影響靜電除塵器性能的因素-河北昊航環保機械

影響靜電除塵器性能有諸多因素，可大致歸納為三個方面：煙塵性質、設備狀況和操作條件。各種因素的影響直接關系到電暈電流、粉塵比電阻、除塵器內的粉塵收集和二次飛揚這三個環節，而最后結果表現為除塵效率的高低。
　　1、煙塵性質對除塵效率的影響
　　(1)粉塵的比電阻　適用于靜電除塵器的比電阻值為104～1011Ω•cm。比電阻值小于104Ω•cm的粉塵其導電性能好，在除塵器電場內被收集時，到達收坐極板表面后會快速釋放其電荷，變為與收塵極同性，然后又相互排斥，重新返回氣流，可能在往返跳躍中被氣流帶出。相反，比電阻大于104Ω•cm以上的粉塵，在到達收塵極以后不易釋放其電荷，使粉塵層與極板之間可能形成電場，產生反電暈放電，導致電能消耗增加，除塵性能惡化，甚至無法工作。
　　對于高比電阻粉塵可以通過特殊方法進行靜電除塵器除塵，以達到氣體凈化。這些方法是：氣體調質；采用脈沖供電；改變除塵器本體結構——拉寬電極間距并結合變更電氣條件。
　　(2)煙氣濕度　煙氣濕度能改變粉塵的比電阻，在同樣溫度條件下，煙氣中所含水分越大，其比電阻越小。粉塵顆粒吸附了水分子，粉塵層的導電性增大。由于濕度增大，擊穿電壓上升，這就允許在更高的電場電壓下運行。隨著空氣中含濕量的上升，電場擊穿電壓相應提高，火花放電較難出現。對于這種靜電除塵器來說是有實用價值的，它可使除塵器能夠在提高電壓的條件下穩定地運
行。電場強度的增高會使除塵效果顯著改善。
　　(3)煙氣溫度　氣體溫度也能改變粉塵的比電阻，而改變的方向卻有幾種可能。表面比電阻隨溫度上升而增加(這只在低溫區段)；到達一定溫度值之后，體積比電阻相反，隨著溫度上升而下降。在這溫度交界處有一段過渡區：表面和體積比電阻的共同作用區。電除塵工作溫度可由粉塵比電氣體溫度關系曲線來選定。煙氣溫度影響還表現在對氣體黏滯性的影響。氣體黏滯性隨著上升而增大，這將影響驅進速度的下降。
　　氣體溫度越高，其密度越低，電離效應加強，擊穿電壓下降，火花放電電壓也下降。
　　總的來看，氣體溫度對靜電除塵器的影響是負面的，如果有可能，還是在較低溫度條件下運行較好。所以，通常在煙氣進入靜電除塵器之前先要進行氣體冷卻，降溫既能提高凈化效率，又可利用煙氣余熱。然而，對于含濕量較高和有SO3之類成分的煙氣，其溫度一定要保持在露點溫度20～30℃以上作為安全余量，以避免冷凝結露，發生糊板、腐蝕和破壞絕緣。
　　(4)煙氣成分　煙氣成分對負電暈放電特性影響很大，煙氣成分不同，在電暈放電中電荷載體的有效遷移也不同。在電場中電子和中性氣體分子相撞而形成負離子的概率在很大程度上取決于煙氣成分。據統計，其差別是很大的：氨、氫分子不產生負電暈；•氯與二氧化硫分子能產生較強的負電暈；其他氣體互有區別。不同的氣體成分對靜電除塵器的伏安特性及火花放電電壓影響甚大。尤其是在含有硫酸酐時，氣體對電除塵器運行效果有很大影響。
　　(5)煙氣壓力　有經驗公式表明，當其他條件確定以后，起暈電壓隨煙氣密度而變化，溫度和壓力是影響煙氣密度的主要因素。煙氣密度對除塵器的放電特性和除塵性能都有一定影響。如果只考慮煙氣壓力的影響，則放電電壓與氣體壓力保持一次線性(正比)關系。在其他條件相同的情況下，凈化高壓煤氣時靜電除塵器的壓力比凈化常壓煤氣時要高。電壓高，其除塵效率也高。
