高濃度電收塵的開發(fā)與應用

1、概述

電收塵器作為高效除塵設備自上世紀八十年代引進我國后，在電力、建材、冶金等行業(yè)得到了廣泛的應用。然而現(xiàn)在隨著環(huán)保要求的不斷提高以及技術的進步，電收塵器卻受到了前所未有的挑戰(zhàn)。通常電除塵器的進口濃度一般都在100mg/Nm³，人們將含塵濃度高于100mg/Nm³視為高濃度煙氣。電廠循環(huán)流化床脫硫時，為達到很高的脫硫效率和低的鈣硫化，脫硫劑（如CaO、Ca（OH）₂等）在塔內以極高的濃度并通過多次循環(huán)與煙氣充分接觸與反應，塔內濃度高達2000g/Nm³以上，除塵入口濃度達600-1200g/Nm³。新型的干法水泥生產工藝生料制備系統(tǒng)采用立磨，最新型的干法水泥生產工藝的生料制備系統(tǒng)則更進一步，將電收塵器變?yōu)樯a工藝系統(tǒng)中的一種重要的工藝裝備—生料收集器，電收塵器的入口濃度可達500-1000g/Nm³。針對這一情況，我們通過大量攻關研究，吸收魯奇技術和菲達的優(yōu)點，成功開發(fā)出能適應高濃度的JDW高濃度電收塵器。

2、高濃度電收塵開發(fā)要解決的問題

按傳統(tǒng)的電收塵理論，高濃度的含塵煙氣直接進入電場，必然會因電暈封閉而幾乎喪失除塵效果。為此開發(fā)高濃度除塵器首先要解決的問題就是：產生電暈封閉的條件，如何克服和消除電暈封閉？

此外，還要從除塵器內部結構、極配形式、供電裝置、殼體結構等方面予以改進，使之能適應高濃度的要求。

3、關于電暈封閉的再認識

以往的實驗和理論均表明：當粉塵濃度較高或粒徑很小時，會在集塵極表面形成覆蓋，使電暈區(qū)內的負離子無法直接穿透煙氣層而到達極板；與此同時，高密度荷電粉塵在電場內形成的高密度空間電荷抑制了陰極放電的進一步發(fā)展。此時表針顯示的二次電流很低，這就叫電暈封閉。

事實上，由于實際的電場并不能完全是均勻的，出現(xiàn)電暈封閉的濃度粒徑存在一個范圍。同時電暈封閉也并不表示沒有電暈電離產生，只不過是此時電暈放電受到了一定的限制，電暈電流極低，遠離電暈區(qū)的粉塵難以獲得足夠的電荷，該區(qū)域的電流形成完全依靠荷電粉塵的輸運。隨著煙氣的向后流動，已荷電粉塵紊流條件下按照某種概率和速率繼續(xù)向收塵極移動，并吸附于收塵極，從而使煙氣濃度得到相應降低；電暈極附近未荷電或荷電很少的粉塵在非均勻電場梯度力作用下產生極化，與正荷電粉塵一起迅速趨向陰極，使煙塵濃度進一部減小。當煙塵濃度降到一定程度時，電暈封閉解除，電暈電流出現(xiàn)，此時大部份離子電子電荷得以直接穿透極間的煙塵屏障到達極塵極，粉塵充分荷電，荷電粉塵向收塵極的遷移速率達到最大，煙氣凈化通道形成。此即電暈封閉條件下的煙氣凈化過程。

4、克服高濃度的方案

從以上分析，盡管會出現(xiàn)電暈封閉，但只要設備的規(guī)摸足夠大，我們總能得到預期的除塵效果。然而采取一定的措施，可以大大降低除塵器的投資和運行費用。

4.1 采取預收塵裝置，降低粉塵濃度

在除塵器設置預收塵裝置，是提高收塵效果的有效方法。主要采用以下幾點方法：

4.1.1采用上進氣結構

通常的電除塵器有上進氣、下進氣、水平進氣三種結構，其中以水平進氣居多。高濃度更多采用上進氣結構。含塵煙氣以15-20m/s由煙道進入上進口的擴散器內，因管路截面突然擴大氣體流速迅速降10-15倍，其中的粗大顆粒因失去動能直接落入灰斗。

4.1.2在進氣口處設折射板

進氣口的槽形折射板使氣流進入時在折射板相互碰撞，氣流速度迅速降低并改向，約有20-30%的粉塵因慣性碰撞而沉降下來。

4.1.3采用阻流加導流型氣流均布板

在進氣口中部和尾部采用多層阻流加導流型氣流均布板，一方面通過增加氣留局部阻力，將大規(guī)摸的紊流分割線接進層流狀態(tài)的小規(guī)模紊流；另一方面通過導流裝置使之按要求改變方向，氣流均勻的進入電場內部，含塵濃度進一步下降。

