淺談?dòng)绊戨姵龎m器收塵效率的主要因素
1.前言
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求日趨嚴(yán)格,電除塵器以其除塵效率高、運(yùn)行用度低而得到廣泛應(yīng)用。電除塵器運(yùn)行的效率一般要求保持在一個(gè)很高的水平上,否則將達(dá)不到國(guó)家對(duì)煙氣排放的要求。但影響電除塵器除塵效率的因素有很多,其中主要因素有:煙氣溫度、煙氣濕度、煙氣流速、粉塵濃度和粉塵比電阻等。下面就以上諸因素進(jìn)行一些淺顯的論述。
2.煙氣溫度對(duì)電除塵器的影響
隨著燃煤電廠單臺(tái)機(jī)組容量和鍋爐熱效率的不斷進(jìn)步,電除塵器進(jìn)口煙溫不斷降低,從20世紀(jì)50-60年代的170-180℃,降至目前的130-140℃,有時(shí)甚至降至不足130℃。煙氣溫度的急劇的變化,對(duì)電除塵器的運(yùn)行產(chǎn)生了較大的影響。主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。
2.1煙氣溫度對(duì)粉塵比電阻的影響
產(chǎn)業(yè)粉塵大多是無(wú)機(jī)化合物或金屬氧化物,它們的電盡緣性能比較好,比電阻一般都有比較高。通常情況下,煙氣溫度高,粘附在粉塵表面的水分了愈少,粉塵的比電阻愈高,一般可達(dá)1011歐姆·厘米。但是,當(dāng)溫度正如超過(guò)一定限度時(shí),由于粉塵本身分子熱運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng),物質(zhì)中自由離子的自由電子的數(shù)目增加,物質(zhì)的導(dǎo)電性能增大,表現(xiàn)為本身體積電阻的降低,在此之后,粉塵的比電阻將隨溫度的升高而降低。
2.2煙氣溫度對(duì)粘度的影響
當(dāng)煙氣溫度升高時(shí),氣體的分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,運(yùn)動(dòng)著的分子之間的磨擦加大,使得氣體的粘度增加。電場(chǎng)中的帶電粉塵在電場(chǎng)庫(kù)侖力的作用下,向收塵極板運(yùn)動(dòng)的驅(qū)進(jìn)速度也與含塵煙氣的粘度有關(guān)。當(dāng)煙氣溫度愈高,氣體的粘度愈大,粉塵的驅(qū)進(jìn)速度愈低,收塵效率'>收塵效率也隨著降低。
2.3煙氣溫度對(duì)氣體擊穿電壓的影響
從氣體放電的條件來(lái)看,在正常大氣壓力下的干燥空氣,在一定間隔的空間,產(chǎn)生電擊(火花放電)的電壓,隨著氣體密度(單位體積中的氣體分子數(shù))的減少而降低。這是由于,當(dāng)氣體密度減少時(shí),氣體分子的間隔加大,每個(gè)電子在電場(chǎng)中產(chǎn)生碰撞電離"自由行程"加大,因而電子可獲得較大的速度和動(dòng)能,電離效應(yīng)加強(qiáng),氣體輕易被擊穿。
根據(jù)管式電除塵器臨界電場(chǎng)強(qiáng)度與電暈極型式及煙氣密度的關(guān)系式(經(jīng)驗(yàn)式):
Ek=31δ(1+0.308/)公式中:
γ0-電暈極的半徑(厘米)
δ-空氣相對(duì)密度(工作狀態(tài)下的空氣密度與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度之比)
Ek-臨界電場(chǎng)強(qiáng)度(開(kāi)始產(chǎn)生電暈的電場(chǎng)強(qiáng)度)
式中可以看出,當(dāng)空氣相對(duì)密度δ減少時(shí),開(kāi)始產(chǎn)生電暈的電場(chǎng)強(qiáng)度也隨之降低,氣體所擊穿電壓下降。同時(shí),實(shí)驗(yàn)還表明,隨著空氣密度的降低,電暈的起始電壓也相應(yīng)的降低。
