裝置及其控制系統(tǒng)，這就增加了設(shè)備的復(fù)雜性和電源的造價。高頻電源方式可以提高電除塵器效率，它利用IGBT電路將工頻用電轉(zhuǎn)換為高頻后經(jīng)高頻變壓器升壓為高頻高壓，然后經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)換為高壓直流電供于電除塵器。另外還有PWM 控制電源供電、恒流供電等方式[3]。

利用現(xiàn)代控制技術(shù)可以達到提高供電效率、跟蹤工況變化、實現(xiàn)遠程控制等目的。主要的控制技術(shù)如火花控制、最高平均電壓控制等[3]。

由上述可知，電除塵器除塵效率的高低意味著其對水泥廠廢氣的凈化程度。但電除塵器的除塵效率易受多方面因素的影響，如粉塵的比電阻、廢氣的溫度、濕度、流速、電源形式等。因此，在進行電除塵器的設(shè)計和改造時應(yīng)充分考慮這些影響因素，以獲得盡可能高的除塵效率。

2 余熱發(fā)電對電除塵器的影響及解決思路

由圖1 可知，當(dāng)粉塵比電阻在105～1010Ωcm 范圍內(nèi)時電除塵器的除塵效率較高，但水泥行業(yè)的粉塵比電阻一般均＞1010Ωcm，因此，為獲得電除塵器較理想的除塵效率需要采取措施使粉塵比電阻降低。

根據(jù)以往的實踐經(jīng)驗，為降低粉塵比電阻，水泥廠一般采用噴霧增濕并將廢氣用于烘干磨烘干原料的措施，事實證明，此舉對提高電除塵器的效率十分有利。

隨著國家對節(jié)能減排行業(yè)的日趨重視，目前國內(nèi)大多數(shù)水泥廠都建設(shè)了水泥窯純低溫余熱發(fā)電工程。純低溫余熱發(fā)電工程對回收中低溫廢氣余熱效果顯著，不僅能獲得良好的經(jīng)濟效益，而且能得到較好的社會效益。

為改變上余熱發(fā)電之后粉塵比電阻偏高的這一狀況，通常的思路是對廢氣進行二次增濕?？墒怯酂岚l(fā)電出來的廢氣溫度較低，有的甚至不到100℃，采用噴霧增濕存在很大的困難。長期的實踐探索發(fā)現(xiàn)，采用噴SO3對煙氣進行調(diào)質(zhì)是降低粉塵比電阻的有效措施之一。SO3對煙氣進行調(diào)質(zhì)已是十分成熟的技術(shù)，國外燃煤電廠采用得很普遍，我國雖起步較晚，但采用的也逐漸增多，用于熱電廠煙氣的調(diào)質(zhì)，對提高燃低硫煤電除塵器的效率非常顯著，將這一技術(shù)移植到水泥行業(yè)定會有大的效果。

粉塵導(dǎo)電有體積導(dǎo)電和表面導(dǎo)電兩種導(dǎo)電機理，在低溫情況下，主要是靠表面導(dǎo)電。而表面導(dǎo)電與吸附在粉塵表面的氣體和水分有關(guān)。在煙氣中噴入15～20ppm的SO3，與煙氣中水分相結(jié)合形成稀硫酸，吸附在粉塵表面，可大大提高粉塵表面導(dǎo)電率，這對提高電除塵器的效率十分有利[1]。

水泥窯尾煙氣用于余熱發(fā)電后，溫度較低，采用SO3進行調(diào)質(zhì)，可以克服噴水增濕的困難，電除塵器改造采用這一成熟技術(shù)，將會對粉塵排放達標產(chǎn)生重要作用。這種方法適宜的廢氣溫度為110～180℃[1]。

采用新型供電系統(tǒng)的供電方式，對提高電除塵器的效率也是非常顯著的。

實踐表明，在水泥行業(yè)大力發(fā)展余熱發(fā)電工程對于回收水泥生產(chǎn)線中低溫廢氣余熱，以及在響應(yīng)國家節(jié)能減排號召、降低水泥生產(chǎn)成本、提高水泥企業(yè)效益等方面具有非常大的好處。但余熱發(fā)電工程的建設(shè)將對現(xiàn)有的窯頭、窯尾電除塵器的除塵效率產(chǎn)生較大的不利影響。余熱發(fā)電的投運將導(dǎo)致原有增濕塔的停用，從而導(dǎo)致廢氣粉塵比電阻的增加，進而使得原有電除塵器的除塵效率大幅下降。為解決這一問題，國內(nèi)外已開展了相關(guān)方面的研究，如使用SO3對煙氣進行調(diào)質(zhì)、采用新型的電源方式等。在這一思路的指引下，今后在實際工程的實施過程中應(yīng)具體問題具體分析，全面考慮電除塵器的影響因素，并最終找到除塵效率下降的解決方案。