4.2電場的特殊設計

高濃度除塵的關鍵在第一電場，為了有效縮短電暈封閉的區(qū)域，主要采取以下措施。

4.2.1采用特殊設計的長齒RS管狀芒刺線，加大電暈線的放電能力形成強電暈電流。

4.2.2強化振打效果

放電極采用頂部傳動，側部撓臂振打，收塵極采用側部傳動側部振打，提高振打力，加快振打周期，盡量減少粉塵在收塵極上的停留時間，從而減少電暈封閉的產生。

4.3截流裝置的應用

由于氣流含塵濃度高，在第一電場下部沉積了大量的高濃度帶電粒子，為了阻擋這些粉塵進入下一電場，我們在第一二電場中間設計了特殊的截流裝置降低風速，粉塵得到有效沉降。

5、除塵器的主要特點

JDW系列高濃度除塵器將瑞典菲達和德國魯奇技術的優(yōu)點有機地結合為一體，同時根據我國國情作了適應性改進。除上面的結構外，主要有以下技術特點：

⑴選型正確合理

選擇電除塵器的規(guī)格大小、布置方式（即選型）是保證除塵效率的關鍵，選型過大會增加投資，造成浪費。選型過小，使排放不能達標，滿足不了設計要求，后果更加嚴重。高濃度除塵器均為非標產品，我們集各廠家優(yōu)秀的經驗和自身實踐，選定除塵器的主要工藝參數(shù)W_k（表觀驅進速度）、V_s（電場內的標準風速）以及比集塵面積等，從而確定保證除塵效率達到設計要求的電除塵器規(guī)格大小，再根據現(xiàn)場的具體條件來確定電除塵器布置方式，電除塵器的選型必須根據每個工程的具體情況逐一確定，不能簡單套用。

⑵極配形式（放電板、收塵極形式）適應高濃度粉塵的特殊性

針對每臺電除塵器所需處理的煙氣條件，選擇一個最佳的極配及配置方式是電除塵器設計的關鍵。針對高濃度粉塵的特殊性，我公司確定極配方式采用480C陽極板，（收塵極）配新RS132－6管型芒刺線。

480C型陽極板板面壓有多道溝槽，易于吸塵與清灰，兩旁的折邊成“ㄈ”型，不僅增架了極板的剛性，而且形成一道防風溝，可以防止振打振落下來的粉塵的二次飛揚，振打加速度傳遞性能好。制造材料則采用SPCC板材，該材料在高溫和振打作用下抗變形能力強。

極線（放電極）采用目前國內通用的“RS”線，該極線為管狀，具有堅固耐用、不斷線、起暈電壓低、放電強烈、電流密度大等優(yōu)點。我公司在試驗加實踐的基礎上開發(fā)出的新“RS－132－6”型極線，既留有“RS”線的優(yōu)點，又去除了其不足，消滅了原來“RS”線存在的極板上電流密度為零的“死區(qū)”。新“RS－132－6”型線的電流平均密度達σ_r=0.4，這對提高陽極板的有效利用率及防止反電暈的效果十分明顯。根據不同電場內的粉塵濃度，采用不同的芒刺尖和開角，一電場用加長齒，二、三、四電場依次調整，使極配完全適應粉塵的特殊性，從而可以保證電除塵器的高效運行。

⑶ 極板極線定位框架在車間組裝，從而保證了同極（異極）距的安裝質量。

作為電除塵器的性能保證，電除塵器在安裝過程中保證同極（異極）距誤差（越小越好）是一個重要的質量指標，同極（異極）距的安裝誤差超差直接影響電除塵器投運和電氣性質，因此控制同極（異極）距誤差是非常重要的，國內大多廠家電除塵器的同極（異極）距誤差需要在安裝過程中靠人工來保證和控制的，因此常常會發(fā)生電除塵器在空載試車或正常投運行后電壓電流不穩(wěn)定和不正常的偏大或偏小，其中一個重要的原因就是同極（異極）距離偏差較大。為了消除安裝誤差，我們把陽極板和陰極線的二個方向的定位框架在車間內組裝好，將同極（異極）距的安裝誤差消滅在車間中。安裝現(xiàn)場只需要把定位框架固定在殼體頂蓋上，把極板、極線掛上固定好就行，同極（異極）距不需要現(xiàn)場調整，提高了電除塵器的安裝質量和安裝進度。

