提高粗煤氣電收塵器性能的探討

王自學(xué)， 李 麗， 樊 卉

（河鋼邯鋼邯寶鋼鐵有限公司， 河北 邯鄲 056003）

高爐冶煉過(guò)程中要產(chǎn)生大量的煤氣，這些荒煤氣的含塵量很大（10～40 g/m3），必須經(jīng)過(guò)凈化處理后，使之含塵量降到10 mg/m3以下才可以回收利用。煤氣含塵量的降低由電收塵器來(lái)完成。

電收塵器是利用靜電力（庫(kù)侖力）實(shí)現(xiàn)粒子與氣體分離沉降的裝置。其除塵過(guò)程可以分為粒子荷電、粒子沉降和粒子清除三個(gè)階段。通過(guò)對(duì)含塵煤氣施加一電位梯度有所變化的非均勻電場(chǎng)（直流高電壓），使之在放電極的電暈區(qū)域內(nèi)電離（含塵煤氣在電場(chǎng)加壓過(guò)程中，經(jīng)歷飽和區(qū)電子與中性原子的彈性碰撞，無(wú)聲自發(fā)放電二次放電段和電暈區(qū)電離放電三個(gè)階段），生成大量的自由電子和正離子，在庫(kù)侖力的作用下，荷電離子被驅(qū)往集塵極，到達(dá)集塵極表面放出電荷而沉積其上，從而實(shí)現(xiàn)高爐煤氣的凈化處理，在這一過(guò)程中，電收塵器的收塵性能是直接制約高爐煤氣凈化系統(tǒng)凈化能力的因素[1]。

影響電收塵器收塵性能的因素很多，其中粉塵的比電阻對(duì)電收塵器性能的影響最為突出。主要表現(xiàn)在兩方面：第一，在通用的單區(qū)板式電收塵器中，電暈電流必須通過(guò)極板上的粉塵層傳導(dǎo)到接地的電收塵極上。如果粉塵的比電阻值超過(guò)臨界值時(shí)，電暈電流通過(guò)粉塵層就會(huì)受到限制，從而影響粉塵粒子的荷電量、荷電率和電場(chǎng)強(qiáng)度，最終導(dǎo)致電收塵器收塵效率的降低。第二，粉塵的比電阻對(duì)粉塵的黏附力有很大的影響，粉塵的高比電阻導(dǎo)致粉塵的黏附力特別大，以至于清除集電極上的灰塵層需要加大振打強(qiáng)度，使得灰塵出現(xiàn)大于正常情況下的二次飛揚(yáng)，最終降低除塵效率。

1 影響電收塵器收塵效率的因素

根據(jù)多依奇一安德森方程式：

η為收塵效率；S為總集塵極板面積；Q為含塵氣體的流量；wp為粒子有效驅(qū)進(jìn)速度（在工業(yè)電除塵器中，有效驅(qū)進(jìn)速度大致范圍是0.2～2.0 m/s）。

可以歸納出影響電收塵效率的因素為如下幾方面：

1）粉塵特性的影響，粉塵特性有粉塵粒徑、粉塵濃度和粉塵黏附性。粉塵粒徑對(duì)粒子的有效驅(qū)進(jìn)速度和除塵效率影響很大，其關(guān)系如圖1、圖2所示。粉塵黏附性過(guò)強(qiáng)會(huì)造成電暈線肥大和集塵極板粉塵堆積，影響電場(chǎng)臨界電暈電壓，降低收塵效率。

圖1 驅(qū)進(jìn)速度與粒徑的關(guān)系

圖2 除塵效率與粒徑的關(guān)系

2）含塵煤氣的性質(zhì)。含塵氣體的性質(zhì)包括溫度、濕度、壓力、組成和氣流通過(guò)收塵器的速度等幾方面。

3）粉塵的比電阻。其中以粉塵比電阻對(duì)電收塵器收塵效率的影響最大。

電收塵器運(yùn)行的最適宜比電阻范圍一般為104～2×1010Ω·cm。如果比電阻過(guò)低，帶負(fù)電的粒子到達(dá)集塵極后，釋放負(fù)電荷的同時(shí)又感應(yīng)了正電荷，在斥力的作用下，粒子會(huì)重返氣流或跳躍式地沿著極板表面前進(jìn)，從而降低收塵效率，甚至造成灰塵的二次飛揚(yáng)。反之，如果粒子比電阻過(guò)高，則到達(dá)集塵極的粒子釋放電荷很慢，甚至有殘余電荷。這樣會(huì)排斥隨后而至帶同性電荷的粒子，并影響其沉降。而且隨著極板上粉塵層的不斷變化，在粉塵層和極板之間形成了一個(gè)電壓降，以至于粉塵層空隙中的氣體被電離，即反電暈，其結(jié)果使集塵電場(chǎng)強(qiáng)度減弱，影響了粒子的沉降和收塵效率。

