15第三节影响电除尘器性能的主要因素.ppt

第三节影响电除尘器性能的主要因素 影响电除尘器性能的因素很多 人们把这些众多因素大致归纳为如下五个方面 1 粉尘特性 主要包括粉尘的化学成分 粒径分布 真密度和堆积密度 粘附性和比电阻等 2 烟气性质 包括烟气温度 压力 成分 湿度 流速和含尘浓度等 3 结构因素 包括电晕线的几何形状 直径 数量和线间距 收尘极的形式 极板断面形状 极板间距 极板面积 电场数 电场长度 供电方式 振打方式 气流分布装置 外壳严密程度 灰斗形式和出灰口锁风装置等 4 操作因素 包括伏 安特性 漏风 气流短路 粉尘二次飞扬和电晕线肥大等 5 电气与控制特性 包括高压供电质量 低压控制特性以及控制方式等 特别是粉尘和烟气的特性 对电除尘器的性能影响尤为显著 因为烟尘发生装置的类型 结构 燃料的种类 过量空气系数 燃烧方式以及其它条件的不同 电除尘器的性能有显著变化 因此 电除尘器与其它除尘装置一样 即使有良好的除尘性能 但是由于外界条件的变化 也会往往达不到预期的效果 而且电除尘器对外界条件的变化较其它除尘装置更为敏感 所以在设计或选用电除除器之前应充分熟悉和掌握影响电除尘器性能的诸多因素 才能保证电除尘器的安全稳定高效运行 一 粉尘特性的影响 1 粉尘粒径分布粉尘的粒径分布对电除尘器除尘效率有较大影响 这是因为荷电粉尘的驱进速度随粉尘粒径的不同而变化 驱进速度与粒径大小成正比 通常粉尘的粒径越大 其除尘效率越高 但是在实际生产中 即使粉尘粒径分布相同 而粉尘的成分 物理和化学性质若有差异 驱进速度也不尽相同 粉尘粒径越细其附着性越强 吸附在电极上的细粉尘不容易振打下来 这样会使电除尘器的性能降低 在确定电除尘器满足粉尘排放标准的能力时 所考虑的粉尘粒径分布应该比现有的稍小一些 为的是留有安全裕度 以保证在操作条件发生变化 排出的粉尘浓度也不致于超出国家规定的排放标准 2 粉尘真密度和堆积密度粉尘真密度的影响虽然不象靠重力和离心力进行分离的机械收尘装置那样重要 但是已经分离出来的粉尘在落入灰斗时也要靠重力 所以粉尘真密度对电除尘器性能的影响也应加以考虑 所谓堆积密度是指固体微粒的集合体 测出包括粒子间气体空间在内的体积并取固体粒子的质量求得的密度 粒子间的空间体积与包括粒子群在内的全部体积之比 通常称为空隙率 用字母p表示 空隙率 真密度 与堆积密度 a之间的关系用下式表示 3 72 真密度 对一定的物质而言是一定的 而堆积密度 a则与空隙率p有关 随着充填程度不同而有大幅度的变化 如果 与 a之比越大 则由于粉尘再飞扬而对除尘性能的影响也就越大 当 a比值在l0左右时 由于烟气的偏流或漏风对粉尘再飞扬的影响会很大 所以在电除尘器的设计与运行时对此应予以足够的重视 3 粉尘的粘附性由于粉尘有粘附性 可使微细粉尘颗粒凝聚成较大的粒子 这对粉尘的捕集是有利的 若粉尘的粘附性强 粉尘会粘附在电极上 即使加强振打力 也不容易将粉尘振打下来 就会出现电晕线肥大和收尘极板粉尘堆积的情况 影响工作电压升高 致使除尘效率降低 所以设计电除尘器时 对粉尘的粘附性应予以充分考虑 粉尘的粘附力从微观上看 包括分子力 毛细粘附力和静电力 分子力的计算实际上由于假设条件缺乏可靠性 除特殊情况外 分子力几乎不起多大作用 静电力很小也可不予考虑 而毛细粘附力则是不应忽视的 因为工业窑炉排出的烟气中 往往含有水分 无水硫酸或具有凝聚性的有机物质 尘粒之间或尘粒与器壁表面都存在粘附力 粉尘受潮或干燥 都将影响粉尘粘附力的变化 此外粉尘的几何形状 粒径分布等其它物性对粘附性也有影响 如粉尘的比表面积对粘附性的影响就比较大 粉尘粒径越小 比表面积越大 粒子表面的自由能被看成是原子 分子的凝聚能 所以粒子群的总表面能就可表示为表面自由能和全表面积的乘积 这意味着粒子的总表面能决定粒子表面的活性 所以比表面积对粉尘的附着性和凝聚性有比较大的影响 4 粉尘的比电阻粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的指标 它对电除尘器性能的影响主要表现在两个方面 一是电晕电流必须通过极板上的粉尘层传导到接地的收尘极上 若粉尘的比电阻超过临界值时 电晕电流通过粉尘层就会受到限制 这将影响到电晕放电特性 最终影响除尘效率 二是粉尘的比电阻对粉尘的粘附力有较大的影响 高比电阻粉尘的粘附力大 