電除塵效率影響因素的初步研究

解 磊 上海電氣電站工程公司工程部 (201199)

解 磊（1981年~），男，工程師，工學(xué)碩士，主要從事中東非洲片區(qū)前期投標(biāo)及施工分包工作。

0 引言

隨著人們對(duì)環(huán)保要求的日益提高，電廠煙塵污染是一個(gè)重大的環(huán)保問(wèn)題，國(guó)家已經(jīng)制定出《鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)》，提出對(duì)煙塵濃度和林格曼黑度兩個(gè)最大允許控制指標(biāo)：最大允許煙塵濃度200mg/m3，林格曼黑度（炭黑粉塵）最大允許I級(jí)。為保證電除塵長(zhǎng)期高效、穩(wěn)定、節(jié)能運(yùn)行，對(duì)影響電除塵除塵效果的各種因素進(jìn)行分析具有重要意義。電除塵除塵原理見(jiàn)圖1。

圖1 電除塵原理

1 影響除塵效率的主要因素

影響電除塵除塵效率的因素有很多，有設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行等方面的原因。就每個(gè)方面而言，影響除塵效率的原因又很多，如運(yùn)行工況對(duì)電除塵性能的影響就包括煙氣性質(zhì)、粉塵特性、結(jié)構(gòu)因素和運(yùn)行因素等。這里僅從幾個(gè)側(cè)面，對(duì)影響電除塵效率的主要因素進(jìn)行分析。

1.1 設(shè)計(jì)因素

電除塵設(shè)計(jì)需要的原始資料包括鍋爐主要數(shù)據(jù)、燃煤特性、飛灰特性、其他煙氣參數(shù)以及廠址、氣象和地理?xiàng)l件。正確提供和選用這些資料，對(duì)于保持電除塵性能至關(guān)重要。然而在設(shè)計(jì)中，往往難以取得所需要的所有資料。例如飛灰化學(xué)成分分析，一般只分析SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO以及SO3等項(xiàng)目，而忽視去的Na2O、K2O、TiO2、MnO2、Li2O、P2O5及飛灰可燃的影響又是很重要的；另一個(gè)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題是目前我國(guó)在設(shè)計(jì)中選擇參數(shù)的命中率還不夠高，其原因是至今國(guó)內(nèi)尚無(wú)媒質(zhì)對(duì)電除塵特性影響的研究數(shù)據(jù)例如整流設(shè)備額定電壓與電流的選擇。除個(gè)別情形外，一般選擇過(guò)大。這種大馬拉小車有一系列弊端：電壓選擇過(guò)高，實(shí)際送不上去，可控硅導(dǎo)通角將被壓縮得很小，失配嚴(yán)重，調(diào)壓后的峰值將使電場(chǎng)過(guò)早擊穿，造成火花頻繁，反而降低除塵效率。電流選高了，整流器內(nèi)阻小，工作不穩(wěn)定，自動(dòng)控制和消弧困難，火花多，除塵效率也會(huì)降低。

印度瑞吉4×300MW燃煤項(xiàng)目電除塵引進(jìn)的是瑞典FLAKT公司設(shè)備，數(shù)十年來(lái)一直沿用至今，沒(méi)有根據(jù)市場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)更新、優(yōu)化，尤其是針對(duì)印度市場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。其高壓電控設(shè)備由分包廠商自行研發(fā)、采購(gòu)的組裝機(jī)，并且是首次運(yùn)用到瑞吉項(xiàng)目，把瑞吉項(xiàng)目作為試驗(yàn)臺(tái)。所涉及的電控設(shè)備沒(méi)有嚴(yán)格按照瑞吉項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，而是最原始非智能型“傻瓜機(jī)”，無(wú)法針對(duì)實(shí)際的運(yùn)行工況做出快捷調(diào)整達(dá)到良好的除塵效果。

1.2 安裝因素

電除塵的安裝質(zhì)量對(duì)電除塵的除塵效率有很大的影響。如果安裝質(zhì)量不好，對(duì)同一臺(tái)電除塵，其效率可以相差10%。例如，瑞吉項(xiàng)目1#號(hào)機(jī)組，在安裝期間，用戶安裝水平較差，缺乏專業(yè)技術(shù)人員，廠商工代監(jiān)督不力，造成運(yùn)行期間，芒刺線多處掉落，陽(yáng)極板變形，電場(chǎng)短路，振打系統(tǒng)不動(dòng)作等，給整改工作造成較大困難，影響機(jī)組移交。

1.3 粉塵特性因素

1.3.1 粉塵的粒徑分布

粉塵的粒徑分布對(duì)電除塵的效率有很大影響，分級(jí)除塵效率隨驅(qū)進(jìn)速度的增加而增大，而驅(qū)進(jìn)速度與粒徑的大小成正比?？偝龎m效率隨著粉塵粒徑的增大而增加，隨幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差的增加而減小，因此在電除塵設(shè)計(jì)或選型計(jì)算時(shí)，測(cè)定粉塵的粒徑分布是極為重要的，它是計(jì)算排出的濃度不至于超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)的基本依據(jù)。

