电除尘技术(二).ppt

四 电除尘器的基本理论和概念 气体放电现象电晕放电 火花放电 弧光放电起晕电压 击穿电压尘粒荷电过程电子的附着和空间电荷的形成电负性气体除尘器控制的基本原理电晕封闭电场风速捕集效率方程式 多依奇方程式 驱进速度和有效趋进速度粉尘比电阻反电晕 Regupulse 介电系数 1 气体放电现象 气体放电系指气体在外界作用下由电绝缘状态变为导电状态 因而有电流从气体中通过的现象 气体 空气 通常是不导电的 属于称为 电介质 的一类物质 其中只存在因自然界的辐射 X射线 放射性辐射 宇宙射线 等因素而造成少量自由电子 不足以形成电流 但是 如果将充分高的直流电压施加到一对电极上 原有的微量自由电子将被加速到某一很高的速度 并足以通过碰撞使中性气体原子 或分子 释放出外层电子 而电离成为新的自由电子和正离子 这些被激发出来的自由电子接着又被加速到某一很高的速度 又进一步撞击气体分子引起电离 这种过程在极短的瞬间又重演了无数次 这就是所谓的电子雪崩过程 于是在放电极表面附近 产生了大量的自由电子和正离子 在两极间形成电流 2 电晕放电 火花放电 弧光放电 在不同的电场中 气体放电可以有三种不同的形式 电晕放电 火花放电和弧光放电 电晕放电 在其中一个极是细导线或具有曲率半径很小的任意形状 另一极是管状或板状的 所形成的非均匀电场中 电场强度在导线表面附近特别强 并随离开导线的距离增大而迅速减弱 在导线表面附近这种具有强电场的空间内 往往显露出明亮的光晕 同时发出轻微的气体爆裂声 这种光晕在黑暗中看得特别明显 光晕呈光点 刷毛 光刷或均匀的光带等各种形状 这取决于电晕极的极性和几何形状 称为电晕放电 电晕放电属于自激放电的一种 一般只发生在非均匀电场中具有曲率半径较小的放电极表面附近的小区域内 即所谓的电晕区内 在电晕外区 由于电场强度随距电晕极的距离增大迅速减小 不足以引起气体分子碰撞电离 因而电晕放电停止 火花放电和弧光放电 若是在由一对平行极所构成的高压均匀电场 由于电场中各点场强相等 当电场某一处气体被击穿而发生放电时 则两电极间气体必然同时被击穿而发生火花放电或弧光放电 闪络在高电压作用下 气体或液体介质沿绝缘表面发生的破坏性放电 其放电时的电压称为闪络电压 发生闪络后 电极间的电压迅速下降到零或接近于零 闪络通道中的火花或电弧使绝缘表面局部过热造成炭化 损坏表面绝缘 沿绝缘体表面的放电叫闪络 而沿绝缘体内部的放电则称为是击穿 起晕电压 起始电晕电压 在电极间刚开始出现电晕电流时的电压 也称临界电压 与之相应的电场强度称为起始电晕场强或临界场强 击穿电压 在电极间刚开始出现火光放电时的电压称为 击穿电压 这一电压的高低 主要取决于放电极到收尘极之间的距离 放电极的形式以及气体的状态等 电除尘器的正常工作状态 应使其电压处于起始电晕电压到击穿电压之间 3 起晕电压和击穿电压 4 尘粒荷电 两种机理电场荷电或碰撞荷电 离子在静电力作用下做定向运动 与粒子碰撞而使粒子荷电扩散荷电 离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程 依赖于离子的热能 而不是依赖于电场粒子的主要荷电过程取决于粒径大于0 5 m的微粒 以电场荷电为主小于0 15 m的微粒 以扩散荷电为主介于之间的粒子 需要同时考虑这两种过程 尘粒荷电 1 尘粒荷电过程由于电晕区内产生的离子或电子进入电晕外区 