清除电极上的粉尘层要增大振打强度 这将导致比正常情况下的二次飞扬大 最终也影响到除尘效率 1 粉尘比电阻的定义由电工学得知各种物质的电阻与其长度成正比 与其截面积成反比 并和温度有关 用r代表一种材料在某一温度下的电阻 则有下列关系 3 73 由此可知 粉尘的比电阻就是其后度和横截面积各为1单位时的电阻 比电阻的倒数又称为电导率 沉积在电除尘器收尘极表面上的粉尘必须具有一定的导电性 才能传导从电晕放电产生大量的离子流 根据理论和实践得知 其最小的电导率为10 10 1 cm 1 和普通金属相比 这是很微弱的电导率 但是比良好的绝缘体的电导率要大得多 工业窑炉产生的粉尘 其比电阻的范围很广 从炭黑的10 3 cm到石灰石粉尘的1014 cm 温度100 c 根据粉尘的比电阻对电除尘器性能的影响 大致可分为三个范围 104 cm 比电阻在这一范围内的粉尘 称为低比电阻粉尘 104 5 1010 cm 比电阻在这一范围内最适合于电除尘 称为中等比电阻粉尘 5 1010 cm 比电阻在这一范围内的粉尘 称为高比电阻粉尘 实验室内测定的比电阻值与烟道工况比电阻值是有差异的 由于烟气中的水分 so3等成分起降低比电阻的作用 因此工况比电阻要低些 虽然实验室内测定的比电阻值具有重要的参考价值 但是从电除尘技术的实际及直接应用的角度考虑 现场比电阻的测量数据能够更真实地反映电除尘器运行状态下的飞灰特性 2 粉尘比电阻对电除尘器性能的影响低比电阻粉尘到达收尘极后能迅速放电 由于静电感应获得与收尘极板相同极性的正电荷 当正电荷形成的排斥力大得足以克服粉尘的粘附力时 则已经沉积在极板上的粉尘将脱离收尘极板而重返气流 在空间又与负离子相碰撞而荷电 这些荷负电的尘粒再次向收尘极板运动 结果形成在收尘极板上的跳跃现象 用电除尘器捕集石墨粉尘 炭黑粉尘 都可以观察到这一现象 如不采取相应措施 用电除尘器捕集低比电阻粉尘不能得到预期效果 高比电阻粉尘到达收尘极后放电困难 形成的粉尘层电阻较大 使后续荷电粒子放电更加困难 造成粉尘层表面有较密的负电荷分布 它们排斥荷电粒子向收尘极板靠拢 并对电场产生抑制效果 在同样电压下电晕电流明显下降 这种现象随着粉尘比电阻的增大而加剧 最终发生反电晕现象 粉尘层可用电阻和电容并联组成的等效电路来模拟 静态分析 当板电流密度为j的电流通过厚度为 的粉尘层到达极板时 会在粉尘层上产生 u的电压降 3 74 当j达到一定数值时 因 值高 尘层间的电压可高达使尘层空隙内的气体击穿 尘层内气体击穿强度与粉尘粒度 粉尘和气体的成分等有关 一般工业烟尘为 10 20kv cm 并产生火花放电 即发生反电晕现象 动态分析要考虑到电容有一个充电过程 使尘层加上的 u电压值需要较通常充电周期大得多的时间 使得有可能通过控制输入来避免完全反电晕现象的出现 反电晕发生后 极板的尘层处就产生类似于放电极附近发生的电晕电离 在黑暗中可观察到由反电晕引起的收尘极尘层表面出现的漫射光或众多的电晕光点 反电晕出现后 电压迅速下降而电流上升 并很快发生击穿 反电晕出现时电流增大的原因是由于此时放电极与收尘极均出现电晕电离 使电荷载体增加 并且反电晕产生的大量正离子与电场中的负电荷中和 使空间电荷效应减弱 击穿电压降低的原因一方面是反电晕区域的存在相当于缩短了异极间距 在电晕电离区域气体是导电的 另一方面也是因为反电晕使原空间负电荷效应带来的电场均匀性减弱 反电晕发生后 正离子首先会将已接近收尘极板的粉尘上的负电荷中和掉 使其失去带电性甚至使其带上正电向放电极移动再去中和别的负电荷 也会在向放电极驱进过程中与大量用来除尘的负离子复合 从而使得除尘效率大幅度下降 此时电场的功耗中有一部分起与除尘不利的作用 而真正用于除尘的电晕功率大幅度下降 3 影响粉尘比电阻的因素1 温度对粉尘比电阻的影响粉尘比电阻随温度的变化而变化 比电阻和温度关系的典型曲线如图3 17所示 温度超过200 后 比电阻随温度的升高而降低 与烟气的成分无关 温度低于100 时 比电阻随温度的降低而降低 并与烟气的湿度和其它成分有关 图3 17粉尘比电阻随温度变化的典型曲线 2 影响体积比电阻的因素在分析粉尘导电的过程中 可将粉尘的比电阻看成是两种独立的导电机理 一种导电是通过粉尘层的内部 体积导电 一种是沿粉尘粒子的表面 表面导电 并与吸附在粉尘层表面的气体和冷凝物质有关 哪种导电机理占主要地位 这主要取决于电除尘器的实际运行情况 