　　(6)粉塵濃度　靜電除塵器對所凈化氣體的含塵濃度有一定的適應范圍，如果超過一定范圍，除塵效果會降低，甚至中止除塵過程。因為在靜電除塵器正常運行時，電暈電流是由氣體離子和荷電塵粒(離子)兩部分組成的，但前者的驅進速度約為后者的數百倍(氣體離子平均速度為60～100m/s；粉塵速度大體在60cm/s以下)，一般粉塵離子形成的電暈電流僅占總電暈電流1%～2%。粉塵質量比氣體分子大得多，而離子流作用在荷電塵粒上所產生的運動速度遠不如氣體離子上所運動速度高。煙氣中所含粉塵濃度越大，塵粒離子也越多，然而單位體積中的總空間電荷不變，所以粉塵離子越多，氣體離子所形成的空間電荷必然相應減少，于是電場內驅進速度降低，電暈電流下降。當含塵濃度達到某一極限值時，通過電場的電流趨近于零，發生電暈閉塞，除塵效率顯著下降。所以靜電除塵器凈化煙氣時，其氣體含塵濃度應有一定的允許界限。
　　靜電除塵器效率與允許的最高含塵粉塵的粒徑質量組成有關，如中位徑為24.7um的粉塵，入口質量濃度大于30g/m3時,電暈電流下降不明顯；而對中位徑為3.2um的粉塵，入口質量濃度大于8g/m3的吹氧平爐粉塵，電暈電流比通煙塵之前下降80%以上。有資料認為粒徑為1um左右的粉塵對電除塵效率的影響尤為嚴重。
　　克服因煙氣含塵量過大引起靜電除塵器效率下降的較好辦法是設置預級除塵器。先降低煙氣的含塵濃度，使之符合要求后再進入靜電除塵器。也有人認為，預級除塵會使粉塵凝聚，因而降低靜電除塵器效率。
(7)粉塵粒徑分布　試驗證明，帶電粉塵向收塵極移動的速度與粉塵顆粒半徑成正比。粒徑越大，除塵效率越高，尺寸增至20～25um之前基本如此，尺寸至20～40um階段，可能出現效率最大值；再增大粒徑，其除塵效率下降。原因是大塵粒的非均勻性，具有較大導電性，容易發生二次揚塵和外攜。也有資料指出，粒徑在0.2～0.5um之間，由于捕集機理不同，會出現效率最低值(帶電粒子移動速度最低值)。
　　(8)粉塵密度、黏附力　粉塵的煙氣在電場內的最佳流速與二次揚塵有密切關系。尤其是堆積密度小的粉塵，由于體積內的孔隙率高，更容易形成二次揚塵，從而降低除塵效率。
　　粉塵黏附力是由粉塵與粉塵之間，或粉塵顆粒與極板表面之間接觸時的機械作用力、電氣作用力等綜合作用的結果。附著力大的不易振打清除，附著力小的又容易產生二次揚塵。機械附著力小、電阻低、電氣附著力也小的粉塵容易發生反復跳躍，影響靜電除塵器效率。粉塵黏附力與顆粒的物質成分有一定關系。礦渣粉、氧化鋁粉、黏土熟料等粉塵的黏附力就小、水泥粉塵、無煙煤粉塵等，通常有很大的黏附力。黏附力與其他條件，如粒徑大小、含濕量高低等也有密切關系。
二、設備狀況對除塵效率的影響
(1)電極幾何因素　影響板式靜電除塵器電氣性能的幾何因素包括極板間距、電暈線間距、電暈線的半徑，電暈線的粗糙度和每臺供電裝置所擔負的極板面積等，這些因素各自對電氣性能產生不同的影響。
　?、贅O板間距。當作用電壓、電暈線的間距和半徑相同，加大極板間距會影響電暈線臨近區所產生離子電流的分布，以及增大表面積上的電位差，將導致電暈外區電密度、電場強度和空間電荷度的降低。