維持電除塵器穩(wěn)定操縱的電壓范圍隨著氣體溫度的升高而降低。
從上述分析可以得出,氣體的擊穿電壓與氣體的密度成正比關(guān)系,而氣體的密度在很大程度上決定于氣體溫度。當(dāng)氣體壓力不變時(shí),氣體的密度與氣體的盡對(duì)溫度成反比。因此,當(dāng)氣體溫度降低時(shí),氣體的密度增加,從而負(fù)氣體的擊穿電壓也相應(yīng)的增加。由于擊穿電壓的增高,可使電除塵器所承受的電壓更高,從而可大進(jìn)步收塵效率'>收塵效率。
伏安特性還表明,當(dāng)煙氣溫度超過(guò)150℃時(shí),電壓即使在不大的范圍內(nèi)變動(dòng),也足以引起電流的明顯變化。
2.4煙氣溫度對(duì)煙氣量的影響
根據(jù)關(guān)系式:v≈2.86×T/P×102公式中:
v-煙氣的實(shí)際比體積,m3/Kg,v=1/ρ
ρ-煙氣的密度,Kg/m3
v0-標(biāo)準(zhǔn)關(guān)態(tài)下的煙氣的比體積,m3/Kg,對(duì)于燃煤電廠的煙氣,v0≈0.77m3/Kg(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)
所以在煙氣壓力不變的條件下,當(dāng)煙溫降低時(shí),煙氣量將下降。
綜上所述,燃煤電廠煙氣溫度降低所引起的飛灰比電阻的下降、氣體的粘度的下降、煙氣密度的進(jìn)步、煙氣量減少,對(duì)于進(jìn)步電除塵效率都是有益的。
3.煙氣流速對(duì)電除塵器的影響
在電除塵器的通流截面確定之后,通過(guò)電場(chǎng)的煙氣流速愈高,則收塵效率愈低。反之,煙氣流速愈低,則愈輕易收塵。
?。?)當(dāng)煙氣流速愈大,含塵煙氣通過(guò)電場(chǎng)的時(shí)間縮短,有些粉塵還來(lái)不及充分荷電,則被收塵極捕集的概率減小,被氣流帶出電除塵器。
?。?)有效電場(chǎng)以外的空間,諸如:下部的灰斗、上部的間隔和兩邊極板與外殼的空隙中,由于煙氣流速過(guò)大,被氣流帶走的漏灰將增加。
?。?)已收到電極上的粉塵在振打時(shí),落進(jìn)下部灰斗中,但由于煙氣流速過(guò)大,在著落過(guò)程中,很輕易被氣流帶走。假如煙氣流速過(guò)大,既使不振打時(shí),氣流仍然會(huì)沖洗帶動(dòng)走已收到收塵極上的粉塵。這樣,假如煙氣流速過(guò)大,則會(huì)加大粉塵的二次飛揚(yáng)。
綜上所述,煙氣流速增大,會(huì)降低電除塵的效率。
4.粉塵比電阻對(duì)電除塵器的影響
任何物質(zhì)都有一定的電阻,它是可以丈量的。粉塵固然是一種疏松的物體,也可以采用一定的方法來(lái)丈量電阻值。常用的方法有:⑴圓盤電極法、⑵針狀圓盤電極法、⑶圓筒電極法。
但是,在丈量粉塵時(shí)的這個(gè)電阻,并不是單位體積的電阻,它除了粉塵顆粒內(nèi)部電阻之外,還包括粉塵顆粒本身以及顆粒之間的表面?zhèn)鲗?dǎo)電阻。而且,在很多高電阻粉塵中,在低溫情況下丈量時(shí),得出的結(jié)果主要是表面電阻。在高溫情況下,由于體積電阻降低,故在測(cè)出的結(jié)果中,體積電阻才占有主導(dǎo)地位。此外,粉塵電阻率的大小,又隨測(cè)試的工藝操縱條件不同而有差別,如粉塵的疏松度、溫度、濕度和細(xì)度等。因此,這個(gè)丈量結(jié)果只是一種表觀的可以比較的粉塵電阻,稱為表觀比電阻,簡(jiǎn)稱比電阻。
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4.1低比電阻對(duì)電收塵的影響
