電除塵效率影響因素的初步研究

解 磊 上海電氣電站工程公司工程部 (201199)

解 磊（1981年~），男，工程師，工學碩士，主要從事中東非洲片區前期投標及施工分包工作。

0 引言

隨著人們對環保要求的日益提高，電廠煙塵污染是一個重大的環保問題，國家已經制定出《鍋爐煙塵排放標準》，提出對煙塵濃度和林格曼黑度兩個最大允許控制指標：最大允許煙塵濃度200mg/m3，林格曼黑度（炭黑粉塵）最大允許I級。為保證電除塵長期高效、穩定、節能運行，對影響電除塵除塵效果的各種因素進行分析具有重要意義。電除塵除塵原理見圖1。

圖1 電除塵原理

1 影響除塵效率的主要因素

影響電除塵除塵效率的因素有很多，有設計、安裝和運行等方面的原因。就每個方面而言，影響除塵效率的原因又很多，如運行工況對電除塵性能的影響就包括煙氣性質、粉塵特性、結構因素和運行因素等。這里僅從幾個側面，對影響電除塵效率的主要因素進行分析。

1.1 設計因素

電除塵設計需要的原始資料包括鍋爐主要數據、燃煤特性、飛灰特性、其他煙氣參數以及廠址、氣象和地理條件。正確提供和選用這些資料，對于保持電除塵性能至關重要。然而在設計中，往往難以取得所需要的所有資料。例如飛灰化學成分分析，一般只分析SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO以及SO3等項目，而忽視去的Na2O、K2O、TiO2、MnO2、Li2O、P2O5及飛灰可燃的影響又是很重要的；另一個設計中的問題是目前我國在設計中選擇參數的命中率還不夠高，其原因是至今國內尚無媒質對電除塵特性影響的研究數據例如整流設備額定電壓與電流的選擇。除個別情形外，一般選擇過大。這種大馬拉小車有一系列弊端：電壓選擇過高，實際送不上去，可控硅導通角將被壓縮得很小，失配嚴重，調壓后的峰值將使電場過早擊穿，造成火花頻繁，反而降低除塵效率。電流選高了，整流器內阻小，工作不穩定，自動控制和消弧困難，火花多，除塵效率也會降低。

印度瑞吉4×300MW燃煤項目電除塵引進的是瑞典FLAKT公司設備，數十年來一直沿用至今，沒有根據市場進行設計更新、優化，尤其是針對印度市場進行設計優化。其高壓電控設備由分包廠商自行研發、采購的組裝機，并且是首次運用到瑞吉項目，把瑞吉項目作為試驗臺。所涉及的電控設備沒有嚴格按照瑞吉項目現場的實際情況進行設計選型，而是最原始非智能型“傻瓜機”，無法針對實際的運行工況做出快捷調整達到良好的除塵效果。

1.2 安裝因素

電除塵的安裝質量對電除塵的除塵效率有很大的影響。如果安裝質量不好，對同一臺電除塵，其效率可以相差10%。例如，瑞吉項目1#號機組，在安裝期間，用戶安裝水平較差，缺乏專業技術人員，廠商工代監督不力，造成運行期間，芒刺線多處掉落，陽極板變形，電場短路，振打系統不動作等，給整改工作造成較大困難，影響機組移交。

1.3 粉塵特性因素

1.3.1 粉塵的粒徑分布

粉塵的粒徑分布對電除塵的效率有很大影響，分級除塵效率隨驅進速度的增加而增大，而驅進速度與粒徑的大小成正比。總除塵效率隨著粉塵粒徑的增大而增加，隨幾何標準偏差的增加而減小，因此在電除塵設計或選型計算時，測定粉塵的粒徑分布是極為重要的，它是計算排出的濃度不至于超過排放標準的基本依據。

1.3.2 粉塵的粘附性

如果粉塵的粘附性較強，沉積在收塵極板上的粉塵不易振打下來，使收塵極的導電性大為減弱，導致電暈電流減小。如果粘附在電暈極線上，會使電暈線粗大，降低電暈放電效果，粉塵難以充分荷電，導致效率降低。

粉塵的粘附性不僅與煙氣和粉塵的組成成分有關，而且與粉塵的粒徑有關，粒徑愈小，粘附性愈強。粉塵的粘附性主要包括分子引力、毛細管粘著力及靜電庫倫引力。但關于這些力的理論計算較為繁瑣，其結果還缺乏可靠性。可采用粉塵層的粘附強度作為評定粉塵粘附性的指標。

為了克服粉塵粘附性大的缺陷，除塵器振打錘的設計一定要科學合理，既要保證有效清除極板極線上的粉塵，又要保證不產生二次飛揚。振打制度也要設置合理，對收塵極振打可通過調整振打時間，保證極板上的粉塵成片剝落；對放電極振打，可通過調整振打錘的提升角度來保證足夠的振打力，如將頂部提升振打改為腰部撓臂振打，既提高了振打錘的振打力，又加快了振打周期，使電暈線經常保持正常的工作狀態，保證電除塵的高效除塵效率。