　?、陔姇灳€間距。當作用電壓、電暈線半徑和極板間距相同，增大電暈線的間距所產生的影響是增大電暈電流密度和電場強度分布的不均勻性。但是，電暈線的間距有一個最大電暈電流的最佳值。若電暈線間距小于這最佳值會導致由于電暈線附近電場的相互屏蔽作用而使電暈電流減少。
　?、垭姇灳€半徑。增大電暈線的半徑會導致在開始產生電暈時，使電暈始發電壓升高，而使電暈線表面的電場強度降低。若給定的電壓超過電暈始發電壓，則電暈電流會隨電暈線半徑的加大而減少。電暈線表面粗糙度對電氣性能的影響是由于始發電暈線表面的電場強度以及電暈線附近空間電荷密度的影響。
　?、軜O板面積。每臺供電裝置所負擔的極板面積是確定靜電除塵電氣特性的又一重要因素，因為它影響火花放電電壓。n根電暈線的火花率與1根電暈線火花率是相同的，因為n根電暈線中的任何一根產生火花都將引起所有電暈線上的電壓瞬時下降。為了使電除塵獲得最佳的性能，一臺單獨供電裝置所擔負的極板面積應足夠小。
　　(2)氣流分布程度　靜電除塵器內氣流分布不均對靜電除塵器除塵效率的影響是比較明顯的，主要有以下幾方面原因。
　?、僭跉饬魉俣炔煌膮^域內所捕集的粉塵不是一樣。即氣流速度低的地方可能除塵效率高，捕集粉塵量多；氣流速度高，除塵效率低，可能捕集的粉塵量少。但因風速低而增大粉塵捕集并不能彌補由于風速過高而減少的粉塵捕集量。
　?、诰植繗饬魉俣雀叩牡胤綍霈F沖刷現象，將已沉積在收塵極板上和灰斗內的粉塵二次大量揚起。
　?、?b>除塵器進口的含塵不均勻，導致除塵器內某些部位堆積過多的粉塵，若在管道、彎頭、導向板和分布板等處存積大量粉塵，會進一步破壞氣流的均勻性。
　　靜電除塵器內氣流不均與導向板的形狀和安裝位置、氣流分布板的形式和安裝位置、管道設計以及除塵器與風機的連接形式等因有關。因此對氣流分布要予以重視。
　　(3)漏風　除塵器一般多用于負壓操作，如果殼體的連接處和法蘭處等密封不嚴，就會從外部漏入冷空氣，使通過電除塵的風速增大。煙氣溫度降低，這二者都會使煙氣露點發生變化，其結果是粉塵比電阻增高，使除塵性能下降。尤其在除塵器入口管道的漏風，使除塵效果更為惡化。靜電除塵器捕集的粉塵一般都比較細，如果從灰斗或排灰裝置漏入空氣，將會造成收下的粉塵飛揚，除塵效率降低，還會使灰斗受潮、黏附灰斗造成卸灰斗不流暢，甚至產生堵灰。若從檢查門、煙道、伸縮節、煙道閥門、絕緣套管等處漏入氣體，不僅會增加除塵器的煙氣處理量，而且會由于溫度下降出現冷凝水，引起電暈線肥大、絕緣套管爬電和腐蝕等后果。
　　(4)氣流旁路　氣流旁路是指在靜電除塵器的氣流不通過收塵區，而是從收塵極板的頂部、底部和極板左右最外邊與殼體壁形成的道中通過。產生氣體旁路現象的主要原因是由于氣流通過除塵器時產生氣體壓力降，氣流分布在某些情況下則是由于抽吸作用所致。防止氣流旁路措施是用阻流板迫使旁路氣流通過除塵區，將除塵區分成幾個串聯的電場，以及使進入除塵器和從除塵器出來的氣流保持設計的狀態等；否則，只要有5%的氣流氣體旁路，除塵效率就不能大于95%。對于要求高效率的除塵器來說，氣流旁路是一個特別嚴重的問題，只要有1%～2%的氣體旁路，就達不到所要的除塵效率。裝有阻流板，就能使旁路氣流與部分主氣流重新混合。因此，氣流旁路對除塵效率的影響取決于設阻流板的區數和每個阻流的旁路氣流量以及旁路氣流重新混合的程度。氣流旁路在灰斗內部和頂部產生蝸流，會使灰斗的大量集灰和振打時粉塵重返氣流。因此，阻流板應予合理設計和布置。
