電除塵器升級改造的幾項措施

王素敏庫祥臣

1.河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽 471003；2.河南中材環(huán)保有限公司，河南 平頂山 467000

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電除塵器升級改造的幾項措施

王素敏1,2庫祥臣1

1.河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽 471003；2.河南中材環(huán)保有限公司，河南 平頂山 467000

摘 要有兩點影響電除塵器收塵效率的因素在升級改造中不容輕視：其一，對不同比電阻粉塵的選擇性、適應(yīng)性，尤其在對高、低段比電阻的粉塵處理上的難題；其二，電場內(nèi)氣流沖刷和振打清灰等所帶來的二次揚(yáng)塵問題。采取的措施是：增加新電場保證足夠的集塵極面積；修復(fù)或換新電場內(nèi)部件以及修復(fù)殼體的腐蝕漏風(fēng)；糾正氣流均布問題；更換先進(jìn)的電源；煙氣增濕調(diào)質(zhì)。

關(guān)鍵詞電除塵器 集塵極面積 漏風(fēng) 氣流均布 電源 增濕調(diào)質(zhì)

0　引言

電除塵器理論上屬于電物理學(xué)，但它實際上卻涉及到了許多其它的學(xué)科，電除塵設(shè)備的機(jī)理及結(jié)構(gòu)特征，使其在實際使用當(dāng)中受到制約和影響，造成收塵效率低下的因素有很多：既有設(shè)備本身的選型和生產(chǎn)制作、組對安裝因素，還有煙氣粉塵性質(zhì)、工藝運(yùn)行條件、維護(hù)管理等的影響（編者注：本期推出《影響水泥窯頭電除塵器收塵效率的因素》有詳細(xì)闡述）。

當(dāng)前，針對以上因素已有很多成熟的改造措施，筆者認(rèn)為，有兩個方面需要在此作詳細(xì)交流：其一，對不同比電阻粉塵的選擇性、適應(yīng)性，尤其在對高、低段比電阻的粉塵處理上的難題；其二，電場內(nèi)氣流沖刷和振打清灰等所帶來的二次揚(yáng)塵問題。

針對電除塵器運(yùn)行中的這兩個問題，結(jié)合其原理特征及應(yīng)用情況分析研究，可采取一種或幾種措施，對現(xiàn)有的靜電除塵器進(jìn)行增效升級改造。

1　改造措施

1.1 增加新電場保證足夠的集塵極面積

本措施可采取串聯(lián)、并聯(lián)或加高電場的方法。不過綜合性價比來說，采用串聯(lián)電場的方法比較通行實用和便于實施。

在實際案例應(yīng)用時，需結(jié)合實踐經(jīng)過科學(xué)的計算，在保證趨近速度、停留時間等前提下，確定好需要增加的面積。之后需要注意的是，在增設(shè)電場時不管是幾條帶，都要有完整的進(jìn)、出氣端頂梁。

另外，電除塵器的技術(shù)在本體結(jié)構(gòu)上已經(jīng)有新的改進(jìn)，如若選擇在末電場串聯(lián)增加電場，則建議根據(jù)實際情況考慮采用腰部振打清灰技術(shù)或旋轉(zhuǎn)陽極技術(shù)等新技術(shù)結(jié)構(gòu)技改。

這兩種技術(shù)，均是針對清灰系統(tǒng)的改進(jìn)，有效控制了除塵設(shè)備因末級電場的振打清灰?guī)淼亩螕P(yáng)塵所造成的排放波動超標(biāo)情況。

