清灰方式對電除塵器清灰效果的影響分析

朱婉瑩，王 榜，黃悅峰，張啟鵬，朱運林

（廣西大學機械工程學院，廣西制造系統與先進制造技術重點實驗室，廣西 南寧530004）

清灰效果對電除塵器的除塵效率有著顯著的影響，有效地清灰是保障電除塵器持續高效地運行的重要一步，如果沒有把電級上的積灰清除干凈，將引起供電功率下降從而導致電除塵器的除塵效率降低[1]。機械清灰、濕式清灰和聲波清灰這三種不同清灰方式是市面上電除塵器主要采用的除塵方式。本文通過對這三種電除塵器性能特點的比較，為不同場合應選擇哪種電除塵器提供借鑒。其中機械振打清灰方式因其裝置構造簡單、動力消耗低、維護管理方便被廣泛使用，根據振打清灰原理，分析對電除塵器效率影響的主要因素，提出優化方案，以達到提高電除塵器除塵效率，優化其性能的目的。

1 電除塵器清灰方式

1.1 濕式清灰

濕式電除塵器通過顆粒物荷電將灰塵吸附于極板，并通過水流將吸附在極板上的灰塵清除。溢流法和噴淋法是濕式清灰的兩種主要方法。其中溢流法是通過溢流水形成的從上到下連續不斷的水膜把收塵電級表面的粉塵帶走，而噴淋法是利用噴嘴向除塵器內噴霧，水滴沉降在收塵級表面，將粉塵一起帶走[2]。主要優點有：①因為粉塵被水膜捕集，可以避免二次揚塵，又因為水是比較好的導電體，所以避免了電阻率大的問題。②濕式電除塵器在捕集煙塵的同時還可以把空氣中的SO2、SO3、HF和HCL等有害氣體清除一部分。主要缺點有：①水流稍有不均勻，就會在極板上造成局部的干區。干濕交界處會出現粉塵堆積，導致電氣條件發生變化，在不太高的電流、電壓下會出現頻繁的火花放電。②經濕式電除塵器處理后的氣體被水氣飽和后，可能帶有酸性而且氣體溫度低，排入大氣不能很好地擴散。結果，冷凝物降落下來可能對周圍環境造成不良影響。③濕式電除塵器可能產生嚴重的腐蝕，需要采取預防措施[3]。

1.2 聲波清灰

聲波清灰是通過聲波發生器把壓縮空氣變成具有一定能量的強聲波饋入除塵器電場空間，所用聲波到達除塵器的極板后，轉化為機械能，與沉積粉塵形成高速周期震蕩，抵消氣流中粉塵的表面黏結力，阻止粉塵相互之間結合成一層硬殼，同時，聲波使已結塊的塵層疏松，從而使粉塵從極板上脫落。主要優點有：①聲波清灰是對整個電除塵器內部的清灰，有效作用范圍大，具有“全面性”。②聲波清灰的機理是“波及”，其作用力是“交流”量，作用力的方向具有多向性。而振打清灰的作用力是“直流”量，作用力的方向具有單向性，所以聲波清灰具有更好的清灰效果。主要缺點有：①粉塵層由于受到聲波的直接作用，高速周期振蕩的聲壓下，相互之間的黏結力會有所抵消，容易松散，形成粉塵的二次飛揚。同時，已從板面脫離正沉降的沉團和正向電機移動的粉塵離子也會受到聲波的作用，引起粉塵的二次飛揚。②“聲波泄漏”是客觀存在的問題，因此，聲波清灰技術對密閉工作的要求很高[3]。

1.3 機械清灰

利用重力、慣性力及離心力等作用，將粉塵與氣體分離開來的設備，稱為機械式除塵裝置，其主要類型有重力除塵裝置、慣性除塵裝置及旋風除塵裝置三種。這類除塵裝置的造價比較低，維護管理方便，耐高溫，耐腐蝕性，適用于含濕量大的煙氣，因而廣泛應用于工業生產中[4]。但一般來說，這類除塵裝置對大粒徑粉塵具有較高的分離效率，而對小粒徑塵粒的捕獲率相對較低，因而這類除塵裝置常在去除大顆粒粉塵及除塵效率要求不高的場合下使用，有時也作為多級收塵系統的前置預收塵裝置。主要優點有：①結構簡單，投資少，耐高溫耐腐蝕，適用范圍廣。②對大粒徑粉塵具有較高的分離效率。主要缺點有：①被振打下來的粉塵易被粉碎，引起二次揚塵問題。②對小粒徑塵粒的捕獲率相對較低[3]。