比電阻值在104Ω·㎝以下的粉塵,稱為低比電阻粉塵。電除塵器難以捕集,易形成二次飛揚(yáng)。這是由于低比電阻粉塵導(dǎo)電性比較好,當(dāng)帶負(fù)電的粉塵到達(dá)收塵極板后,即刻就把負(fù)電核開(kāi)釋出來(lái),而隨之又由收塵極板傳給粉塵以正電荷,這時(shí),粉塵由于同性電荷相斥的作用,而被收塵極板所排斥,再次推回氣流中。隨后,粉塵又重新被空間負(fù)電荷所粘附,在電場(chǎng)庫(kù)侖力的作用下,重新跑向收塵極板,再次放出電荷,再次被推回氣流中。因而,有很多低比電阻粉塵實(shí)際上在極板的表面一直沒(méi)有被吸附住,而是沿著極板表面"彈跳"著前進(jìn),最后被氣流帶出收塵器。
4.2高比電阻對(duì)電收塵的影響
比電阻值在1011Ω·㎝以上的粉塵,稱為高比電阻粉塵。由于高比電阻粉塵導(dǎo)電性較差,電荷粘附在粉塵顆粒上,不易逸出,當(dāng)粉塵到達(dá)收塵極板后,電荷不能順利地開(kāi)釋而殘留在這些粉塵上,隨著粉塵愈積愈厚,粉塵中的負(fù)電荷就愈積愈多,這就使得在粉塵層與極板之間形成一個(gè)愈積愈強(qiáng)的電場(chǎng),終極導(dǎo)致電極表面的粉塵層被局部擊穿,形成反電暈。
因此,所謂粉塵比電阻,實(shí)質(zhì)上是衡量荷電粉塵到達(dá)收塵極后開(kāi)釋電子能力的一個(gè)參數(shù)。
4.3反電暈對(duì)電收塵的影響
在收塵極上產(chǎn)生與電暈極性相反的電暈放電稱反電暈,這是由于電極表面的粉塵層被局部擊穿所所致。
反電暈的出現(xiàn),說(shuō)明收塵極板表面上粉塵層里面的間隙中產(chǎn)生了氣體電離,收塵極板也成了放電極,正負(fù)兩個(gè)電極互相相對(duì)著放電,這時(shí)兩極之間的擊穿電壓就會(huì)大大下降。
反電暈是一種特別有害的現(xiàn)象,當(dāng)它一旦出現(xiàn),就會(huì)反過(guò)來(lái)由收塵極板(陽(yáng)極板)向電場(chǎng)空間放出正電荷,這些反方向倒流的正電荷很快又要與迎面跑來(lái)的負(fù)電荷相遇而中和,它耗用高壓電流,卻使除塵電場(chǎng)的收塵效率'>收塵效率下降。
粉塵比電阻值在1011Ω·㎝以上時(shí),稱為高比電阻粉塵,高比電阻粉塵在電除塵器中比較輕易出現(xiàn)反電暈。反高暈出現(xiàn)后的主要表現(xiàn)型式是火花閃絡(luò)頻繁,運(yùn)行電壓降低,運(yùn)行電流減小,二次電流表的指針不斷的擺動(dòng),其主要表現(xiàn)特征是V-I特性曲線出現(xiàn)了拐點(diǎn)。
5.煙氣濕度對(duì)電除塵器的影響
進(jìn)進(jìn)電收塵器的含塵煙氣的濕度大小,不僅影響到電場(chǎng)運(yùn)行電壓的高低,而且還將影響到粉塵比電阻的大小及收塵效率'>收塵效率。一般的講,濕度增大,除塵效率進(jìn)步。這是由于空氣的擊穿電壓隨濕度的加大而進(jìn)步:粉塵比電阻隨濕度的加大而減小。
5.1煙氣濕度對(duì)空氣擊穿電壓的影響
水分了(H20)是極性分子,極性分子的正極端會(huì)吸引負(fù)電荷,負(fù)極端會(huì)吸引正電荷。因此,極性分子的荷電能力比中性分子大的多。
在電場(chǎng)中,水分子能大量的吸附電子,使分子帶負(fù)電并轉(zhuǎn)變?yōu)樾袆?dòng)緩慢的負(fù)離子,因而使空間的自由電子數(shù)目大大減少,電離強(qiáng)度減弱,電暈電流減少,使得空氣間隙的耐壓強(qiáng)度增加,擊穿電壓升高,火花放電較難出現(xiàn)。這就是通常所說(shuō)的水蒸汽對(duì)于空氣的"支游離"作用。
煙氣濕度對(duì)伏安特性的影響:它表明,隨著氣體濕度的增加,電場(chǎng)中的電離強(qiáng)度將減弱,電暈電流也隨之減小,電場(chǎng)的擊穿電壓升高。