在應(yīng)用中，流經(jīng)靜電除塵設(shè)備的含塵煙氣，在前極電場內(nèi)，顆粒大的、比電阻合適容易荷電被收集的粉塵，均在沉降作用和靜電引力吸附作用下被攔截處理。這樣，煙氣中的大部分粉塵被前級電場處理后，能到達(dá)后級電場的少量粉塵一般都是極細(xì)微，又不容易通過荷電被收集的粉塵。這樣的粉塵被收集后粘附力強(qiáng)，粉塵量少亦不容易形成粉塵層，不容易被清除。因而，振打清灰時，在后級電場內(nèi)這樣的粉塵極易因二次揚(yáng)塵，被帶出電場造成粉塵的間歇超標(biāo)排放。如若降低后級電場的振打清灰力度，因其粘附力強(qiáng)又不能被有效清除，影響電場的電離放電，仍然會導(dǎo)致后級電場不能充分發(fā)揮性能，造成除塵效率降低。

腰部振打技術(shù)和旋轉(zhuǎn)陽極技術(shù)能有效地克服上述問題，減輕這種效應(yīng)。

1.2 修復(fù)或換新電場內(nèi)部件以及修復(fù)殼體的腐蝕漏風(fēng)

因需要改造的收塵器使用時間都比較長，有些已經(jīng)超過十年，甚至更長，因此進(jìn)行更換狀態(tài)不佳的內(nèi)部件已經(jīng)顯得非常必要，至少要進(jìn)行一下大修，保證收塵器處于一個完好的狀態(tài)，這是保證除塵效率的前提。

大修的內(nèi)容包括修復(fù)或換新收塵器的陽極板、陰極框架管和極線，同時經(jīng)過認(rèn)真仔細(xì)地調(diào)整，保證極間距誤差在允許范圍內(nèi)。振打清灰系統(tǒng)的修復(fù)或更新，尤其是陰極的振打清灰系統(tǒng)，很容易因提升釋放裝置故障導(dǎo)致振打力不足或振打失效。檢查和修復(fù)殼體的腐蝕漏風(fēng)情況，并合適處理。

1.3 糾正氣流均布問題（主要指進(jìn)氣口和煙道風(fēng)管）

這一重要要求，通常容易被忽視，導(dǎo)致除塵設(shè)備的性能降低或失效。

根據(jù)除塵器設(shè)計使用規(guī)范，在進(jìn)氣口前段一般要求至少要有煙道直徑3～5倍的直管段，但是在實際建設(shè)時，這一點通常被工藝設(shè)計所忽視。如圖1，左側(cè)是技術(shù)要求，右側(cè)是不合理布置。

對電除塵器來說氣流均布非常重要，如果進(jìn)氣口風(fēng)速不均勻，則意味著電場內(nèi)部有高低速區(qū)[1]，勢必由此造成渦流和死角，它對除塵效率的影響很大。根據(jù)我國電除塵器氣流分布均勻性評價標(biāo)準(zhǔn)——均方根差值法[1]:

式中，σ—相對均方根；

n—斷面測試點數(shù)；

Vi—第i點風(fēng)速；

氣流均布性應(yīng)滿足σ≤0.2的要求。

圖1　進(jìn)風(fēng)管道要求（左）和進(jìn)風(fēng)管道不合理布置（右）

氣流分布不均勻造成的后果很嚴(yán)重，如果有20%的斷面煙氣流速高于平均流速的50%，則出口排放濃度將增加一倍。偏風(fēng)不但會導(dǎo)致進(jìn)氣口內(nèi)的氣流均布裝置功能降低，還會造成氣體分布板局部受沖刷磨損而壽命降低。氣體分布板局部磨損后，氣流分布狀況愈加惡化，收塵效率進(jìn)一步降低。

保證除塵器工作效率的一個重要的要求，是煙氣必須垂直進(jìn)入除塵器的進(jìn)氣口，以利于進(jìn)氣口內(nèi)氣體分布板調(diào)整氣流，促使進(jìn)入電除塵器內(nèi)部的氣流分布更均勻。因而，氣流分布除進(jìn)口喇叭和分布板設(shè)計外，還與工藝煙道的設(shè)計布置有關(guān)。很多生產(chǎn)線進(jìn)電除塵的風(fēng)管設(shè)計不合理（圖1 右圖），造成進(jìn)電除塵的氣體偏風(fēng)嚴(yán)重，影響收塵效果，改造風(fēng)管難度較大。經(jīng)設(shè)計研究和模擬，我們找到這樣一種方法，在改造時可以根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)計，在進(jìn)氣口增設(shè)一個發(fā)射板（見圖2），去盡可能地改善氣流的流向及分布。