比較上述三種不同清灰方式的電除塵器，可以看出：濕式清灰需要對極板沖洗系統精心設計，以保證整個收塵極板表面上水流均勻，從而順利清塵，同時需要對防腐、生垢以及污泥處理等問題加以考慮；聲波清灰由于起步較晚，一些技術問題難以解決，所以相對而言發展較慢，應用范圍沒有濕式清灰和機械清灰廣泛；機械清灰由于其結構簡單，維護方便，在工業生產中得到廣泛應用。在機械清灰中最常使用的是振打清灰，但振打清灰容易引起粉塵二次飛揚。既要清灰效果好，又要二次揚塵小，是振打清灰技術的關鍵。下面著重研究影響振打清灰效果的相關因素，提高電除塵器除塵效率，優化其性能。

2 振打清灰及相關要素分析

2.1 振打清灰電除塵器的原理

振打清灰是用一較小物體（錘）去打擊一很大物體，使受振動體產生沖擊振動，振打接觸時間很短，一般在0.1～0.2 ms.因此，即使耗用能量很小，瞬時沖擊力卻很大。這種瞬間敲擊脈沖力是由無限多個簡諧力疊加而成，作用在受振物體上，引起一連串的諧振反應。高頻諧振能使受振物體獲得較大的振打加速度。電極上的粉塵層獲得的慣性力克服了作用在粉塵層上的電場力和黏附力使粉塵脫落。

振打清灰電除塵器因其耗用能量少，清灰效果好，因此得到廣泛的應用，國內大部分電除塵器是采用振打方式來清灰的。其中，從振打方式上主要分為兩種，一種是撓臂錘機械振打，一種是電磁錘式頂部振打。撓臂錘機械振打裝置由電動機通過減速帶驅動傳動軸轉動，軸上的錘頭提升到最高勢能位置時回轉下落，振打陽極板排下端振打桿的砧板。各排陽極板的振打互相錯開一定時間依次進行。電磁振打裝置是通過凸輪，電磁錘振打器將振打桿提升到一定高度，然后自由下落撞擊陽極板排。

2.2 振打清灰的主要影響因素分析

2.2.1 振打制度

振打制度（振打時間及間隔）是振打清灰效果的一個重要決定性因素。合理的振打制度應該是根據粉塵堆積到適當厚度再進行振打。若兩次振打的時間間隔太短，在收塵極板表面上尚未形成適當厚度的粉塵層，粉塵層很容易被擊碎成單個粉塵顆粒，再次被氣流帶走，降低電除塵器的除塵效率。相反，若兩次振打的間隔時間太長，粉塵層在收塵極堆積太厚，將會使振打的慣性力減少，從而使粉塵不易脫落極板[5]。因此，每臺電除塵器都存在一個最佳的振打清灰制度。通過試驗來確定振打間隔時間及振打力，以保證振打時產生的二次揚塵最少。對運行基本一致的電除塵器，在7種不同振打的類型下，同日內兩次實測，數據列于表1.

表1 不同振打制度下電除塵器的除塵效率[2]

從表1中可以看出，振打制度對除塵效率的影響很大，在測試的幾種振打制度中，連續振打的效果最差。前面振打時間間隔短，后面振打時間間隔長，振打效果最好。遇到粉塵細、黏附性強、黏度大的工況，可適當縮短振打時間，以防止電極板嚴重積灰[5]。

2.2.2 振打強度

振打強度同樣對清灰效果起決定性作用。振打強度一般用極板面的法向產生的振打加速度表示。極板的振打加速度應恰到好處，過大會使極板上剝落的粉塵不能形成片狀或團狀落下，細小的塵粒容易被氣流帶走，使二次飛揚加劇，同時，振打力太大將使錘頭與振打砧的壽命縮短，極板連接系統產生松弛，反過來導致極板振打加速度減少。相反，振打力不足，極板上積灰越來越多，導致除塵效率下降。為了達到上述目的，必須使極板上每點的振打加速度均大于某一數值，該值是使粉塵從極板上脫落的最低值，或稱最小振打加速度。一臺電除塵器，若沒有類似的數據可借鑒，則需對收塵極板和放電線進行振打加速度測定，以檢驗能否達到要求的最小的振打加速度和被測平面上振打加速度分布的均勻程度。