　　(5)設備的安裝質量　如果電極線的粗細不勻，則在細線上發生電暈時，粗線上還不能發生電暈；為了使粗線發生電暈而提高電壓，又可能導致細線發生擊穿。如果極板(或線)的安裝沒有對好中心，則在極板間距較小處的擊穿可能比其他地方開始穩定的電暈還會提前發生。電暈線與沉淀極板之間即一個地方過近，都必然會降低電除塵器的電壓，因為這里有擊穿危險。同樣，任何偶然的尖刺、不平和卷邊等也會有影響
三、操作條件對除塵效率的影響
(1)氣流速度　氣流速度的大小與所需電除塵器的尺寸成反比關系。為了節省投資，除塵器就應設計的緊湊、尺寸小。這樣，氣流速度必然大，粉塵顆粒在除塵器電場內的逗留時間就短。氣流速度增大的結果是氣體紊流度增大，二次揚塵和粉塵外攜的概率增大。氣流速度對塵粒的驅進速度有一定影響，其有一個相應的最佳流速。在最佳流速下，驅進速度最大。在大多數情況下，在電場有效作用區間逗留8～12s，電除塵器就能得到很好的除塵效果。這種情況的相應氣流速度為1.0～1.5m/s。
　　(2)振打清灰　電暈線積塵太多會影響其正常功能。收塵極板應該有一定的容塵量，而極板上積塵過多或過少都不好。積塵太少或振打方向不對，會發生較大的二次揚塵；而積塵到一定程度，振打合適，所打落的粉塵容易形成團塊狀而脫落，二次揚塵較少。存在著某個最佳容塵量mopt值，當比電阻于1010Ω•cm以下時，mopt值則高于1.0kg/m2，在mopt積塵量時進行振打應獲得最好效果。由此，還可以計算出振打的最佳周期。
　　清灰振打的方向、力度、振打力的分布是否均勻，電場風速與電場長度等都與清灰效果有一定關系?？傊?，清灰良好、保持極板的高效運行是靜電除塵器運行的重要環節。
　　(3)供電條件　靜電除塵器的除塵效率在很大程度上決定于電氣條件，其中就有在電極上保持最大可能電壓的要求。因為塵粒的遷移率與所施加電壓的平方成正比。
　　一般工業靜電除塵器的電暈電極是在負極性下運行，原因是這種設置比電暈電極為正極性時的擊穿電壓值高，電暈放電有更為穩定的特性。
　　電壓波形對除塵效率有實質性影響。靜電除塵器工作的基本條件之一，是對在除塵器中經常發生的擊穿要迅速熄滅。為此，最佳電壓就該是脈動電壓。因為在第一個半周期中電位下跌，就容易切斷電壓。最流行的是采用全波整流。半波整流推薦在下列情況中采用：①粉塵比電阻在1010Ω•cm以上；②在第一電場中，氣體古塵濃度較高。
　　在續后的電場中，粉塵濃度較低，電暈電流較大，工作相對較為穩定，可以供給全波整流而得的直流電。為保證供電具體條件，電除塵器一般區分為若干電場，各配備自己的供電機組，巨型靜電除塵器可分為平等工作室，這便于供電，容易切除某部分局部設備，而且簡化了大斷面的除塵器結構，改善斷面的氣流均布。在施加的電壓和收塵效率方面，交流供電和脈沖供電的除塵器有可喜的應用前景。在專門的脈沖電源應用時，每秒鐘能產生25～400個脈沖，把這種高壓脈沖疊加在直流電壓上就形成脈沖供電。使用脈沖電源可以得到更高的工作電壓而不發生電弧擊穿。