一般情况下 这两种导电机理都是重要的 体积导电只与粉尘粒子的化学成分有关 而表面导电则与粉尘粒子和烟气的化学成分有关 大量研究证明 体积导电可以是离子导电或电子导电 金属卤化物中的离子导电是常见的例子 电子导电在很多物质中都可产生 诸如金属氧化物和氧化硅等 这些物质是工业气体净化中经常遇到的 飞灰的体积导电与温度有关 温度增高会将较大的热能传给粉尘 使可供粒子层导电的离子数量增多 这就有利于增加粉尘层的导电率 粉尘的体积比电阻也与其孔隙率有关 因为在一定体积内空隙率多物质就少 粉尘比电阻就较高 3 影响表面比电阻的因素表面导电需要在粉尘表面建立一个吸附层 如果烟气中含有冷凝物质 水或硫酸 若温度足够低 便能在粉尘表面形成吸附层 此时表面导电将是主要的 水分和化学反应物质诸如氧化硫和氮等 通常许多工业气体中都含有这两种物质 当温度低于露点时 粉尘表面的物理吸附及冷凝加快 使表面比电阻降低 有时即使温度高于露点很多 被吸附物质也会沉积在粉尘表面形成表面导电通道 飞灰比电阻随水分含量的增加而衰减 而且温度较低时更为显著 煤的含硫量对飞灰比电阻有较大的影响 含有硫的煤燃烧时产生二氧化硫 在正常情况下 大约so2有0 5 1 氧化成so3 如果温度足够低 so3吸附在飞灰上就能大大地降低飞灰的比电阻 所以 含硫量高的煤所烧成的飞灰其比电阻比含硫量低的煤要低 另外 烟气中的so3与水蒸气形成硫酸蒸气 使烟气露点提高 对导电有利 4 降低粉尘比电阻的措施研究克服和解决高比电阻粉尘对电除尘器的影响一直是发展电除尘技术的主要课题 一方面为了控制so2排放而大量燃用低硫煤 造成的飞灰比电阻提高 另一方面 粉尘排放标准也日益严格 因此 进一步提高电除尘器的除尘效率势在必行 目前从技术上解决高比电阻粉尘产生的反电晕问题 主要措施是使沉积在收尘极板上的粉尘层不被击穿 要满足这一要求 必须降低粉尘层的电晕电流或粉尘比电阻 为了降低粉尘的比电阻 国外很早就已采用了在烟气中加入调质剂的技术 提高粉尘的表面导电性 降低粉尘的比电阻 往烟气中喷入so3是改善粉尘比电阻的传统方法 但常用的so3处理价格昂贵 最有希望的方案是在省煤器的一个旁路烟道内放置一种触媒 使烟气中的so2氧化为so3 经过触媒的旁路烟气量为总烟气量的1 3 旁路烟气再引入空气预热器后的主烟道中 由于so3的作用 使粉尘比电阻降低 另外 在美国利用添加na进行高温电除尘器的性能改善 已确认取得显著成果 这是因为添加na盐或na离子 在收尘极上的灰层中 离子载体起了作用 加拿大采用烟道喷nh3进行烟气调质 澳大利亚在烟气中加入三乙胺 均收到了良好效果 但是 由于技术和经济上的原因 大规模采用的并不多 目前 国内外一直在研究费用低 使用方便和易于接受的调制剂 烟气增湿也是一种降低粉尘比电阻的有效措施 为国内众多干法水泥生产工艺采用 采用烟气调质时 应保证烟气温度高于露点温度 随着环保标准的日益严格 对于so3和nh3等调质剂 二次污染成为它们的致命缺陷 美国的ada es烟气调质技术将稀释后的药剂通过两股射流喷入电除尘器的上游烟气 这些药剂是减小粉尘比电阻和改善与比电阻相关的除尘器性能的烟气调质剂 它比so3和nh3具有更小的毒性 并且在调节状态下能改善电除尘器的性能 采用高温静电除尘器也是降低粉尘比电阻 防止反电晕的一种有效措施 如果把电除尘器布置在空气预热器前面使用 烟气温度在300 以上 粉尘比电阻就可以降低到适宜电除尘器工作的范围 但是 采用这种方法也存在不少问题 如温度高 使电除尘器处理的烟气量增大 与常规电除尘器相比 在相同的电压和电流情况下要达到相同的除尘效率 规格要增大50 同时 烟气温度高则气体密度低 粘度大 运行电压下降 除尘效率降低 此外 由于温度高 要考虑特殊热涨补偿装置 对绝缘子要求也高 整个收尘通道也相应增大 而且由于烟气经除尘器存在的热损失 降低了锅炉的热效率 采用宽间距电除尘器也可防止或减弱高比电阻粉尘产生反电晕现象 国内某电场采用同极距为500mm的宽间距电除尘器 对比电阻超过1011 cm的高比电阻粉尘具有良好的适应性 除尘效率达到99 68 同时耗钢量降低 采用脉冲高压电源 脉冲供电系统可通过改变脉冲频率使电除尘器的电晕电流在很宽的范围内调节 可将电晕电流调整到反电晕的极限 而不降低电压 所以对高比电阻粉尘的收集非常有利 这种技术的关键是窄脉冲高压电源的研制 