电除尘器前端预荷电技术.docx

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电除尘器前端预荷电技术

电除尘器前端预荷电技术研究及应用

解标王强李泓廖瑜方艳

（1.合肥工业大学安徽合肥屯溪路193号230009;2.南京国电环保设备有限公司江苏南京浦口210044;3.国电宣威发电有限责任公司云南宣威电厂路1号6554004。

安徽意义环保工程有限公司蚌埠市解放路233000）

摘要电除尘器前端是一个可以增加收尘面积、提高除尘器效率待开发的处女地。

通过分析前人在此方面开展研究的技术成果基础上，进行工业化应用实践，并取得比较好的应用效果。

关键词电除尘器预荷电前置电场高频电源

1前言

电除尘器的前端主要是指进气喇叭及进气烟道。

在烟气系统中其构造性的作用是使烟气系统密封并使烟气从一次风机出口过渡到电场，进气喇叭功能性的作用是使进入电场的气流分布均匀。

进气烟道短的有几米长则数十米，进口喇叭长度一般也有四米左右，两者的内部空间为、布置荷电极及收尘极等装置并开发其功能提供了可能。

　粉尘预荷电是指在粉尘进入电除尘器之前通过预加电场使粉尘颗粒先带上一部分电荷,能有效增加粉尘的荷电量,特别适用于微小粉尘的捕集。

同时预荷电还可以使粉尘颗粒发生碰撞、接触而粘附和聚合成较大颗粒的粒子,从而进一步增加粒子的荷电量,这样有利于电除尘器除尘效率的提高。

2相关技术研究

烟道凝聚器技术[1]

2.1.1原理

Indigo凝聚器含有两项专利技术，能使细尘附着到粗尘上而为电除尘器所扑集。

第一项是“流动凝聚”（FAP）．，第二项是“双极静电凝聚”（BEAP）。

流动凝聚（FAP）是基于强化流动使太小不同的粒子有选择性地混合，增强粗细粒子之间的物理作用．从而促使其相互碰撞，形成聚合的粒团，减少细粒子的数目。

双极静电凝聚过程（BEAP），有两个关键作用。

第一，双极荷电器有一组正、负相间的平行通道，气体和灰尘通过时，按其通道的正或负，分别获得正电荷或负电荷。

这样，粉尘一半荷正电，一半荷负电。

第二，对粒径有选择性的混合系统（SSMS），既能使气体中荷正电的细粒子与从相邻负极性通道流出的荷负电的粗粒子混合，又能使荷负电的细粒子与荷正电的粗粒子混台。

图表1双极静电凝聚过程

2.1.2结构及安装

Indigo凝聚器装在电除尘器前面边长5m的进口烟道处，其中气体流速常达10m／s以上。

高流速能使其极板不需要振打就能保持洁净。

对于100NW的发电机组，Indigo凝聚器只需要5kW左右的电力。

对于引风机，增加的阻力不过200Pa。

图表2烟道凝聚器结构及安装

2.1.3研发及应用情况

全尺寸原型Indigo凝聚器的构思和试验始于1999年，其后的各项试验持续到2002年。

三年的试验中获得了大量数据。

据此，2002年开发了商业的Indigo凝聚器，同年11月。

在进行原型机试验的澳大利亚ValesPoint电厂，建造了第一套实用装置。

2004年7月Indigo科技公司（澳大利亚）、Indigo科技公司（美国）、艾尼科环保技术公司（美资）以及兰州电力修造厂共同参加研究并开展有关Indigo凝聚技术在中国应用的问题。

2005年5月初步完成西北某J主力火电厂x号机作为试验机组设计。

2.1.4Indigo凝聚器优点分析

Indigo凝聚器设计原理比较科学的，但是其设置在进气烟道中的预先荷电凝聚装置，烟道截面本身就很有限，其构造本身占据一定的空间，使烟道净流通面积减小，对烟道气流流速的影响比较大。

另外粉尘对结构件的磨损也是比较严重的，还可能导致烟道下部积灰，造成烟道阻力增大，不一定能保证其长期高效运行。

Indigo凝聚器对粉尘凝并作用，对粉尘的驱进速度的影响目前尚无法定量计算，在保证相同的除尘效率时相应的对后续电场可以节省多少收尘面积，也无法定量计算，对实际工程而言用在改造项目上更合适。

Indigo凝聚器为国外技术，成本较高，有对其优化和国产化的必要。

进口喇叭内置电场

2.2.1电除尘器前端预荷电技术试验研究[2]

试验中使用圆钢针刺线与孔板配置的新型结构形式。

经过不同结构电气性能试验研究,找出其板电流密度的分布及起晕电压、闪络电压、闪络电流等相关电气性能参数,对于指导电除尘器前端预荷电技术选择线距、放电板型、同极距等都具有一定的可行性。

2.2.2进口喇叭内置电场结构

工程应用中常会发现：

第一电场前一、二块阳极板（长度500~1000mm）不收尘。

原因是粉尘荷电后,在电场风速的带动下,向后流动,随电场力的作用,逐渐趋向阳极板,造成前一、二块阳极板很难收到粉尘,使实际的比集尘面积参数比设计的要小。

为了充分发挥阳极板的收尘作用,提高阳极板的收尘效率,根据静电除尘原理,在电场的前置烟箱内靠近第一电场处设计了预荷电装置,既在第三层孔板平面前加设一排阴极线框架,阴极线采用针刺线,对孔板所在平面放电,当含尘烟气通过这个电场区域时,使粉尘荷电,荷电粉尘通过孔板时部分粉尘被孔板收集,其余大部分进入第一电场,可被前一、二块阳极板收集。