圖2　進(jìn)氣口新型發(fā)射板

實踐證明，加裝發(fā)射板之后明顯改善了氣流均布，設(shè)備的效率得到了顯著提高。

電除塵器在使用時，還可能因高溫、風(fēng)量過高等超負(fù)荷造成進(jìn)氣口內(nèi)氣體分布板的損壞和脫落，檢修改造時發(fā)現(xiàn)后也要及時修復(fù)，否則第一層破了，還會引起第二層破損，本來是一塊，還會隨著運(yùn)行擴(kuò)散到周邊等，引發(fā)更惡劣的情況。

1.4 更換先進(jìn)的電源

電源是電場工作的動力，電源的供電特性對電場工作起著至關(guān)重要的影響，適當(dāng)而穩(wěn)定的工作電流是實現(xiàn)高效收塵的保障。

電場是一個變阻抗負(fù)載。一方面，它受到煙塵條件的影響（煙氣流量、煙氣溫度、含水率、含塵濃度等），又受到內(nèi)部件狀態(tài)的影響（如極間距均勻程度、板線附灰情況等）；另一方面，電場阻抗還隨著電場放電的發(fā)展（電暈電流的增大）而呈現(xiàn)下降的趨勢。特別地，當(dāng)電場內(nèi)出現(xiàn)大的火花并發(fā)展至弧光擊穿時，電場阻抗急劇下降。因此，火花響應(yīng)與擊穿恢復(fù)是供電控制的焦點。

前期的電收塵器采用了普通可控硅高壓供電裝置，其控制原理是通過可控硅觸發(fā)導(dǎo)通電壓正弦波以控制電場放電，再通過反饋的火花信號決定下一半波導(dǎo)通角的大小。其控制目標(biāo)是通過控制火花頻率和火花能量，防止電場出現(xiàn)擊穿，以保護(hù)回路上的機(jī)電器件免遭燒損。當(dāng)電場內(nèi)出現(xiàn)火花頻率過高或火花能量過大時，控制系統(tǒng)將切掉若干個半波以保證工作電流不超過額定值。故此，電場運(yùn)行參數(shù)無法到達(dá)電場工作要求的最佳值。高壓供電系統(tǒng)對火花信息過于敏感則造成電場運(yùn)行參數(shù)偏低或不穩(wěn)定，由于火花率響應(yīng)、導(dǎo)通角改變干擾了電場的正常放電，平均電暈功率下降，收塵效率降低。

采用脈沖電源、高頻電源、恒流源或三相電源可以有效地改善供電性能，提高電除塵器的效率。

高頻電源與普通電源相比，前者具有如下特點利于除塵效率提高：

（1）供電穩(wěn)定，電離性能好。由于供電脈沖頻率高，可以提供連續(xù)平滑的高壓直流電壓，不像普通硅整流電源那樣存在較大的起伏，因此高頻電源可以為電場工作提供更高的直流電流。

（2）更好的火花控制特性。當(dāng)電場擊穿放電時，普通硅整流電源不能及時關(guān)斷，直到電流過零，會引起較大的電流沖擊，致使火花能量更大，恢復(fù)時將更長。而高頻電源由于其頻率高供電的每個脈沖時間更短，因此當(dāng)檢測到火花放電的不利因素時能及時關(guān)斷，火花能量小，恢復(fù)時間快，對除塵器的正常工作效率的影響小?；鸹刂戚敵鲭妷翰ㄐ螌Ρ纫妶D 3。

圖3　火花控制輸出電壓波形對比

1.5 煙氣增濕調(diào)質(zhì)