与中性分子发生碰撞 使尘粒荷电 2 尘粒的荷电量荷电量的大小与尘粒粒径 电场强度 离子的热能及停留时间等因素有关 尘粒荷电 尘粒荷电的机理 电场荷电 在电场作用下 离子与尘粒碰撞 粘附于尘粒上荷电 扩散荷电 由于离子的不规则热运动 气体扩散与尘粒碰撞 粘附 使尘粒荷电 联合荷电 电场荷电和扩散荷电均起重要作用 尘粒荷电 尘粒荷电尘粒的饱和荷电量 qps 4 D 0 2Eqps 尘粒的饱和荷电量 CD 与粉尘介质常数 r相关的系数 D 3 r r 2 一般粉尘 r 4 0 真空介电常数 8 85x10 12F m 尘粒半径 mE 电场强度 V m 影响电场荷电的因素粒径和介电常数电场强度和离子密度一般粒子的荷电时间仅为0 1s 相当于气流在除尘器内流动10 20cm所需要的时间 一般可以认为粒子进入除尘器后立刻达到了饱和电荷 尘粒荷电 尘粒荷电电扩散荷电 与电场电荷过程相反 不存在扩散荷电的最大极限值 根据分子运动理论 不存在离子动能上限 荷电量取决于离子热运动的动能 粒子大小和荷电时间扩散荷电理论方程 尘粒荷电电场荷电和扩散荷电的综合作用 处于中间范围 0 15 0 5 m 的粒子 需同时考虑电场荷电和扩散荷电 根据Robinson的研究 简单地将电场荷电和扩散荷电的电荷相加 可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量 与实验值基本一致 荷电尘粒的运动 尘粒荷电后 在电场力的作用下 带着不同极性电荷的尘粒分别向极性相反的电极运动 并沉积在电场上 5 荷电尘粒受力分析 尘粒所受的重力 电场作用在荷电尘粒上的静电力 尘粒加速运动时的惯性 尘粒运动时的介质阻力 尘粒荷电 5 电负性气体 电负性气体 electronegativegas 在气体游离过程中 除产生电子和正离子外 还会形成带负电的负离子 这是因为有的电子和某些气体分子碰撞非但没有电离出新电子 反而碰撞电子附着于分子 形成了负离子 有些气体形成负离子时可释放出能量 这类气体容易形成负离子 称为电负性气体 如氧 氟 氯等 已发现的负离子有O O2 OH H2 F Cl Br SF6 等 离子的游离能力不如电子 电子为分子俘获而形成负离子后 游离能力大减 因此在气体放电中 负离子的形成起着阻碍放电的作用 这和前述气体分子的游离作用相反 是应该注意的概念 电负性气体 因此 对负电晕来说 电负性气体的存在 对电子的捕获 是空间电荷的形成 维持稳定的电晕放电的重要条件 在电负性气体不存在 而且有电子附着的情况下 就只能采用正电晕放电 正电晕和负电晕的放电情况基本相同 除电场的方向不同 雪崩过程产生的正离子向接地极运动以外 正电晕和负电晕之间一个重要的不同之处是 正电晕过程本身就产生了为形成空间电荷所需要的正离子 7 电除尘器控制的原理 电除尘器的正常工作状态 应使其电压处于起始电晕电压到击穿电压之间 起晕电压愈低 击穿电压则愈高 电除尘器的工作范围愈大 也愈稳定 峰值电压有利于粉尘荷电 而平均电压有利于粉尘捕集 即电晕放电的伏安特性 影响起始电晕电压的各种因素和电晕放电的伏安特性对电除尘器具有重要的实际意义 电除尘器的伏安特性取决于电极的几何形状 电压波形和极性 气体的组成和状态 电极上积尘的厚度和性质以及悬浮粉尘的浓度和粒径等因素 在电除尘器中 尘粒的捕集与许多因素有关如 尘粒的比电阻 介电常数 密度 气体的流速 湿度和温度 