1.3.2 粉塵的粘附性

如果粉塵的粘附性較強(qiáng)，沉積在收塵極板上的粉塵不易振打下來(lái)，使收塵極的導(dǎo)電性大為減弱，導(dǎo)致電暈電流減小。如果粘附在電暈極線上，會(huì)使電暈線粗大，降低電暈放電效果，粉塵難以充分荷電，導(dǎo)致效率降低。

粉塵的粘附性不僅與煙氣和粉塵的組成成分有關(guān)，而且與粉塵的粒徑有關(guān)，粒徑愈小，粘附性愈強(qiáng)。粉塵的粘附性主要包括分子引力、毛細(xì)管粘著力及靜電庫(kù)倫引力。但關(guān)于這些力的理論計(jì)算較為繁瑣，其結(jié)果還缺乏可靠性?？刹捎梅蹓m層的粘附強(qiáng)度作為評(píng)定粉塵粘附性的指標(biāo)。

為了克服粉塵粘附性大的缺陷，除塵器振打錘的設(shè)計(jì)一定要科學(xué)合理，既要保證有效清除極板極線上的粉塵，又要保證不產(chǎn)生二次飛揚(yáng)。振打制度也要設(shè)置合理，對(duì)收塵極振打可通過(guò)調(diào)整振打時(shí)間，保證極板上的粉塵成片剝落；對(duì)放電極振打，可通過(guò)調(diào)整振打錘的提升角度來(lái)保證足夠的振打力，如將頂部提升振打改為腰部撓臂振打，既提高了振打錘的振打力，又加快了振打周期，使電暈線經(jīng)常保持正常的工作狀態(tài)，保證電除塵的高效除塵效率。

1.3.3 粉塵的比電阻

電除塵的性能，很大程度上取決于粉塵的比電阻，見(jiàn)圖2。電除塵最適合的比電阻的范圍是104~5×1010，當(dāng)比電阻小于正常值時(shí)荷電粉塵一旦到達(dá)收塵極表面，便很快釋放電荷，并由于靜電感應(yīng)而很快獲得與席吸塵性相同的正電荷，若帶正電荷的粒子與吸塵極之間的排斥力大的足以克服粒子對(duì)極板的附著力，塵粒就會(huì)從極板上跳回氣流中，重返氣流中的塵粒再次荷電后被捕集，又再次跳出去，最終可能被氣流帶出電除塵，導(dǎo)致效率降低。相反，如果塵粒比電阻過(guò)大，沉寂在極板上的塵粒釋放電荷的速度緩慢，形成很大的電附著力，這樣不僅清灰困難，而且隨著粉塵層的增厚，造成粉塵電荷積累過(guò)大，與吸塵極板產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大電場(chǎng)，這電場(chǎng)不但減弱了電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度，排斥其他粉塵向極板運(yùn)動(dòng)，當(dāng)粉塵層的厚度大于其臨界值時(shí)，還會(huì)在粉層的孔隙間產(chǎn)生局部擊穿，導(dǎo)致反電暈。在反電暈情況下，粉塵二次揚(yáng)塵嚴(yán)重，電能消耗增加，除塵性能惡化甚至無(wú)法工作。

圖2 粉塵比電阻的對(duì)燃煤機(jī)組的影響

1.4 煙氣性質(zhì)的因素

1.4.1 煙氣溫度

煙氣溫度不僅對(duì)粉塵比電阻有影響，而且對(duì)電暈始發(fā)電壓、火花放電電壓、煙氣量等有影響，隨溫度的上升，電暈電壓減小、火花電壓降低。煙氣溫度上升會(huì)導(dǎo)致煙氣處理量增大，電場(chǎng)風(fēng)速提高，引起除塵效率下降。當(dāng)煙氣溫度超過(guò)300℃時(shí)，就需要采用耐高溫材料且要考慮電除塵的熱膨脹變形問(wèn)題。電除塵通常適用的溫度范圍是100~250℃。

1.4.2 煙氣濕度

原料和燃料中含有水分，參與燃燒的空氣也含有水分。因此燃料燃燒的產(chǎn)物及煙氣中含有水蒸氣，對(duì)電除塵的運(yùn)行是有害的。但是在有孔、門等漏風(fēng)的地方，由于在這里煙氣溫度降至露點(diǎn)以下，就會(huì)造成酸腐蝕。增濕可以降低比電阻，提高除塵效率。為了防止煙氣腐蝕，電除塵外殼應(yīng)加保溫層，使煙氣溫度都保持在和濕度相對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度之上。

