高浓度电收尘的开发与应用

1、概述

电收尘器作为高效除尘设备自上世纪八十年代引进我国后，在电力、建材、冶金等行业得到了广泛的应用。然而现在随着环保要求的不断提高以及技术的进步，电收尘器却受到了前所未有的挑战。通常电除尘器的进口浓度一般都在100mg/Nm³，人们将含尘浓度高于100mg/Nm³视为高浓度烟气。电厂循环流化床脱硫时，为达到很高的脱硫效率和低的钙硫化，脱硫剂（如CaO、Ca（OH）₂等）在塔内以极高的浓度并通过多次循环与烟气充分接触与反应，塔内浓度高达2000g/Nm³以上，除尘入口浓度达600-1200g/Nm³。新型的干法水泥生产工艺生料制备系统采用立磨，最新型的干法水泥生产工艺的生料制备系统则更进一步，将电收尘器变为生产工艺系统中的一种重要的工艺装备—生料收集器，电收尘器的入口浓度可达500-1000g/Nm³。针对这一情况，我们通过大量攻关研究，吸收鲁奇技术和菲达的优点，成功开发出能适应高浓度的JDW高浓度电收尘器。

2、高浓度电收尘开发要解决的问题

按传统的电收尘理论，高浓度的含尘烟气直接进入电场，必然会因电晕封闭而几乎丧失除尘效果。为此开发高浓度除尘器首先要解决的问题就是：产生电晕封闭的条件，如何克服和消除电晕封闭？

此外，还要从除尘器内部结构、极配形式、供电装置、壳体结构等方面予以改进，使之能适应高浓度的要求。

3、关于电晕封闭的再认识

以往的实验和理论均表明：当粉尘浓度较高或粒径很小时，会在集尘极表面形成覆盖，使电晕区内的负离子无法直接穿透烟气层而到达极板；与此同时，高密度荷电粉尘在电场内形成的高密度空间电荷抑制了阴极放电的进一步发展。此时表针显示的二次电流很低，这就叫电晕封闭。

事实上，由于实际的电场并不能完全是均匀的，出现电晕封闭的浓度粒径存在一个范围。同时电晕封闭也并不表示没有电晕电离产生，只不过是此时电晕放电受到了一定的限制，电晕电流极低，远离电晕区的粉尘难以获得足够的电荷，该区域的电流形成完全依靠荷电粉尘的输运。随着烟气的向后流动，已荷电粉尘紊流条件下按照某种概率和速率继续向收尘极移动，并吸附于收尘极，从而使烟气浓度得到相应降低；电晕极附近未荷电或荷电很少的粉尘在非均匀电场梯度力作用下产生极化，与正荷电粉尘一起迅速趋向阴极，使烟尘浓度进一部减小。当烟尘浓度降到一定程度时，电晕封闭解除，电晕电流出现，此时大部份离子电子电荷得以直接穿透极间的烟尘屏障到达极尘极，粉尘充分荷电，荷电粉尘向收尘极的迁移速率达到最大，烟气净化通道形成。此即电晕封闭条件下的烟气净化过程。

4、克服高浓度的方案

从以上分析，尽管会出现电晕封闭，但只要设备的规摸足够大，我们总能得到预期的除尘效果。然而采取一定的措施，可以大大降低除尘器的投资和运行费用。

4.1 采取预收尘装置，降低粉尘浓度

在除尘器设置预收尘装置，是提高收尘效果的有效方法。主要采用以下几点方法：

4.1.1采用上进气结构

通常的电除尘器有上进气、下进气、水平进气三种结构，其中以水平进气居多。高浓度更多采用上进气结构。含尘烟气以15-20m/s由烟道进入上进口的扩散器内，因管路截面突然扩大气体流速迅速降10-15倍，其中的粗大颗粒因失去动能直接落入灰斗。

4.1.2在进气口处设折射板

进气口的槽形折射板使气流进入时在折射板相互碰撞，气流速度迅速降低并改向，约有20-30%的粉尘因惯性碰撞而沉降下来。

4.1.3采用阻流加导流型气流均布板

在进气口中部和尾部采用多层阻流加导流型气流均布板，一方面通过增加气留局部阻力，将大规摸的紊流分割线接进层流状态的小规模紊流；另一方面通过导流装置使之按要求改变方向，气流均匀的进入电场内部，含尘浓度进一步下降。