脉冲宽度越窄 抑制反电晕效果越好 纳秒 ns 级脉冲电源 不仅可以用于除尘 还可以用于烟气脱硫 脱硝 挥发性有机物voc等多种有毒有害气体 5 粉尘的化学成分 1 na2o和k2o na2o的含量一般为 0 1 4 在灰中以na2co3 na2so4 na2sio3的形式存在 如果钠含量增加 由于na 在高温下活动力加强 体积导电提高 当温度降低时 在尘粒表面容易形成吸附层 参与表面导电 na 增加 使灰凝聚粗化 对除尘有利 k2o的作用同na2o 2 so3 灰中硫酸根的折算值 so3含量提高 对除尘有利 3 tio2 由于tio2比电阻低 其含量增加 对除尘有利 4 sio2 一般含量为 40 70 不吸水 当温度在120左右时 其比电阻达2 1014 cm 5 al2o3 一般含量为 20 35 灰比较细 比电阻高 6 fe2o3 含量在 3 35 比电阻高 但fe2o3的存在对k2o的导电起催化作用 对除尘的影响要看fe2o3和k2o的多少 7 cao 含量在 2 3 灰细 比电阻高 对cao干粉尘 其比电阻高达1015 cm 有削弱so3的作用 容易形成caso4 在极板极线上结垢 8 mgo 比电阻高 有削弱so3的作用 二 烟气性质的影响烟气性质着重讨论烟气的温度 压力 湿度 成分和含尘浓度变化时对电除尘器性能的影响 1 烟气的温度和压力烟气的温度和压力对电除尘器的起晕电压 起晕场强 空间电荷密度和离子的迁移率等都有影响 温度和压力的影响可以通过下式烟气密度 g的变化来进行分析 kg m3 3 75 烟气密度 g随着温度的升高和压力的降低而减少 当烟气密度降低时 起晕电压 起晕场强和火花放电电压等都要降低 这些影响可以用 g对电晕极附近的空间电荷密度的影响来进行解释 当 g减少时 离子的有效迁移率因带电粒子与中性气体分子碰撞次数减少而增大 在外加电压一定的情况下 这将导致电晕极附近的空间电荷密度减少和收尘极的平均电晕电流密度增大 电晕极附近的空间电荷密度减少 导致在电晕极表面以较低的电场强度就能获得一定的电晕电流 于是当 g减少时 为了在极板上保持一定的平均电晕电流密度 则外加电压必须降低 以致出现较低电场强度将使离子以较低的速度离开电晕极临近的电晕区 2 烟气的湿度烟气湿度对电晕电场特性有一定的影响 采用改进型探针法 在板线结构电除尘器模拟实验台上对不同板间距 不同电压 不同湿度下的电晕电场特性进行了测定 发现湿度的变化对测量结果有较大影响 特别是湿度低于30 或高于70 是影响较为显著 当板间距2b 400mm 线间距2c 180mm 线径d 1 28mm 平均板电流密度j 284 167 a m2 外加电压v 53kv 大气压力p 755mmhg 温度t 28 5 湿度 a 87 和 b 71 时的电位和场强分布曲线如图3 18 图3 19 图3 20 图3 21所示 通过对大量试验数据的分析可以看出 随着湿度的增加 空间电位测量值降低 当湿度在54 左右时 测试值与计算值几乎完全重合 随着电压的增加 湿度对空间电位的影响减小 可见湿度变化时 空间电位和电场强度重新分布 从图中可以看到 湿度对场强的影响可分为两个区域 第 区域 即靠近极板的区域 场强随湿度的增加而降低 第 区域 大约从线板中间到电晕线 湿度的变化较为复杂 图中x表示距极板的距离 y表示以电晕线为原点 平行于极板方向的坐标 水分子是一种负电性分子 大于空气分子 与电子碰撞的机会较多 使电子在电场中加速的平均自由行程缩短 使电离不易发展 水气负离子因质量大 驱进速度小于气体负离子 使得电场空间中负电荷分布密度增加 使电场更趋均匀 电场击穿电压升高 由此可见 不能想当然地从 粉尘受潮后导电性能增强 来推断 烟气湿度增加会降低电场等效电阻而使电压下降 电流增加 电场的击穿电压与电场的均匀性提高后 同样电压下电流可能略有下降 但电场的最大工作电流得到提高 电场电压 电流的提高对提高除尘效率是很重要的 一般锅炉因蒸气管泄漏造成烟气湿度增加的情况并不罕见 但烟气湿度太大 会引起绝缘子爬闪放电和电除尘器的腐蚀 应引起设计者和使用者的重视 图3 18湿度与空间电位的试验曲线 y 0 图3 19湿度与空间电位的试验曲线 y 9 图3 20湿度与场强的关系 y 0 图3 21湿度与场强的关系 y 9 3 烟气的成分烟气成分对电除尘器的伏安特性和火花放电电压也有很大的影响 