电场的伏安特性及收尘极的表面状态等 8 电晕封闭 电晕封闭又称电晕闭塞 是指当含尘气体浓度较高时 在电晕线周围的负离子抑制电晕放电 使电晕电流大大降低甚至趋于零的现象电晕外区的空间电荷由气体的负离子和荷电尘粒组成 而荷电尘粒其空间电荷总量要比纯气体离子大 但是 由于荷电尘粒的迁移速度比负离子小 当气体中的含尘浓度高到一定程度时 将可能出现大量的荷负电的尘粒围绕在电晕极附近的情况 把电晕极的电场减小到电晕的始发值 使电晕电流大大降低 甚至趋于零 这种现象称为电晕封闭 9 电场风速 气体通过电除尘器断面的平均速度 以m s计 电场风速的大小对电除尘器的除尘效率和造价都有很大影响 风速过大 容易产生二次扬尘 使除尘效率降低 风速过低 除尘器体积大 造价增加 根据经验 电场风速最高不宜超过1 5 2m s 除尘效率要求高的电除尘器不宜超过1 0 1 5m s 停留时间是指含尘气体流经电场长度所需的时间 10 捕集效率方程式 多依奇方程式 多依奇 Deutsch 于1922年从理论上推导出计算电除尘器除尘效率的公式 在公式推导过程中 做了以下几个假设 电除尘器中的气流为紊流状态 通过除尘器任一横断面的粉尘浓度和气流分布是均匀的 进入除尘器的尘粒立刻达到饱和荷电 不考虑冲刷 二次扬尘 反电晕 尘粒凝并等的影响 在此基础上 可以进行如下推导 理论除尘效率方程式 即多依奇公式 为 式中 驱进速度 m s A 收尘极的收尘面积 m2 L 除尘器处理风量 m3 s 多依奇公式概括地描述了除尘效率与尘粒驱进速度 收尘极表面积和气体流量之间的关系 指明了提高电除尘器效率的途径 因而被广泛地用于电除尘器的性能分析和设计中 11 驱进速度和有效趋进速度 驱进速度是荷电尘粒在电场力的作用下向收尘极运动的速度 但是 电除尘器内粉尘的运动要受电场强度 烟气和粉尘性质 气流分布 振打以及二次扬尘等因素所支配 而这些因素在电除尘器运行过程中是不断变化的 为此设计时应将其变化的因素考虑在驱进速度值的选择上 这时的驱进速度值已经不是荷电粉尘在物理学上的理论驱进速度 所以称为有效驱进速度 有效驱进速度可根据对同类生产工艺及接近于同种类型的电除尘器所测得的结果 包括除尘效率 处理风量 收尘极板面积反算得出 综合有关资料 某些生产工艺中粉尘的有效驱进速度值见下表 12 粉尘比电阻 粉尘的比电阻是指面积为1cm2 厚度为1cm的粉尘层所具有的电阻值 可以通过实测按右式计算 式中U 通过粉尘层的电压降 V I 通过粉尘层的电流 A F 粉尘试样的横断面积 cm2 粉尘层的厚度 cm 比电阻对电除尘器除尘效率的影响 粉尘的比电阻对电除尘器的效率有很大的影响 粉尘比电阻小 导电性好 比电阻大 导电性差 比电阻过小的粉尘 例如炭黑粉尘 到达收尘极后 很快释放出负电荷而成为中性 失去吸力 因而易于从收尘极上脱落 重返气流 使除尘效率降低 比电阻过大的粉尘到达收尘极后 负电荷不能很快释放而逐渐积存于收尘极上 这就可能产生两种影响 一是由于粉尘仍保持其负极性 它排斥随后向收尘极运动的粉尘粘附在其上 使除尘效率下降 二是使粉尘层与收尘极之间形成电位差 粉尘层越厚 电位差越大 如果粉尘层中有裂缝 空气存在于裂缝中 粉尘层与收尘极之间就会形成一个高压电场 粉尘层表面为负极 收尘极为正极 使粉尘层内的空气电离 击穿 产生反向放电 由于它的极性与原电晕极相反 故称为反电晕 反电晕时发出的正离子向原电晕极方向运动 在运动过程中与带负电荷的粉尘相遇而产生电性中和 