預(yù)熱鍋爐運(yùn)行時，煙氣溫度在90～130 ℃范圍內(nèi)，適當(dāng)增加煙氣中的含水率，可使粉塵比電阻降低到合適的范圍。增濕后，相同溫度下，運(yùn)行二次電壓及電流也得到升高，除塵效率相應(yīng)提高?？梢姡瑹煔庠鰸駥Ω纳齐姵龎m器性能的作用是顯著的。

因而，可以在電除塵器前增設(shè)一套煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)——向余熱鍋爐出氣煙道添加蒸汽，降低粉塵比電阻，提高粉塵的可收性，可大大提高電場運(yùn)行水平，降塵效率隨之提高。此措施尤其適合窯頭電收塵器的技改。

根據(jù)環(huán)境大氣濕度的不同，蒸汽用量也不同，蒸汽流量的控制由蒸汽調(diào)節(jié)裝置完成。此措施雖然消耗蒸汽減少發(fā)電產(chǎn)能，但是相比粉塵超排所帶來的問題還是很經(jīng)濟(jì)的。

2　改造設(shè)計案例

表1為某水泥廠三電場高壓靜電除塵設(shè)備增效技改的方案措施及運(yùn)行情況。

本案例，實施改造前排放超標(biāo)，尤其在余熱發(fā)電投運(yùn)并停磨時更為明顯。根據(jù)踏勘情況，有針對性的技改方案措施有：在末端串聯(lián)增加電場；陰極振打方式改為腰部振打；對進(jìn)氣口氣流分布系統(tǒng)進(jìn)行改造；對增濕塔系統(tǒng)檢修恢復(fù)；對原內(nèi)部件調(diào)整修復(fù)；更換一、二電場兩臺普通硅整流電源為高頻電源等。

從表2電場的運(yùn)行參數(shù)來看，在粉塵荷電情況上，技改前后有了很大的提升。通過檢測，達(dá)到預(yù)期的改造目標(biāo)。

案例中:（1）足夠的集塵極面積（總收塵面積）和比集塵面積是粉塵被收集的必備條件。

（2）采取的均布措施和對風(fēng)速的控制，有效減輕了流經(jīng)電場的廢氣對被收集粉塵的沖刷而造成的二次揚(yáng)塵問題。同時，也可以給粉塵在電場內(nèi)的荷電以及粉塵向收塵極移動最終抵達(dá)收塵極提供保障（與停留時間、趨近速度因素共同決定）。

（3）修復(fù)增濕塔降溫調(diào)質(zhì)功能，并采用高頻電源提高向電場供電的性能，尤其對高比電阻粉塵的荷電有很大的幫助。

結(jié)合實踐經(jīng)驗：電場風(fēng)速在0.8 m/s以下，趨近速度能控制到7 cm/s以下，電場的停留時間應(yīng)盡量控制在22～24 s以上，比集塵面積要達(dá)到100～110 m2/(m3/s)以上，是電除塵器實施改造很重要的技術(shù)參考指標(biāo)。

表1　改造前后設(shè)計運(yùn)行參數(shù)

表2　改造前后電場升壓情況參數(shù)

3　結(jié)束語

通過以上電改電技改措施的實施，大多數(shù)電除塵器是可以大幅提高收塵效率的。另外，由于影響電除塵除塵效率因素的復(fù)雜性，成功的電改電技改方案可以參考，不能復(fù)制照搬，需要根據(jù)不同生產(chǎn)線的工藝及不同設(shè)備狀況，去具體項目具體分析，根據(jù)實際情況設(shè)計制作針對性的方案，采取一項或多項合適的措施相互配合，使本體、電控、氣體均布等達(dá)到最佳狀態(tài)，從而實現(xiàn)技改目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 黨小慶, 劉婷, 胡紅勝, 等.5 000 t/d回轉(zhuǎn)窯窯尾電除塵器氣流分布數(shù)值模擬研究[J].水泥工程,2010(4):9-13.

[2] 黎在時.電除塵器的選型安裝與運(yùn)行管理[M].北京：中國電力出版社, 2005.

中圖分類號：TQ172.688.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-0473(2016)02-0078-04

DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.02.014

收稿日期：（2015-11-28）