不同的烟气成分会导致在电晕放电中电荷载体有不同的有效迁移率 通常电晕电流是由正负离子和自由电子形成的 自由电子的作用大小取决于气体分子捕获电子能力 烟气的温度和压力 收尘极的间距以及外加电压大小等 在捕集燃煤烟尘的工业电除尘器中 一般认为自由电子只有与气体分子结合形成大量的负离子后才会对除尘效率起作用 未被气体分子捕获的自由电子由于迁移速度非常快 约是离子的1000倍 在电场中不能形成稳定的空间电荷 所以对除尘效率不起多大作用 煤燃烧后 进入电除尘器的烟气中含有一定浓度的具有很强的电子亲和力的电负性气体 其中o2的浓度为2 0 8 0 co2的浓度为11 0 16 0 h2o的浓度为5 0 14 0 so2的浓度为 150 3000 106 150 3000ppm so3的浓度为 0 0 30 0 106 0 0 30 0ppm 和nox浓度为 200 800 106 200 800ppm 这些气体对电子的捕获能力的顺序为so2 o2 h2o和co2 这些气体对电除尘器性能产生影响的最小含量so2为0 5 1 0 o2为2 0 3 0 h2o约为5 co2影响一般不予考虑 图3 22 图3 23和图3 24的试验数据表示烟气成分对伏安特性和火花放电电压的影响 图3 22烟气中o2浓度对伏安特性的影响 图3 23烟气中so2浓度对伏安特性的影响 图3 24烟气中h2o含量对伏安特性的影响 4 烟气的含尘浓度当含尘气体通过电除尘器的电场空间时 粉尘粒子与气体离子碰撞而荷电 于是 在电除尘器内便出现两种形式的电荷 离子电荷和粒子电荷 所以 电晕电流一方面是由于气体离子的运动而形成的 另一方面是由于荷电尘粒运动而形成的 但是 粉尘粒子大小和质量都比气体离子大得多 所以气体离子的运动速度为荷电尘粒的数百倍 气体离子平均速度为60 100m s 而粉尘粒子速度为60cm s左右 这样 由荷电尘粒所形成的电晕电流仅占总电晕电流的1 2 随着烟气中含尘浓度的增加 荷电尘粒的数量也增多 以致由于荷电尘粒形成的电晕电流虽然不大 但形成的空间电荷却很大 严重抑制电晕电流的产生 使尘粒不能获得足够电荷 以致除尘效率下降 设气体离子所形成的空间电荷为q1 荷电尘粒所形成的空间电荷为q2 则单位容积气体中的空间电荷为q q1 q2 若单位容积气体中总的空间电荷不变 则当所形成的空间电荷q2增大时 气体离子所形成的空间电荷q1相应减少 由于荷电尘粒的迁移率极小 所以电流下降 若含尘浓度太大时 则由电晕外区生成的负离子都会吸附在粉尘上 此时离子迁移率达到极小值 尤其是当1 m左右粉尘越多时 其影响就越大 最后可能使电晕电流趋近于零 除尘效果明显恶化 这种现象称为电晕闭塞 当烟气速度增加时 则在每一单位时间内停留在电场中烟尘量增大 也将出现类同于烟气含尘浓度增加的效应 因而也在不同程度上会产生电晕闭塞现象 其结果是电流逐渐下降 除尘效率也逐渐降低 要克服这种现象 可以升高电压使荷电尘粒的迁移率增大 但是由于粉尘及电极表面粉尘层的性质及火花放电的限制 很难获得预期效果 在工业应用中 当烟气气流速过高 浓度过大时 可采用预荷电和脉冲供电 必要时可采取增大电场截面积以减少电场风速 或采用预除尘装置等措施来解决电晕闭塞现象 烟气含尘浓度对电晕电流和电场强度的影响如图3 25所示 图3 25烟气含尘浓度对电晕电流和电场强度的影响 三 结构因素的影响 1 电晕线几何形状实验室中几种电晕线的伏安 v i 特性曲线如图3 26所示 从图中可以看到 锯齿线的放电性能最好 rs管状芒刺线次之 星形线最差 锯齿线和rs管状芒刺线有较尖的固定放电点 星形线无固定放电点 并且放电点的放电性能较弱 锯齿线的芒刺间距比rs管状芒刺线的芒刺间距短 rs管状芒刺线的支撑管又起屏蔽作用 所以rs管状芒刺线的总放电强度和电流密度比锯齿线小 图3 26几种电晕线的伏安特性 2 电晕线半径图3 27为相同极板面积下 不同电晕线半径对应的v i特性曲线 从图中可以看到 电晕线半径增大 使起晕电压升高 同样电压下电晕电流减小 曲线向右平移 图3 27电晕线半径对v i特性的影响 电晕线半径增大 起晕电压升高 而电晕线表面的电场强度降低 如果给定电压超过起晕电压 则电晕电流随电晕线半径的增大而减小 如果极板上的平均电流相同 就必须升高工作电压 电晕线附近的空间电荷随电晕线半径的增大而减小 3 