从而阻碍了粉尘向收尘极运动 所以 如果发生反电晕 除尘效率就会大大降低 反电晕系指在电晕系统中 当收尘电极上积累一层不良导电性粉尘时产生的局部放电现象 如果粉尘的比电阻过高 即不良导电性 则到达收尘极的粉尘放电很慢 并残留着部分负电荷 这不但排斥随后而来的带同性电荷的粉尘 影响其沉积 而且随着极板上沉积粉尘层的不断增厚 粉尘层和极板之间就会形成一个高压电场 粉尘层表面为负极 收尘极板为正极 使粉尘层空隙中的气体电离 击穿 产生与原电晕极极性相反的电晕放电 即反电晕 此时 电极上的粉尘层局部崩裂并形成小孔或陷口 反电晕降低电晕电场强度 发射正离子 其结果 粉尘所带的负电荷部分被向原电晕极方向运动的正离子中和 使粉尘负电荷量减少 从而削弱了粉尘在收尘极板上沉积 所以 如果发生反电晕 除尘效率就会大大降低 当前 很多电厂燃煤含硫量较低 飞灰的比电阻高 易发生反电晕 13 反电晕 Regupulse 14 介电系数 这是一个在电的位移和电场强度之间存在的比例常量 这个常量在自由的空间 一个真空 中是8 85 10 12法拉第 米 F m 在其它的材料中 介电系数可能差别很大 经常远大于真空中的数值 其符号是 在工程应用中 介电系数时常在以相对介电系数的形式被表达 而不是绝对值 如果 o是自由空间中 8 85 10 12F m 的介电系数 而 是在材料中的介电系数 则这个材料的相对介电系数 也叫介电常数 由下式给出 1 0 1 13 1011 介电常数超过1的这些物质通常被称为绝缘体材料 普遍使用的绝缘体包括玻璃 纸 云母 各种不同的陶瓷 聚乙烯和特定的金属氧化物 介电常数 给绝缘体施加电场时 物质中的原子或分子将分成偏向正电荷的部分和偏向负电荷的部分 这种现象称为电介质极化 表示电介质极化难易度的系数称为介电常数 它是物质的一种固有值 简而言之 它表示每种物质的 储电容易度 此外 出现电介质极化的物质称为电介质 常见的电介质有陶瓷 塑料 云母 玻璃等 电介质可以用来作为电容器的材料 五 影响电除尘器性能的因素 1 粉尘特性 主要包括粉尘的化学成分 尘粒的物相结构 粉尘的比电阻 粒径分布 比表面积 真密度 堆积密度和粘附性等 2 烟气性质 主要包括烟气温度 压力 成分 湿度和含尘浓度等 3 本体结构参数及性能 主要包括设定的电场烟气流速 比收尘面积 驱进速度 电场长高比 电极形式 几何间距 电场截面积 振打方式 气流分布的均匀性 壳体的严密性和保温性 以及防止窜气 防止二次扬尘 防止结露腐蚀 防止灰斗堵灰 防止电极积灰 防止电极变形的措施等 4 供电控制质量 主要包括供电极性 供电波形 阻抗匹配 自动控制方式 自动监视管理水平 振打制度 检测手段 故障诊断和保护功能 以及供电控制设备的绝缘性能 接地性能和运行的可靠性等 六 电除尘器的运行 运行前检查投入运行前的试运行启动与停运运行调整电除尘器运行中异常情况处理运行操作的注意事项电除尘器运行的监视表计及信号 1 运行前检查 1 电除尘器电场检查 2 电除尘器辅助电气设备检查 3 电除尘器辅助机械设备检查 4 电除尘器高压供电设备检查 2 投入运行前的试运行 1 高压供电系统空载升压试验 2 阴 阳极振打系统试运行 3 卸灰系统检查 4 加热系统试运行 5 输灰系统检查 3 启动与停运 电除尘器的启动操作1 送上输灰 卸灰 振打 加热装置和高压供电设备的电源2 锅炉点火前24小时 投入各加热装置 