　　(4)伏安特性　在火花放電或反電暈之前所獲得的伏安特性能反映出靜電除塵器從氣體中分離粉塵粒子的效果。在理想的情況下，伏安特性曲線在電暈始發和最大有效電暈電流之間，其工作電壓應有較大的范圍，以便選擇穩定的工作點，使電壓和電暈電流
達到高的有效值。低的工作電壓或電暈電流會導致電除塵性能降低。
　　(5)粉塵二次飛揚　沉積在除塵極板上的粉塵如果黏附力不夠，容易被通過靜電除塵器的氣流帶走，這就是所謂的二次飛揚。粉塵二次飛揚所產生的損失有時高達己沉積粉塵的40%～50%，粉塵二次飛揚的原因如下。
　?、俜蹓m沉積在收塵極板上時，粉塵的荷電是負電荷，就會由于感應作用而獲得與收塵極板極性相同的正電荷，粉塵便受到離開收塵極的斥力作用，所以粉塵所受到凈電力是吸力和斥力之差。如果離子流或粉塵比電阻較大，凈電力可能是吸力；如果離子流或粉塵比電阻較小，凈電力就可能是斥力，這種斥力就會使粉塵產生二次飛揚。當粉塵比電阻很高時，粉塵和收塵極之間的電壓降使沉積粉塵層局部擊穿而產生反電暈時，也會使粉塵產生二次飛揚。
　?、诋敋饬餮厥諌m極板表面向前流動的過程中，由于氣流存在速度梯度，沉積在收塵板表面上的粉塵層將受到離開極板的升力。速度梯度愈大，升力愈大，為減少升力，必頌減小速度梯度；減少速度梯度，降低主氣流速度是主要措施之一。靜電除塵器中的氣流速度分布以及氣流的紊流和蝸流都能影響粉塵二次飛揚。靜電除塵器中，如果局部氣流很高，就有引起紊流和蝸流的可能性，而且煙道中的氣體流速一般為10～15m/s，而進入靜電除塵器后突然降低到1m/s左右，這種氣流突變也很容易產生紊流和蝸流。
　?、鄢练e在電極上的粉塵層由于本身重量和運動所產生的慣性力而脫離電極。振打強度過大或頻率過高，粉塵脫離電極不能成為較大的片狀或塊狀，而是成為分散的、小的片狀單個粒子，容易被氣流重新帶出靜電除塵器，形成粉塵的二次飛揚。
　?、?b>除塵器有漏風或氣流不經電場而是通過灰斗出現旁路現象，也是產生二次飛揚的原因。
　　為防止粉塵二次飛揚損失，可采取以下措施：使電除塵器內保持氣流的良好狀態和使氣流均勻分布；使設計出的收塵電極具有良好空氣動力學屏蔽性能；采用足夠數量的高壓分組電場，并將幾個分組電場串聯，對高壓分組電場進行輪流均衡振打；嚴格防止灰斗中氣流有環流現象和漏風。
　　(6)電暈線肥大　電暈線越細，產生的電暈越強烈，但因在電暈極周圍的離子區有少量的粉塵粒子獲得正電荷，便向負極性的電暈極運動并沉積在電暈線上，如果粉塵的黏附性很強不容易振打下來，于是電暈線的粉塵越積越多，即電暈線變粗，大大地降低電暈放電效果，形成電暈線肥大。消除電暈線肥大現象，可適當增大電極的振打力，或定期對電極進行清掃，使電極保持清潔。電暈線肥大的原因如下。
　?、凫o電荷的作用，粉塵因靜電荷作用而產生的附著力，最大為280N/m2。
　?、诠に嚿a設備低負荷或停止運行時，靜電除塵器的溫度低于露點，使水或硫酸凝結在塵粒之間以及塵粒與電極之間，使其表面溶解，當設備再次正常運行時溶解的物質凝固成結塊，產生大的附著力。
　?、塾捎诜蹓m的性質，如黏結性大、水解而黏附或由于分子力而黏附。
　?、芊蹓m之間以及塵粒與電極之間有水或硫酸凝結，由于液體表面張力而黏附。粉塵粒徑在3～4um時最大附著力為1N/m2，3～4um以下附著力劇增。粉塵粒徑為0.5um時約為10N/m2。