极间距电除尘器板间距和线间距的合理配置 对除尘效率影响很大 当板间距2b一定时 线间距2c存在最佳值 即存在放电强度最大和板电流密度分布最均匀的线间距布置 大量试验表明 当板间距为300mm 400mm 500mm和600mm时 圆形线 星形线 锯齿线和rs管状芒刺线的最佳线间距2c可用公式 3 76 计算 mm 3 76 线间距一定时 随着板间距的增加 击穿电压vp显著升高 起晕电压vp稍有提高 有效运行电压显著增加 电除尘器运行稳定 所以宽极距 密线距 的布置对提高除尘效率以及防止和减弱高比电阻粉尘的反电晕现象是有利的 4 气流分布的影响电除尘器内气流分布特性是电除尘器设计和运行调整的重要参数 也是影响电除尘器收尘效率的重要因素之一 一般认为气流分布均匀性越好就越有利 影响气流分布的因素主要有进出风口的几何尺寸 进气管道的气流状况 导流系统 气流分布板的布置及开孔率 气流分布板对于气流情况影响最大 而开孔率 孔形是决定气流均布板质量的两个关键因素 通常开孔率取在25 一50 范围内 孔形一般为圆形 一些研究人员试验台上进行了不同开孔率和不同孔形的均布板实验 得出开孔率为30 时气流分布质量最佳 开孔率相同时 方孔形分布板的质量优于花形 花形优于圆形 气流分布不均对除尘性能的影响表现为 在气流速度不同的区域内所捕集的粉尘量不一样 因风速降低而增大粉尘捕集量并不能弥补由于风速过高而减少的粉尘捕集量 局部气流速度高的地方会出现冲刷现象 将已经沉积在收尘极板上和灰斗内的粉尘再次大量扬起 5 安装质量的影响电除尘器的总体安装精度对除尘器性能有重要影响 甚至使其不能正常运行 如果极板或极线的安装没有对好中心 则线板间距较小处的击穿会比其它地方早 而任何一点的放电 都会使整个电场的击穿电压下降 击穿电压下降多少 取决于电场安装过程中的质量 同样任何偶然的尖刺 不平和卷边等也会产生这种影响 更严重的是极板下面安装时 灰斗阻流板梳形口底部与阳极板排底部距离不能保证在设计范围之内 极板热膨胀不畅造成极板变形弯曲 引起电场短路或拉弧 运行参数下降 实践中这种现象往往在冷态试验时是正常的 但在热态运行时电压尚未升到正常值时即出现掉闸 短路 现象 有的在投运一段时间后才表现出来 现场还发现少数新投运的电除尘器 在烟气温度不变的情况下 逐渐露出热膨胀不畅迹象 说明经过一段时间运行膨胀间隙在变小 四 操作因素的影响操作因素指在设备的运行维护中可操作改变的因素 这里分别讨论伏安特性 清灰效果 漏风和偏流 气流旁路 锅炉燃烧情况对电除尘器性能的影响 1 伏安特性 v i 运行状态下的电除尘器伏安特性受很多因素的影响 其中最重要的影响因素是烟气成分 温度 压力 粉尘成分 含尘浓度 粒度 比电阻 烟气速度 极板 极线的结构形式或匹配 极间距 电压波形等等 正在运行的电除尘器可以通过热态伏安性的变化反映出运行工况的变化 运行人员可以借助热态伏安特性曲线的变化来判断电除尘器运行条件的改变 或借助它分析故障 1 向右平移如图3 28 a 所示 相同电压下电晕电流减小 是由于电晕线肥大造成的 2 旋转如图3 28 b 所示 v i特性曲线向右旋转 即在同一电压下 电流减小 是由于烟气含尘浓度增加造成的 如果严重向右旋转 则是发生电晕封闭 v i特性曲线向左旋转 即在同一电压下 电流增加 这表明烟气含尘浓度减小 3 过原点如图3 28 c 所示 v i特性曲线过原点 这是灰斗满灰短路所致 4 变短如图3 28 d 所示 v i特性曲线变短 即击穿电压下降 这表明异极距变小 极板膨胀不好 或绝缘支柱 绝缘电瓷轴严重粘灰 5 出现拐点如图3 28 e 所示 v i特性出现拐点 这表明发生了反电晕现象 v i特性曲线升压和降压时 曲线不重合是严重反电晕 如图3 28 f 图3 28v i特性曲线的变化 2 清灰效果清灰是电除尘器工作过程中的一个重要环节 清灰效果的好坏 直接影响电除尘器的性能 清灰必须遵循以下原则 清灰既要使电极上的粉尘脱落 又要尽量避免粉尘的二次飞扬 这就要求既要有足够大的振打力 但又不能太大 且分布尽可能均匀 清灰振打的方向 力度 振打力的分布与清灰效果有一定的关系 清灰不好会引起较大的粉尘二次飞扬和电晕线肥大 3 电晕线肥大电晕线周围的电晕区有少量的粉尘粒子获得正电荷 向电晕线运动并沉积其上 如果粉尘的粘附性很强 不容易振打下来 于是电晕线上的粉尘越集越多 即电晕线变粗 