1.4.3 含塵質(zhì)量濃度

電除塵對(duì)煙塵入口質(zhì)量濃度有一定的適宜范圍，在入口質(zhì)量濃度過(guò)高時(shí)需要在電除塵前增設(shè)預(yù)收塵裝置。在負(fù)電暈情況下，在電場(chǎng)空間的含塵氣流中主要有三種粒子：電子、負(fù)氣體離子、帶負(fù)電的塵粒。所以，點(diǎn)暈電流一部分由電子和負(fù)離子運(yùn)行形成，一部分由荷電粉塵形成。但由于粉塵的大小和質(zhì)量大于氣體離子，其運(yùn)動(dòng)速度要比氣體離子小得多，因此，帶電粉塵所形成的電暈電流很小。隨著煙塵含塵質(zhì)量濃度的增加，帶電粉塵數(shù)量增多，雖然所形成的電暈電流不大，但形成的空間電荷卻很大，嚴(yán)重抑制電暈電流的產(chǎn)生，使塵粒不能獲得足夠的電荷，以致二次電流大幅度的下降，如果含塵濃度太大時(shí)，可能使電流趨于零，使運(yùn)行參數(shù)明顯下降、收塵效果明顯惡化，這種現(xiàn)象稱為電暈閉塞。

1.5 振打除灰裝置因素

1.5.1 振打周期和時(shí)間

電除塵一般均采用錘擊振打方式清灰。在陰陽(yáng)極錘擊振打力度和均勻性都滿足要求時(shí)，陰陽(yáng)極錘擊振打制度（周期、時(shí)間）是否合理對(duì)除塵效率的影響極大。錘擊振打周期對(duì)除塵效率的影響在于清灰時(shí)能否使脫落的塵塊直接落入灰斗中。振打周期過(guò)長(zhǎng)，極板積灰過(guò)厚，將降低帶電粉塵的極板上的導(dǎo)電性能，降低除塵效率。振打周期過(guò)短，粉塵會(huì)分散成碎粉落下，引起較大的二次揚(yáng)塵。

1.5.2 陰陽(yáng)極錘擊振打裝置發(fā)生故障

電除塵振打裝置有繞臂振打即陽(yáng)極振打安裝于電除塵側(cè)部和提升脫鉤振打即陰極振打安裝于電除塵頂部。在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的故障是振打錘和砧板脫落、振打軸或電瓷軸發(fā)生斷裂、塵中軸承損壞就會(huì)使陰極芒刺線和陽(yáng)極板上大量積灰，導(dǎo)致運(yùn)行電流下降，火花增加、電暈封閉和電廠短路跳閘導(dǎo)致電場(chǎng)不能運(yùn)行。另外由于安裝技術(shù)和金屬熱膨脹的原因可造成振打錘與砧板偏移，削弱了振打力，使得電機(jī)積灰嚴(yán)重。在安裝振打軸時(shí)，軸的同心度超過(guò)公差范圍，致使聯(lián)軸器經(jīng)常斷裂，造成振打軸停轉(zhuǎn)、線積灰，電壓下降，除塵效率低。

1.6 電除塵除灰系統(tǒng)因素

1.6.1 灰斗堵灰

由于灰斗加熱器損壞和保溫不良以及鍋爐受熱面泄露產(chǎn)生大量水蒸氣使灰變潮濕，落入灰斗的灰塵粘結(jié)“搭橋”，使粉塵不能及時(shí)排出，形成大量粉塵在灰斗中堆積，等粉塵積灰漫過(guò)陰、陽(yáng)極板，形成了電場(chǎng)短路使電場(chǎng)跳閘，不能運(yùn)行。

1.6.2 輸灰系統(tǒng)故障

要保證灰斗中灰及時(shí)排出，必須維護(hù)好倉(cāng)泵運(yùn)行，一旦倉(cāng)泵發(fā)生故障后，發(fā)現(xiàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或檢修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（如不及時(shí)停止電場(chǎng)運(yùn)行），將會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)灰斗堵灰，將振打軸和振打錘埋在灰里面，使振打軸或錘損壞。

2 結(jié)語(yǔ)

以上僅是討論了主要影響因素，除此之外，除塵效果還受不同生產(chǎn)工藝、操作等因素的影響。盡管電除塵是燃煤熱電廠的主要設(shè)備之一，但由于電除塵性能、健康水平并不直接威脅機(jī)組發(fā)電和供熱的安全，運(yùn)行中的一些缺陷往往得不到重視，最終缺陷進(jìn)一步升級(jí)，造成煙塵排放超標(biāo)，被地方環(huán)保部門警告或處罰，因此，在實(shí)際安裝、生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格把關(guān)，具體情況具體分析，真正對(duì)癥下藥，把影響電除塵功能發(fā)揮的因素徹底消除，使之高效運(yùn)行。

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