并控制在规定范围内3 锅炉点火前2小时 启动输灰 卸灰 振打 并置于连续运行位置4 锅炉点火时 投入各检测设备 烟温 压力 浊度 CO等 5 锅炉点火后期 燃烧稳定 烟温超过露点温度或锅炉负荷超过50 顺序启动4 3 2 1电场的高压供电设备 先用手动 判断电场无故障后再装入自动 并调整输出电流电压至需要值 调节火花率至合格值6 锅炉正常运行后将输灰 卸灰 振打等均切换为自动控制方式7 操作完毕后 做全面检查并报告值长 3 启动与停运 电除尘器的停运操作 1 锅炉负荷降低 或入口烟温低于露点温度时 接值长命令后顺序退出 4电场的高压供电设备 先用手动将电场电压降至 再按停机按钮 最后截断电源 2 锅炉完全停运后 退出各检测设备 烟温 压力 浊度 CO等 3 停止对各电场供电后 将振打置于连续运行位置 锅炉完全停运后 再继续运行 小时方可停运 4 振打停运后 确认灰斗中的会完全排空时 停运卸灰 输灰 关闭冲灰水总阀门 5 停运各加热装置 6 切断控制柜电源开关 7 操作完毕后 做全面检查并报告值长 做好记录 启动是从后向前 启动时逐步加压 停机是从前向后 逐步降压 4 运行调整 1 变压器抽头调整 调电压 2 电抗器抽头调整 平滑电流 3 电流极限调整 4 火花率的调整 20次 min 5 高压供电设备控制的调整 6 低压控制特性的调整 5 高压供电设备控制的调整 高压供电设备控制的作用由于电除尘器的电场是随锅炉燃烧排烟的性质 浓度 温度 粉尘特性 流量等因素的变化而变化的 为使电除尘器能有比较理想的除尘效果 就要求电除尘器高压供电设备有较高的自动跟踪能力和良好的控制特性 能够随时跟踪电场的变化 输出最佳电晕功率 四种电压控制特性 火花跟踪控制特性 以电除尘器电场闪络信号为控制依据的控制方式 检测环节把闪络信号取出后送到电压自动控制系统中 经控制系统综合处理后 发生控制指令 使主回路中可控硅晶闸管关闭 设备中断输出 等电场内部介质绝缘强度恢复后 重新开始升压 并慢慢升至电场的火花放电电压 下一次闪络信号出现 又重新上述过程 最高平均电压值控制特性 其特征是电场电压以爬坡方式分阶段上升的 在电场上升过程中 每单位时间内电场电压上升至一定的数值并将前一时间段内的检测到的电压值保存下来 与下一个单位时间内检测到的电压进行比较 若电压增量为正 则允许电场电压继续上升 相反则降低电场电压值 间隙供电控制 是通过对电压给定环节的有效控制 使输出高压出现间隙性变化 在一定程度上具有电除尘脉冲供电的波形效果 这种控制方式比较适用于克服高比电阻粉尘所产生的反电晕现象 也有很好的节能效果 临界火花控制方式 它是通过捕捉电场火花产生前的信号 并通过调整电场的供电电压使电场在临界状态下安全运行 防止电除尘内部燃烧和爆炸 与 不同之处是不让火花出现 电除尘器低压设备控制 电除尘器低压设备的组成 阴 阳极振打电机气流分布板振打电机卸灰输灰电机仓壁振动电机恒温加热设备 绝缘子室 灰斗等处的加热 1 振打控制系统 作用及时清除积灰 保证电除尘器的正常运行 方式顶部电磁振打 侧部挠臂锤振打 阴极顶部电磁振打阳极侧部挠臂锤振打3种方式 当采用顶部电磁振打时 由于需要控制多达数百个振打器 这些振打器连接成矩阵形式 各个振打器的振打周期和高度可以调节 采用侧部挠臂锤振打时 按现场工艺要求 各个振打位置应严格按工作时序要求来实现 2 卸灰控制 作用通过卸灰控制及时把电除尘器收集下来的粉尘及时输送出去 