4.2电场的特殊设计

高浓度除尘的关键在第一电场，为了有效缩短电晕封闭的区域，主要采取以下措施。

4.2.1采用特殊设计的长齿RS管状芒刺线，加大电晕线的放电能力形成强电晕电流。

4.2.2强化振打效果

放电极采用顶部传动，侧部挠臂振打，收尘极采用侧部传动侧部振打，提高振打力，加快振打周期，尽量减少粉尘在收尘极上的停留时间，从而减少电晕封闭的产生。

4.3截流装置的应用

由于气流含尘浓度高，在第一电场下部沉积了大量的高浓度带电粒子，为了阻挡这些粉尘进入下一电场，我们在第一二电场中间设计了特殊的截流装置降低风速，粉尘得到有效沉降。

5、除尘器的主要特点

JDW系列高浓度除尘器将瑞典菲达和德国鲁奇技术的优点有机地结合为一体，同时根据我国国情作了适应性改进。除上面的结构外，主要有以下技术特点：

⑴选型正确合理

选择电除尘器的规格大小、布置方式（即选型）是保证除尘效率的关键，选型过大会增加投资，造成浪费。选型过小，使排放不能达标，满足不了设计要求，后果更加严重。高浓度除尘器均为非标产品，我们集各厂家优秀的经验和自身实践，选定除尘器的主要工艺参数W_k（表观驱进速度）、V_s（电场内的标准风速）以及比集尘面积等，从而确定保证除尘效率达到设计要求的电除尘器规格大小，再根据现场的具体条件来确定电除尘器布置方式，电除尘器的选型必须根据每个工程的具体情况逐一确定，不能简单套用。

⑵极配形式（放电板、收尘极形式）适应高浓度粉尘的特殊性

针对每台电除尘器所需处理的烟气条件，选择一个最佳的极配及配置方式是电除尘器设计的关键。针对高浓度粉尘的特殊性，我公司确定极配方式采用480C阳极板，（收尘极）配新RS132－6管型芒刺线。

480C型阳极板板面压有多道沟槽，易于吸尘与清灰，两旁的折边成“ㄈ”型，不仅增架了极板的刚性，而且形成一道防风沟，可以防止振打振落下来的粉尘的二次飞扬，振打加速度传递性能好。制造材料则采用SPCC板材，该材料在高温和振打作用下抗变形能力强。

极线（放电极）采用目前国内通用的“RS”线，该极线为管状，具有坚固耐用、不断线、起晕电压低、放电强烈、电流密度大等优点。我公司在试验加实践的基础上开发出的新“RS－132－6”型极线，既留有“RS”线的优点，又去除了其不足，消灭了原来“RS”线存在的极板上电流密度为零的“死区”。新“RS－132－6”型线的电流平均密度达σ_r=0.4，这对提高阳极板的有效利用率及防止反电晕的效果十分明显。根据不同电场内的粉尘浓度，采用不同的芒刺尖和开角，一电场用加长齿，二、三、四电场依次调整，使极配完全适应粉尘的特殊性，从而可以保证电除尘器的高效运行。

⑶ 极板极线定位框架在车间组装，从而保证了同极（异极）距的安装质量。

作为电除尘器的性能保证，电除尘器在安装过程中保证同极（异极）距误差（越小越好）是一个重要的质量指标，同极（异极）距的安装误差超差直接影响电除尘器投运和电气性质，因此控制同极（异极）距误差是非常重要的，国内大多厂家电除尘器的同极（异极）距误差需要在安装过程中靠人工来保证和控制的，因此常常会发生电除尘器在空载试车或正常投运行后电压电流不稳定和不正常的偏大或偏小，其中一个重要的原因就是同极（异极）距离偏差较大。为了消除安装误差，我们把阳极板和阴极线的二个方向的定位框架在车间内组装好，将同极（异极）距的安装误差消灭在车间中。安装现场只需要把定位框架固定在壳体顶盖上，把极板、极线挂上固定好就行，同极（异极）距不需要现场调整，提高了电除尘器的安装质量和安装进度。