降低了电晕放电效果 这就是所谓的电晕线肥大 电晕线肥大的原因大致有以下几个方面 1 尘因静电荷作用而产生附着力 2 锅炉低负荷或停止运行时 电除尘器的温度低于露点 水或硫酸凝结在尘粒之间以及尘粒于电极之间 在表面溶解 当锅炉再次正常运行时 溶解的物质凝固或结晶 产生较大的附着力 3 尘粒之间以及尘粒与电极之间有水或硫酸凝结 由于液体表面张力而粘附 4 由于粉尘的性质而粘附 5 由于分子力而粘附 为了消除电晕线肥大现象 可适当增大电极的振打力 或定期对电极进行清扫 或采用机械强制清灰 使电极保持清洁 4 漏风和偏流电除尘器一般是负压运行 如果壳体的连接处密封不严 就会从外部漏入冷空气 使电场风速增大 除尘效率下降 有的厂为了防止电除尘器被高温损坏 在入口管道处开设冷风门 这是很不合适的 掺入的冷风越多 除尘效果就更恶化 此外 如果从灰斗或排灰装置漏入空气 将会造成收集下来的粉尘产生二次飞扬 特别是电除尘器出口端的灰斗漏风会使除尘效率大大降低 若从检查门 烟道 伸缩节 烟道闸板门 绝缘套管等处漏入冷空气 不仅会增加电除尘器的烟气处理量 而且会由于温度下降出现冷凝水 引起电晕线肥大 绝缘套管爬电和腐蚀等后果 鉴于这些原因 电除尘器设计时要保证有良好的密封性 壳体各联接处都要求连续焊接 严重的偏流可能使电极产生过度晃动 异极间距改变 击穿电压随之改变 偏流还可能造成局部积灰严重使击穿电压下降 5 气流旁路所谓气流旁路是指电除尘器内的气流不通过收尘区 而是从收尘极板的顶部 底部和极板左右两侧最外边与壳体内壁形成的通道中通过 防止气流旁路的措施是采用常见的阻流板迫使旁路气流通过收尘区 将收尘区分成几个串联的电场 使进入电除尘器和从电除尘器出来的气流保持良好的状态等 如果不设置阻流板 即使所有其他因素都合乎理想 只要气流中有5 的气流旁路 除尘效率就不能大于95 装设阻流板 就能使部分旁路气流与主气流重新混合 气流旁路对除尘效率的影响取决于设有阻留板的区数和每个阻流区的旁路气流流量以及旁路气流重新混合的程度 气流旁路会导致气流紊乱 并在灰斗内部和顶部产生涡流 其结果是使灰斗的大量集灰产生二次飞扬 灰斗的设计必须考虑几种空气动力学的影响 其中包括伯努利原理 气流分离和涡流的形成 实际设计时 最好是通过模型试验和对现场除尘器的实际观察结果进行设计 6 锅炉燃烧锅炉燃烧组织不好 燃烧不充分 会产生大量的未燃尽的低比电阻的碳粒 可能会加剧粉尘的二次飞扬而被气流带出电除尘器 使除尘效率降低 进入电除尘器的烟温高低对电除尘器的运行性能有较大影响 一方面 烟温上升 烟气体积增加使电场风速提高 除尘效率降低 另一方面 烟温增加 会使火花电压下降 对除尘不利 另外 烟温的高低还直接影响到飞灰比电阻的大小 燃煤飞灰的比电阻峰值一般都在120 180 之间 而火电厂锅炉排烟温度大都在110 160 范围内 即在此范围内 飞灰的比电阻大 对电除尘是不利的 锅炉受热面结渣积灰都会使排烟温度提高 锅炉负荷增加 燃煤量增加 烟气流量增加 电场风速提高 也会使除尘效率降低 对双室电除尘器 若两室引风机引风不均 则风量大的一侧除尘效率降低 而风量小的一侧除尘效率增加 但风量小的一侧除尘效率的增加值不能弥补风量大的一侧除尘效率的减小值 使总除尘效率降低 在实际运行中 由于风机挡板控制机构或指示仪表的缺陷 使两台引风机流量不等 有时运行人员为了调整锅炉两侧过热器的温差 通过引风机控制挡板改变两侧流量分配 致使两侧烟气分配不均 都会影响电除尘器的运行性能 锅炉若发生爆管 则烟气中水蒸汽含量大大增加 烟囱出口烟气呈白色 引起电极积灰和腐蚀 影响电除尘器的安全运行 五 电气与控制特性的影响电除尘器的除尘效率在很大程度上取决于电气条件 如供电电压 电压波形 控制特性以及控制方式等 1 供电质量与除尘效率的关系从多依奇 deutsch 除尘效率公式中 似乎不能明显地看出除尘效率与供电质量之间地关系 但是 从粉尘驱进速度公式中 可以明显看出 值与电场强度e的平方成正比 它是把电除尘器性能与电能联系起来的基本参数 要使电除尘器的效率提高 就要求 值尽可能大 也就是要求e的值尽可能大 由于e与电除尘器的电流和电压有关 所以 值对于电气操作条件的反应很敏感 对于有用的电晕功率输入的反应也很敏感 即使电压和功率只有较少的增加 也会使电除尘器的效率有较大的提高 例如一台捕集飞灰电除尘器的效率 当电压仅增加3kv时 