振打加速度的測定方法及步驟：測定收塵極或放電極構件上某一點的振打加速度，需要在該點安裝一個加速度計，并將加速度計的引線接在電荷放大器上，電荷放大器的輸出線接在沖擊式電壓表的輸入插頭內（如圖1所示）。構件受沖擊時產生的振打加速度變為電信號，經過電荷放大器放大，在電壓表上讀數。測量振打加速度的主要步驟：

圖1 振打加速度測定系統

（1）振打系統樣品的確定。確定某一組電除塵器作為樣品進行測定時，應根據測定的目的來選擇。如果要了解板面加速度的大小，可選擇積灰適中的一組極板；如果要確定某種粉塵所需要的振打加速度值，則選擇板面積灰不超過要求厚度的一組極板。

（2）測點布置。9 m以下的極板，每隔1.5 m布置一個測點；9 m以上的極板，每隔2 m布置一個測點。在極板與沖擊桿連接處，應根據需要來確定每個樣品的測點。

（3）加速度計的安裝。由于現場條件不同，加速度計與極板的連接方式可用螺栓，也可用粘連劑。

（4）測試記錄。測定時，應對板排逐塊逐點進行，同時作好記錄。每點記錄3次。可從中看出振打力的穩定性和重復性。

（5）振打效果的判定。從清灰的角度來判定振打效果時，為使粉塵的二次飛揚降低到最小程度，僅用最小振打加速度來衡量是不全面地，還必須使極板的振幅與頻率不處于極大值和極小值。從振打加速度分布均勻性的角度來判定振打效果時，可采用均方根值法進行計算：

式中，σ為加速度分布均方根；g為板面測點加速度的平均值；gi為第i點的加速度值；n為測點數。

σ值愈小，加速度分布愈均勻。我國大小不同的電除塵器的實測結果，σ值一般在30%～70%之間，因此，σ值小于45%可認為加速度分布是比較均勻的[5]。

用模擬試驗的方法確定最小振打加速度。各種粉塵最小振打加速度均不相同，通過模擬試驗的方法來確定粉塵的最小振打加速度。模擬試驗裝置如圖2所示。

圖2 電除塵器振打試驗系統

試驗是在常溫下進行的，粉塵未經任何處理，在極板上堆聚厚度為2～4.9 mm.測得幾種粉塵的振打力與剝落率分別見表2及圖3.

表2 極板清灰剝落率與振打力關系

圖3 各種粉塵剝落率與振打力的關系

由表2和圖3可以看出，不同粉塵粒子在不同振打力下的剝落率各有不同，所以振打清灰要考慮的另外一個重要因素是粉塵粒子的性質。粉塵層作為整體之所以能黏附在收塵極上，是因為有電力、極板表面與塵粒之間的黏附力和范德華力作用的結果，其中電力是通過粉塵層的離子電流所產生的。對于離子電流所產生的電力，能使高電阻率粉塵牢牢地附著在電極上，需要較強的振打沖擊力；對于像鍋爐飛灰這樣低電阻率粉塵，附著力不強，就不需要較強的振打沖擊力。

3 結束語

本文通過對濕式清灰、聲波清灰和機械清灰三種不同清灰方式的電除塵器應用和性能方面優缺點的比較，為電除塵器的選擇提供了參考。并根據不同粉塵粒子的性質，確定了對清灰效果起決定性作用的振打制度和最小振打加速度，找出了優化方案。

參考文獻：

[1]王俊民.電除塵工程手冊[M].北京：中國標準出版社，2007.

[2]黎在時.電除塵器的選型安裝與運行管理[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3]唐敏康.高壓靜電場中粉塵離子的電氣性能[M].北京：化學工業出版社，2010.

[4]閆克平.電除塵技術發展與應用[J].高電壓技術，2017，43（2）：476-486.

[5]ZHU J，HAO Q，YAO Y，et al.Effects of high-voltage pow er sources on fine particle collection efficiency with an indus trial electrostatic precipitator[J].Journal of Electrostatics，2012，70（3）：285-291.