以防因灰斗粉尘量堆积过多造成除尘器阴 阳极短路 导致除尘器高压保护而停止运行 方式根据工艺要求可分为定时卸灰或料位控制卸灰两种方式 3 绝缘子保温箱电加热控制和灰斗电加热控制 作用保证阴极系统绝缘子周围维持一定温度 以防其表面结露 产生爬电 或沿面放电 使工作电压无法上升 电除尘器无法正常运行 因此 要求保温箱内的温度应高于烟气露点温度20 30 同样灰斗电加热也是为了避免结露 在灰斗下部设电加热装置 方式均采取恒区间温度控制 5 电除尘器运行中异常情况处理 1 立即停运设备情况1 整流变压器发热严重 变压器和电抗器的绕组升温超过65 整流变压器上层尤面的最高升温超过40 或油箱内部有明显的闪络 拉弧 震动等 2 阻尼电阻起火3 高压部件闪络严重 高压电缆头闪络放电4 供电装置失控 出现大的电流冲击5 电器设备起火6 电场发生短路7 极间距严重缩小 电厂持续拉弧8 CO浓度已到跳闸置 或有迹象表明电厂内已发生自燃 9 振打 卸灰机构卡死应立即停运电机 冲毁水中断时应立即停运卸灰阀10 其他严重威胁人身和设备安全的情况 2 酌情考虑停运设备情况 1 整流变压器和电抗器发热严重 超过正常允许值2 阻尼电阻冒火 供电装置出现偏励磁3 可控硅原件冷却风扇故障而元件发热严重4 各电缆接头发热严重5 开机时高压侧绝缘不能满足要求6 灰斗堵灰7 锅炉投油 可以只投入后极电场 6 运行操作的注意事项 高压供电系统投运时 应先在手动状态启动升压 判断电场无故障后 方可在自动状态下运行 整流变压器严禁开路运行 故启动操作前应保证高压回路完好 一旦发现开路运行 二次电压高 二次电流为0 应立即用 手动 降压停机 控制柜因某种原因引起跳闸报警后需先按下控制器上的 复位 按钮 解除警铃及使有关电路复位后 可再重试启动 从安全角度考虑 在正常启动前应先完成一台电除尘器所有电场的高压侧操作检查 停机操作改为检修状态时 一般应在所有电场电压侧电源切除的情况下进行高压回路操作 6 运行操作注意事项 续 运行中严禁操作高压隔离开关 人孔门应上锁 运行中电加热不得置于 手动 位置 以防电加热烧坏 为了减少设备冲击 停机操作时宜用 手动 降压后分闸 尽量避免在正常运行参数下直接人工分闸 如果是短时间停炉 电除尘器的振打 卸灰 加热装置仍可按原运行方式运行 检修停炉时 电除尘器停运后应将高压隔离开关置于接地位置 待电场停运8h后 方可打开人孔门通风冷却 7 电除尘器运行的监视表计及信号 1 电场的一二次电压 电流及浊度指示 2 振打程控运转信号 及振打电动机运转指示 3 卸 输灰系统的有关压力 灰位信号 4 电加热器的运行指示 报警 5 CO气体分析仪的指示报警 6 各类异常报警及跳闸信号 7 一些其他因特殊工艺要求为安全 可靠运行而设置的有关指示及信号 七 电除尘器的故障及处理方法 反电晕及其防止措施电流电压异常及其防止措施二次扬尘及主要处理措施电晕线肥大和阳极板积灰其他 1 防止产生反电晕的措施 喷雾增湿 提高粉尘的导电性 降低粉尘的比电阻喷雾增湿一方面可以降低烟气温度 在一定条件下可使比电阻处于较为有利的收尘范围 另一方面 更重要的是可以增加粉尘的表面导电 从而降低比电阻值 2 降低或提高气体温度粉尘比电阻通常是随着温度升高而增加的 当达到某一极限 200 250 后又随着温度升高而逐渐降低 为使电除尘器有效地工作 通常采用增湿的办法来降低气体的温度 使比电阻降低 在某些