其除尘效率就从92 提高到97 以上 因此 不论从理论上 还是从实际现场经验上 都可以肯定供电质量对电除尘器的性能有决定性的影响 根据怀特 white 的推导可以得到下列近似的公式 m s 3 77 因为电晕功率pd可以近似地表示为 w 3 78 所以式 3 77 可写成 3 79 上式表明 与单位收尘极面积a上的电晕功率成正比 将式 3 79 代入多依奇公式 可以得到以下更有用的关系式 3 80 虽然公式都是近似的 但是它们都提供了对电除尘器的基本设计和性能分析很有用的方法 从理论上可以推导出参数kp的数量级 但对工程应用来说 最好还是根据除尘效率的测定数据进行计算 这样就可以把气流分布不均匀和二次扬尘损失引起除尘效率下降的因素包括在内了 而这些因素在工业应用中往往是不可避免的 大量的试验结果表明 kp数值约为0 006左右 式 3 80 明确指出了除尘效率与供电质量的关系 显然 改善供电质量 提高电晕功率是提高除尘效率的主要措施之一 2 高压供电质量的影响 1 电压极性大量实验表明 在相同的条件下 采用负高压供电比正高压供电具有起晕电压低 击穿电压高 电晕功率大 运行稳定等优点 因此 负高压供电在工业电除尘器中得到了广泛应用 2 电压波形如图3 29所示 为国内外电除尘器高压供电设备较常采用的具有一定峰值和平均值的脉动直流电压波形 峰值电压有利于粉尘荷电 而平均电压有利于粉尘的捕集 因此 应根据粉尘的比电阻来选择合适的电压波形 对于低比电阻 5 1010 粉尘 因其不容易荷电而易于产生反电晕 故应选择峰值电压高而平均电压低的电压波形 如半波整流 间歇供电和脉冲供电等 目前 我国大多数运行的电除尘器 都采用单相全波整流的供电方式 通常情况下 这种供电方式是适宜的 对于部分具有较高比电阻的粉尘 可通过调整变压器的抽头 使晶闸管的导通角 改变控制方式 如采用间歇供电 和增大火花频率 30次 min 等方法 达到提高峰值电压和降低平均电压的目的 以利于粉尘的荷电和捕集 图3 29常见的高压供电电压波形 3 匹配阻抗当电除尘器的板线间距和运行工况确定后 提高电除尘器的上限电压 即火花放电电压 是困难的 但是 通过选择合适的匹配阻抗 达到改善供电系统的伏安特性和提高电晕电流的目的是可行的 尽管电除尘器本体的阻抗是变动的 不可控的 但是高压供电设备的阻抗是可以选择和调整的 因此 通过正确选择供电设备的阻抗并加以调整 就可以达到阻抗匹配的目的 电除尘器高压供电设备的阻抗与容量紧密相关 正确选择供电设备的容量 也就正确选择了供电设备的阻抗 供电设备的额定输出电压应按异级间距的大小选择3 0 3 5kv cm 然后圆整向上靠等级 对于烟气含尘浓度高 30g m3 粉尘比电阻偏低 106 同极间距宽 400mm 和电晕线芒刺较长 如rs线 的情况应靠近下限选择 反之应靠近上限选择 供电设备的额定输出电流应按单区收尘面积的大小在0 2 0 4ma m2之间选取 然后圆整向上靠等级 对于高含尘浓度烟气 窄极距电极 高比电阻粉尘和短芒刺电晕线的情况应靠近下限选择 反之应靠近上限选择 对于运行中的电除尘器高压供电设备 可通过调整变压器的初级抽头 一般设有3 6个 使晶闸管的导通角60 90 范围内变化 调整电抗器抽头 一般也设有3 6个 使输出电流波形圆滑对称 做各种供电控制方式下的伏安特性曲线 从中选择最好的一种供电控制方式 也就达到了阻抗近似匹配之目的 4 控制方式近几年来 由于集成电路和微机在电除尘器供电设备中的应用 使电除尘器的供电控制技术进入了多功能控制的新阶段 在电除尘器高压设备中应用的控制方式有火花跟踪控制 火花强度控制 临界火花控制 浮动式火花控制 最高平均电压控制 间歇供电控制 富能供电控制和反电晕检测控制等 多种控制功能的并存和应用 增强了供电设备对电场烟尘条件变化的适应和跟踪能力 同时也要求运行人员提高业务素质 通过选择合理的控制方式 达到提高除尘效率之目的 对于烟气含尘浓度较低 30g m3 粉尘比电阻偏高或运行不稳定的工况 应选择火花强度控制富能供电控制 间歇供电控制或反电晕检测控制方式 并适当提高电压上升率和火花频率 30次 min 也可达到提高除尘效率的目的 另外 火花 电弧灵敏度的调整 闪络封锁宽度和深度的调整 间幅大小和占空比的调整 电流极限和临界火花值的调整等均对控制特性有重要影响 应通过实践加深对供电设备工作原理的理解 实时地将