⑷振打方式及振打制度合理

为能使极线有良好的放电性能，极板有良好的收尘效果，同时又要把二次飞扬减少到最小，除极线固定悬挂，极板悬挂，固定的刚性要大，还要振打加速度的传递效果要好，我们采用振打为侧传回转绕臂锤打，其效果能完全达到设计要求。其振打制度完全由微机来控制，一电场和预收尘均采用连续振打，其它电场按程序控制，这样更加完善了振打效果。

⑸ 漏风率低

为了使除尘器的漏风率小，除安装时严格控制各焊缝的气密性外，所有门、孔均采用双层结构，密封材料采用优质的硅橡胶玻纤胶圈，密封性能好，长时间高温下不老化、不变形且弹性好，保证漏风率小于3%。

⑹ 阻流加导流型气流分布装置保证气流分布均匀性。

气流分布均匀性是提高除尘效率的先决条件，它的重要性众所周知。我们采用阻流加导流方法，增大孔板孔径到Φ60－Φ80，减小阻力，增加导流板。用导流的方式使气流分布均匀，这种形式的气流分布装置既能达到气流分布均匀，阻力又小且不会堵灰，它又类似百叶窗式，能起到机械除尘的效果，对高浓度的烟气有很好的除尘效果。

⑺ 低负荷及调峰时的适应性强

旋窑烟气粉尘有一定的粘性，容易吸附在瓷套、瓷轴表面，电除尘器投运时，高压瓷套、瓷轴容易产生爬电现象。为此我们在结构上对瓷套保温箱采取了特殊的保护措施，用独立小室内外隔层中间保温，并用电加热恒温控制，保证瓷套、瓷轴在烟气露点20℃以上运行，有微量回热风对瓷套、瓷轴进行吹扫，保证瓷套、瓷轴的表面清洁，使得电除尘器能在低负荷正常运行。

⑻设备运行安全可靠

尽管采用了上述几种措施，但当结构故障的电除尘器也无法安全运行。目前，电除尘器的断线、掉锤、绝缘子击碎、灰斗堵灰常常发生，是电除尘器运行的“四大故障”，为消除这类故障，我公司通过不断的研究、试验、改进，已基本克服了这“四大故障”。

① 保证极线不断、不掉

新RS管型芒刺线的支撑主体是φ20圆管，强度高、刚性好，运行中保证不会断线，与极线连接的二个连接头设置了专用保护套，极线二端连接头与极线支撑主体Φ20圆管连成一体，这样的结构极线永运不会脱落（掉线）。

② 克服掉锤现象

因电除尘器内的特殊工况，电除尘器内部的传动部件如尘中轴承、振打锤都需耐磨。其中尘中轴承采用托轮式滚动轴承，托轮和护套均采用合金轴承钢制造，具有很高的耐磨性，在传动接触处设计成线接触，最大限度地减少了接触，在振打轴与轴承接触处设置耐磨护套，保证振打轴不磨损。振打锤头为活动的圆柱结构，使振打部位交替变化，提高了振打力传递质量，又大大延长了使用寿命。经热态满灰连续130万次振打试验，确认相当于振打最频繁的一电场使用25年的打击次数，因此振打系统的寿命完全能保证二个大修周期以上（8年）。

③ 保证灰斗不堵灰

a. 设计倾角大于60°，转角圆弧连接，消灭死角。

b. 灰斗下部加热，使加热均匀，保持恒温，防止灰斗下部结露，造成积灰，使出灰畅通。

④ 防绝缘子（瓷套、瓷轴）击穿

阴极振打和阴极吊挂绝缘子（瓷轴和瓷套）暴露在电场内，具有粘性的粉尘容易粘附在绝缘子表面而产生爬电击穿现象。为此，我们在阴极振打与阴极吊挂绝缘子室设计时采用双层小室结构，在内部形成微量回热风，对绝缘子进行热风吹扫，保证绝缘子清洁，从而保证电除尘器安全可靠运行。

⑤ 电控系统

a.选用质量好、诚信好的厂家的产品。

b.高压电源控制系统，采用微机自控。

c.低压控制（电加热、阴阳极振打、排灰、温度等）均有微机控制保护。

6、结论

高浓度电除尘器已经在电力、建材、冶金等行业得到了成功应用，可以相信随着技术的不断进步，这一技术将会更加完善，电除尘器将与袋除尘器长期共存。