5.2煙氣濕度對(duì)粉塵比電阻的影響
水本身并不是一種良好的導(dǎo)電體,只是在它溶解有其他物質(zhì)時(shí),導(dǎo)電性才得到增加。在電除塵器中,當(dāng)粉塵的比電阻值過(guò)大時(shí),濕度增加,水分子粘附在導(dǎo)電性很差的粉塵上,能降低粉塵的比電阻,使反電暈不易產(chǎn)生。
同時(shí),煙氣中水分對(duì)粉塵比電阻的影響往往因其他化學(xué)物質(zhì)的存大而加劇,如SO3等。SO3的作用是把粉塵比電阻降低到大低于只有水分存大時(shí)的比電阻。SO3借助于水分腐蝕粉塵表面,使之開(kāi)釋出更多的電荷載體。水和SO3加強(qiáng)粉塵導(dǎo)電作用的機(jī)理是使氫離子各硫酸根離子作為電荷載體直接參與導(dǎo)電過(guò)程。
實(shí)際上,研究煙氣濕度的目的在于:①要想法控制電除塵器的進(jìn)口溫度,使之能夠避開(kāi)高比電阻溫度區(qū)②避免降至露點(diǎn)溫度區(qū),以免因煙氣結(jié)露,造成成電除塵器極板、極線以及吸風(fēng)機(jī)黏灰扣金屬構(gòu)件腐蝕,影響設(shè)備的運(yùn)行效率和安全。
6.煙氣含塵濃度對(duì)電除塵器的影響
在電收塵器中,假如粉塵濃度太大,將使收塵電場(chǎng)的空間電荷過(guò)多,能夠出現(xiàn)電暈封閉的現(xiàn)象,使收塵效率降低。
當(dāng)電除塵器的收塵電場(chǎng)產(chǎn)生電暈放電后,大量的氣體負(fù)離子和帶負(fù)電的粉塵布滿在電暈區(qū)以外的廣大空間,空間中的這些電荷統(tǒng)稱為空間電荷。實(shí)踐中我們也經(jīng)??梢钥吹?,當(dāng)電除塵器不通煙氣送電時(shí),高壓電流都相當(dāng)大,有時(shí)在進(jìn)行空載升壓試驗(yàn)時(shí),需使用兩臺(tái)整流變壓器并聯(lián)送電才能升高到額定值。而一旦進(jìn)進(jìn)煙氣后,由于荷電粉塵的運(yùn)動(dòng)速度低,使得電場(chǎng)空間電荷加大,固然電壓不變,電流卻在幾分鐘之內(nèi)就降低下來(lái)。在一般情況下,這種情況是正常的。
但是,當(dāng)煙氣中的粉塵濃度過(guò)大時(shí),由于低速運(yùn)動(dòng)的粉塵顆粒過(guò)多,它們荷電后使空間電荷達(dá)到飽和,電暈區(qū)電壓受到很大的抑制,電暈大大削弱,高壓電流幾乎降到零,出現(xiàn)電暈封閉現(xiàn)象,收塵效率大大下降。
電暈封閉的出現(xiàn),說(shuō)明電除塵器可能存在以下幾種情況:
?。?)煙塵濃度過(guò)大,或者煙塵的分散度過(guò)高,增加了粉塵的顆粒數(shù)目。
?。?)煙氣流速過(guò)高,增加了進(jìn)進(jìn)電除塵器中的粉塵含水量。
(3)電場(chǎng)電壓太低,荷電粉塵向極板的運(yùn)動(dòng)速度太慢。
由于第一電場(chǎng)的粉塵濃度最大,往往最輕易出現(xiàn)電暈封閉現(xiàn)象。因此,在設(shè)計(jì)上,第一電場(chǎng)宜采用芒刺型電暈極(如鋸齒線、RS線等)使放電集中,放電尖真?zhèn)€電風(fēng)加大,加快粉塵運(yùn)動(dòng),以打破空間電荷造成的電暈封閉現(xiàn)象。
7.結(jié)束語(yǔ)
設(shè)計(jì)電除塵器時(shí),應(yīng)根據(jù)煤、灰成分確定電除
塵器的各個(gè)參數(shù),根據(jù)工況確定最佳風(fēng)速,流通面積,以使電除塵器達(dá)到除塵效率。在影響除塵器效率的各種因素下,通過(guò)各種措施使影響向有利于除塵效率的方面發(fā)展。
編輯:姜立東
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