⑷振打方式及振打制度合理

為能使極線有良好的放電性能，極板有良好的收塵效果，同時又要把二次飛揚減少到最小，除極線固定懸掛，極板懸掛，固定的剛性要大，還要振打加速度的傳遞效果要好，我們采用振打為側傳回轉繞臂錘打，其效果能完全達到設計要求。其振打制度完全由微機來控制，一電場和預收塵均采用連續(xù)振打，其它電場按程序控制，這樣更加完善了振打效果。

⑸ 漏風率低

為了使除塵器的漏風率小，除安裝時嚴格控制各焊縫的氣密性外，所有門、孔均采用雙層結構，密封材料采用優(yōu)質的硅橡膠玻纖膠圈，密封性能好，長時間高溫下不老化、不變形且彈性好，保證漏風率小于3%。

⑹ 阻流加導流型氣流分布裝置保證氣流分布均勻性。

氣流分布均勻性是提高除塵效率的先決條件，它的重要性眾所周知。我們采用阻流加導流方法，增大孔板孔徑到Φ60－Φ80，減小阻力，增加導流板。用導流的方式使氣流分布均勻，這種形式的氣流分布裝置既能達到氣流分布均勻，阻力又小且不會堵灰，它又類似百葉窗式，能起到機械除塵的效果，對高濃度的煙氣有很好的除塵效果。

⑺ 低負荷及調峰時的適應性強

旋窯煙氣粉塵有一定的粘性，容易吸附在瓷套、瓷軸表面，電除塵器投運時，高壓瓷套、瓷軸容易產生爬電現(xiàn)象。為此我們在結構上對瓷套保溫箱采取了特殊的保護措施，用獨立小室內外隔層中間保溫，并用電加熱恒溫控制，保證瓷套、瓷軸在煙氣露點20℃以上運行，有微量回熱風對瓷套、瓷軸進行吹掃，保證瓷套、瓷軸的表面清潔，使得電除塵器能在低負荷正常運行。

⑻設備運行安全可靠

盡管采用了上述幾種措施，但當結構故障的電除塵器也無法安全運行。目前，電除塵器的斷線、掉錘、絕緣子擊碎、灰斗堵灰常常發(fā)生，是電除塵器運行的“四大故障”，為消除這類故障，我公司通過不斷的研究、試驗、改進，已基本克服了這“四大故障”。

① 保證極線不斷、不掉

新RS管型芒刺線的支撐主體是φ20圓管，強度高、剛性好，運行中保證不會斷線，與極線連接的二個連接頭設置了專用保護套，極線二端連接頭與極線支撐主體Φ20圓管連成一體，這樣的結構極線永運不會脫落（掉線）。

② 克服掉錘現(xiàn)象

因電除塵器內的特殊工況，電除塵器內部的傳動部件如塵中軸承、振打錘都需耐磨。其中塵中軸承采用托輪式滾動軸承，托輪和護套均采用合金軸承鋼制造，具有很高的耐磨性，在傳動接觸處設計成線接觸，最大限度地減少了接觸，在振打軸與軸承接觸處設置耐磨護套，保證振打軸不磨損。振打錘頭為活動的圓柱結構，使振打部位交替變化，提高了振打力傳遞質量，又大大延長了使用壽命。經熱態(tài)滿灰連續(xù)130萬次振打試驗，確認相當于振打最頻繁的一電場使用25年的打擊次數(shù)，因此振打系統(tǒng)的壽命完全能保證二個大修周期以上（8年）。

③ 保證灰斗不堵灰

a. 設計傾角大于60°，轉角圓弧連接，消滅死角。

b. 灰斗下部加熱，使加熱均勻，保持恒溫，防止灰斗下部結露，造成積灰，使出灰暢通。

④ 防絕緣子（瓷套、瓷軸）擊穿

陰極振打和陰極吊掛絕緣子（瓷軸和瓷套）暴露在電場內，具有粘性的粉塵容易粘附在絕緣子表面而產生爬電擊穿現(xiàn)象。為此，我們在陰極振打與陰極吊掛絕緣子室設計時采用雙層小室結構，在內部形成微量回熱風，對絕緣子進行熱風吹掃，保證絕緣子清潔，從而保證電除塵器安全可靠運行。

⑤ 電控系統(tǒng)

a.選用質量好、誠信好的廠家的產品。

b.高壓電源控制系統(tǒng)，采用微機自控。

c.低壓控制（電加熱、陰陽極振打、排灰、溫度等）均有微機控制保護。

6、結論

高濃度電除塵器已經在電力、建材、冶金等行業(yè)得到了成功應用，可以相信隨著技術的不斷進步，這一技術將會更加完善，電除塵器將與袋除塵器長期共存。