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上海徐吉電氣有限公司
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淺談【加熱管、電熱管】影響電除塵器收塵效率的主要因素
2010-11-20 閱讀(4464)
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)行費(fèi)用低而得到廣泛應(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(chǎng)單臺(tái)機(jī)組容量和鍋爐熱效率的不斷提高，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
工業(yè)粉塵大多是無(wú)機(jī)化合物或金屬氧化物，它們的電絕緣性能比較好，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。如圖1。表1為焦鋁2X125MW機(jī)組的比電阻隨溫度變化的參數(shù)表。
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，在一定距離的空間，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。這是因?yàn)?，?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)，氣體容易被擊穿。
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。如圖2。
圖2 煙氣溫度與伏安特性的關(guān)系曲線(xiàn)
圖2表明，維持電除塵器穩(wěn)定操作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*溫度成反比。因此，當(dāng)氣體溫度降低時(shí)，氣體的密度增加，從而使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，從而可大提高收塵效率。
圖2的伏安特性還表明，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)，也足以引起電流的顯著變化。
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(chǎng)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(chǎng)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、煙氣密度的提高、煙氣量減少，對(duì)于提高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，則愈容易收塵。
?。?）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)，落入下部灰斗中，但由于煙氣流速過(guò)大，在下落過(guò)程中，很容易被氣流帶走。如果煙氣流速過(guò)大，既使不振打時(shí)，氣流仍然會(huì)沖刷帶動(dòng)走已收到收塵極上的粉塵。這樣，如果煙氣流速過(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，它是可以測(cè)量的。粉塵雖然是一種松散的物體，也可以采用一定的方法來(lái)測(cè)量電阻值。常用的方法有：⑴圓盤(pán)電極法、⑵針狀圓盤(pán)電極法、⑶圓筒電極法。
但是，在測(cè)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，在低溫情況下測(cè)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)試的工藝操作條件不同而有差別，如粉塵的松散度、溫度、濕度和細(xì)度等。因此，這個(gè)測(cè)量結(jié)果只是一種表觀(guān)的可以比較的粉塵電阻，稱(chēng)為表觀(guān)比電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)比電阻。
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(chēng)為低比電阻粉塵。電除塵器難以捕集，易形成二次飛揚(yáng)。這是因?yàn)榈捅入娮璺蹓m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)電核釋放出來(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，有許多低比電阻粉塵實(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)，zui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(chēng)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，電荷不能順利地釋放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)，zui終導(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)收塵極后釋放電子能力的一個(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(chēng)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)的收塵效率下降。
粉塵比電阻值在1011Ω·㎝以上時(shí)，稱(chēng)為高比電阻粉塵，高比電阻粉塵在電除塵器中比較容易出現(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(xiàn)出現(xiàn)了拐點(diǎn)。
5．煙氣濕度對(duì)電除塵器的影響
進(jìn)入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。一般的講，濕度增大，除塵效率提高。這是因?yàn)榭諝獾膿舸╇妷弘S濕度的加大而提高：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，極性分子的正會(huì)吸引負(fù)電荷，負(fù)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。
圖3所示為煙氣濕度對(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。
圖3 煙氣濕度與伏安特性的關(guān)系曲線(xiàn)
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借助于水分侵蝕粉塵表面，使之釋放出更多的電荷載體。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要設(shè)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(xiàn)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，如果粉塵濃度太大，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)電的粉塵充滿(mǎn)在電暈區(qū)以外的廣大空間，空間中的這些電荷統(tǒng)稱(chēng)為空間電荷。實(shí)踐中我們也經(jīng)?？梢钥吹剑?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)入煙氣后，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，雖然電壓不變，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)量。
?。?）煙氣流速過(guò)高，增加了進(jìn)入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*電場(chǎng)的粉塵濃度zui大，往往zui容易出現(xiàn)電暈封閉現(xiàn)象。因此，在設(shè)計(jì)上，*電場(chǎng)宜采用芒刺型電暈極（如鋸齒線(xiàn)、RS線(xiàn)等）使放電集中，放電的電風(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*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。
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