1.3.3 粉塵的比電阻

電除塵的性能，很大程度上取決于粉塵的比電阻，見圖2。電除塵最適合的比電阻的范圍是104~5×1010，當比電阻小于正常值時荷電粉塵一旦到達收塵極表面，便很快釋放電荷，并由于靜電感應而很快獲得與席吸塵性相同的正電荷，若帶正電荷的粒子與吸塵極之間的排斥力大的足以克服粒子對極板的附著力，塵粒就會從極板上跳回氣流中，重返氣流中的塵粒再次荷電后被捕集，又再次跳出去，最終可能被氣流帶出電除塵，導致效率降低。相反，如果塵粒比電阻過大，沉寂在極板上的塵粒釋放電荷的速度緩慢，形成很大的電附著力，這樣不僅清灰困難，而且隨著粉塵層的增厚，造成粉塵電荷積累過大，與吸塵極板產生一個強大電場，這電場不但減弱了電極間的電場強度，排斥其他粉塵向極板運動，當粉塵層的厚度大于其臨界值時，還會在粉層的孔隙間產生局部擊穿，導致反電暈。在反電暈情況下，粉塵二次揚塵嚴重，電能消耗增加，除塵性能惡化甚至無法工作。

圖2 粉塵比電阻的對燃煤機組的影響

1.4 煙氣性質的因素

1.4.1 煙氣溫度

煙氣溫度不僅對粉塵比電阻有影響，而且對電暈始發電壓、火花放電電壓、煙氣量等有影響，隨溫度的上升，電暈電壓減小、火花電壓降低。煙氣溫度上升會導致煙氣處理量增大，電場風速提高，引起除塵效率下降。當煙氣溫度超過300℃時，就需要采用耐高溫材料且要考慮電除塵的熱膨脹變形問題。電除塵通常適用的溫度范圍是100~250℃。

1.4.2 煙氣濕度

原料和燃料中含有水分，參與燃燒的空氣也含有水分。因此燃料燃燒的產物及煙氣中含有水蒸氣，對電除塵的運行是有害的。但是在有孔、門等漏風的地方，由于在這里煙氣溫度降至露點以下，就會造成酸腐蝕。增濕可以降低比電阻，提高除塵效率。為了防止煙氣腐蝕，電除塵外殼應加保溫層，使煙氣溫度都保持在和濕度相對應的露點溫度之上。

1.4.3 含塵質量濃度

電除塵對煙塵入口質量濃度有一定的適宜范圍，在入口質量濃度過高時需要在電除塵前增設預收塵裝置。在負電暈情況下，在電場空間的含塵氣流中主要有三種粒子：電子、負氣體離子、帶負電的塵粒。所以，點暈電流一部分由電子和負離子運行形成，一部分由荷電粉塵形成。但由于粉塵的大小和質量大于氣體離子，其運動速度要比氣體離子小得多，因此，帶電粉塵所形成的電暈電流很小。隨著煙塵含塵質量濃度的增加，帶電粉塵數量增多，雖然所形成的電暈電流不大，但形成的空間電荷卻很大，嚴重抑制電暈電流的產生，使塵粒不能獲得足夠的電荷，以致二次電流大幅度的下降，如果含塵濃度太大時，可能使電流趨于零，使運行參數明顯下降、收塵效果明顯惡化，這種現象稱為電暈閉塞。

1.5 振打除灰裝置因素

1.5.1 振打周期和時間

電除塵一般均采用錘擊振打方式清灰。在陰陽極錘擊振打力度和均勻性都滿足要求時，陰陽極錘擊振打制度（周期、時間）是否合理對除塵效率的影響極大。錘擊振打周期對除塵效率的影響在于清灰時能否使脫落的塵塊直接落入灰斗中。振打周期過長，極板積灰過厚，將降低帶電粉塵的極板上的導電性能，降低除塵效率。振打周期過短，粉塵會分散成碎粉落下，引起較大的二次揚塵。

1.5.2 陰陽極錘擊振打裝置發生故障

電除塵振打裝置有繞臂振打即陽極振打安裝于電除塵側部和提升脫鉤振打即陰極振打安裝于電除塵頂部。在運行過程中經常出現的故障是振打錘和砧板脫落、振打軸或電瓷軸發生斷裂、塵中軸承損壞就會使陰極芒刺線和陽極板上大量積灰，導致運行電流下降，火花增加、電暈封閉和電廠短路跳閘導致電場不能運行。另外由于安裝技術和金屬熱膨脹的原因可造成振打錘與砧板偏移，削弱了振打力，使得電機積灰嚴重。在安裝振打軸時，軸的同心度超過公差范圍，致使聯軸器經常斷裂，造成振打軸停轉、線積灰，電壓下降，除塵效率低。

1.6 電除塵除灰系統因素

1.6.1 灰斗堵灰

由于灰斗加熱器損壞和保溫不良以及鍋爐受熱面泄露產生大量水蒸氣使灰變潮濕，落入灰斗的灰塵粘結“搭橋”，使粉塵不能及時排出，形成大量粉塵在灰斗中堆積，等粉塵積灰漫過陰、陽極板，形成了電場短路使電場跳閘，不能運行。

1.6.2 輸灰系統故障

要保證灰斗中灰及時排出，必須維護好倉泵運行，一旦倉泵發生故障后，發現時間過長或檢修時間過長（如不及時停止電場運行），將會導致電場灰斗堵灰，將振打軸和振打錘埋在灰里面，使振打軸或錘損壞。

2 結語

以上僅是討論了主要影響因素，除此之外，除塵效果還受不同生產工藝、操作等因素的影響。盡管電除塵是燃煤熱電廠的主要設備之一，但由于電除塵性能、健康水平并不直接威脅機組發電和供熱的安全，運行中的一些缺陷往往得不到重視，最終缺陷進一步升級，造成煙塵排放超標，被地方環保部門警告或處罰，因此，在實際安裝、生產過程中要嚴格把關，具體情況具體分析，真正對癥下藥，把影響電除塵功能發揮的因素徹底消除，使之高效運行。

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