2 影響粉塵比電阻的因素

影響粉塵比電阻的因素很多，但在實(shí)際情況下決定于粉塵和氣體的溫度和成分。粉塵比電阻隨溫度和成分的變化而變化。當(dāng)溫度超過(guò)225℃以后，粉塵的比電阻隨溫度的升高而降低（粉塵導(dǎo)電主要靠粉塵自身內(nèi)的電子或離子進(jìn)行所謂容積導(dǎo)電），與含塵氣體的成分無(wú)關(guān)；當(dāng)溫度低于140℃時(shí)，粉塵的比電阻隨溫度的降低而降低（粉塵導(dǎo)電主要靠塵粒表面吸附的水分和化學(xué)膜進(jìn)行的所謂表面導(dǎo)電），并與含塵氣體的成分有關(guān)，其關(guān)系如圖3所示。

圖3 溫度-比電阻的關(guān)系

在容積導(dǎo)電占優(yōu)勢(shì)的高溫范圍內(nèi)，粉塵比電阻就稱之為容積比電阻，其值隨溫度升高而減小。同樣道理，在表面導(dǎo)電占優(yōu)勢(shì)的低溫范圍內(nèi)，粉塵比電阻稱為表面比電阻，其值隨溫度升高而增大，隨含水率增大而減小。如果在容積導(dǎo)電和表面導(dǎo)電的中間溫度范圍內(nèi)，粉塵比電阻是容積比電阻和表面比電阻的合成。此時(shí)，粉塵的比電阻值將達(dá)到最高值，在高爐煤氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)盡量避免這種情況的出現(xiàn)[2]。

3 降低粉塵比電阻的措施

由于粉塵高比電阻的存在，使得電收塵器的收塵效率受到了很大的影響。其影響曲線如圖4所示。

圖4 收塵效率-比電阻曲線

從圖4可以看出，降低粉塵比電阻可以大幅度提高收塵效率。降低粉塵比電阻有三種途徑。

3.1 進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理

所謂調(diào)質(zhì)處理就是向高爐煤氣中加入導(dǎo)電性能好的物質(zhì)，比如：炭黑、SO2、NH3、噴水和水蒸汽等。通過(guò)增加粉塵的導(dǎo)電性能，提高收塵效率。

3.2 采用高溫電除塵器

粉塵有體積導(dǎo)電與表面導(dǎo)電兩種機(jī)理。溫度超過(guò)225℃時(shí)粉塵以體積導(dǎo)電為主；低于140℃時(shí)以表面導(dǎo)電為主。如果溫度介于兩者之間時(shí)，粉塵的比電阻值會(huì)達(dá)到最大值（見(jiàn)圖3），通過(guò)提高溫度就可以降低比電阻。

3.3 采用脈沖供電系統(tǒng)

常規(guī)電收塵器用自耦變壓器人工降壓，用機(jī)械整流器供電。這種供電方式要求供電電壓盡可能高。但電壓升高到一定值后，將產(chǎn)生火花放電，放電的同時(shí)極間電壓下降?；鸹ǖ臄_動(dòng)使極板上產(chǎn)生粉塵二次飛揚(yáng)。

脈沖供電系統(tǒng)的簡(jiǎn)單原理是通過(guò)改變脈沖頻率使電收塵器的電暈電流在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)（與收塵器的電壓無(wú)關(guān)）。因此可以將電暈電流調(diào)整到反電暈的極限，而不降低電壓。

脈沖供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)供電系統(tǒng)相比具有兩大優(yōu)點(diǎn)：第一，可控制收塵器的火花率不超過(guò)限定值而輸入功率保持最大的允許值；第二，可以避免人工控制時(shí)電壓運(yùn)行參數(shù)的漂移，避免由于頻繁調(diào)節(jié)而出現(xiàn)的跳閘現(xiàn)象，使電收塵器在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行。通過(guò)采用脈沖供電系統(tǒng)可以增加電收塵器電場(chǎng)收集高比電阻粉塵的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

粉塵的高比電阻是制約電收塵器收塵性能的重要環(huán)節(jié)。為了提高收塵效率，可綜合采用以上三種途徑來(lái)降低粉塵的比電阻值，尤其是改變脈沖頻率對(duì)降低粉塵比電阻和提高電收塵器性能效果更明顯。目前改變脈沖頻率來(lái)降低粉塵比電阻已在高爐煤氣除塵系統(tǒng)中有所應(yīng)用，并取得良好效果。

[1]傅作保.工業(yè)廢氣凈化技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1975.

[2]余志祥.變頻控制[M].北京：電子工業(yè)出版社,1982.