阴极线框架和第三层孔板顶部均设有振打装置,定时进行清灰振打。

第三层孔板收尘,可提高除尘器整机的收尘效率。

电除尘器前端预荷电结构是有一套完整的集尘极和放电极其相关的电源设备组成。

预荷电结构如图3所示。

图表3预荷电结构示意图

2.2.3电流密度均匀性试验及结论

式中σ‘—电流密度分布均匀性；n—测量断面测点总数；ji-各测点所示电流值（mA）;j-测量极板平均电流值（mA）；V-A曲线函数为I=aVb

式中：

a-系数；b-指数

通过试验得出结论：

随着板线间距的增大，闪络电压、电流升高。

板面电流密度分布均匀性较好。

板线间距250mm比200mm时板面电流密度分布均匀性较好。

试验比较预荷电装置开启与关闭时,保持进口含尘浓度相同,均为15g/Nm3处理相同烟气量,且电场电源供电相同,当开启预荷电装置时除尘效率为%,关闭时除尘效率为%,从测试除尘器效率可得,加装预荷电装里是对除尘器除尘效率是有利的。

电除尘器中粉尘预荷电试验研究[3]

　采用线管式预荷电器对粉尘颗粒在不同条件下的荷电量进行研究,并在不同条件下对其预荷电性能进行了对比试验。

结果表明,采用直流和脉冲电压供电方式时,在电压达到临界值之前,颗粒的荷电量均随电压升高而增加,脉冲电压供电方式荷电量升高较快,荷质比高出直流电压荷电1个数量级;负电晕放电的颗粒荷电量明显高于正电晕放电;电晕放电的荷电量随颗粒粒径的增大而增大;预荷电器中的荷电理论计算必须考虑粒子密度及其输运项。

3相关技术国内专利

双极性电晕放电凝并电除尘方法及其设备[4]

3.1.1发明专利申请号

3.1.2摘要

使用单台高压电源，正负电晕同时产生，荷电凝并在同一室进行，成本低、荷电效率高。

含尘烟气在烟道中先经过正负电晕放电区，使烟气中的尘埃微粒带上正负电荷后相互凝并聚集成为大颗粒，再输入电除尘器进行除尘。

高压电源结构采用半波整流双极性电源、单相全波整流双极性电源、三相全波整流双极性电源、高频高压直流电源和高压脉冲电源。

3.1.3专利申请公开说明书附图

图表4工艺布置

1-锅炉2-双极性电晕放电凝并装置3-高压电源4-EP5-EP电源6-EP灰斗7-烟囱

在烟道中产生高数密度离子方法[5]

3.2.1发明专利申请号：

3.2.2摘要

方法的特征在于，采用直流、窄脉冲电晕流光放电电离具有动量为1*10-22gm/s~40*10-22gm/s的烟道中气体分子，离子输送项达到2*109/m3s~2*1014/m3s,离子密度为107/m3~1011m3。

3.2.3专利申请公开说明书附图

图表5工艺布置

1-含尘烟气2进气烟道3-高数密度离子发生装置4-喇叭口5-电除尘器6-灰斗7-出气烟道8-净烟气

双极高压静电凝聚器[6]

3.3.1实用新型专利号

ZL

3.3.2摘要

结构特征是一组正极性电晕框架构成正电晕极，通过绝缘子支撑/悬挂于凝聚器壳体上，由正极性高压直流电源供电；一组负极电晕框架构成负电晕极，通过绝缘子支撑/悬挂于凝聚器壳体上，由负极性高压直流电源供电；接地极板布置于正、负电晕极之间，与凝聚器壳体连接，并通过凝聚器壳体接地。

正极性电晕极、接地极、负极性电晕极交替布置，构成双极性荷电区；布置在双极性荷电区后部的混风段置有一组按一定规则排列的角形板、圆管、或槽形板。

双极高压静电凝聚器布置于入口前的烟道上，能够减少含尘烟气中细微粒含量，提高电除尘器的收尘效率，特别是减少的微尘的排放量。

3.3.3专利说明书附图

图表6布置示意图

1-正电晕极2-负电晕极3-接地极板4-凝聚区5-混风段6-荷电区

电除尘器预荷电装置[7]

3.4.1实用新型专利号

ZL

3.4.2说明书摘要

在进气烟箱内部第三层气流均部板平面前加设一排阴极线框架及其顶部电磁振打系统,阴极线布设在框架上,阴极线采用针刺线,并单独增设供电电源。

该装置能使粉尘在进入第一电场前就荷上电，可被前一、二块阳极板收集。

阴极框架和第三层气流均布板顶部均设有顶部电磁振打器，定时进行清灰振打提高电除尘器的除尘效率。

3.4.3专利说明书附图

1-第一层气流分布板

2-第二层气流分布板

3-第三层气流分布板

4-阴极框架

5-电磁振打

图表7布置示意图

其他相关专利（同类相似的未一一列出）

名称

专利/申请号

在输送烟气管道中的粉尘荷电凝聚方法

微粒聚合装置

促进颗粒聚合的装置

一种改善除尘器效率的粉尘预处理方法及其装置

前置组合式电除尘和气流均布烟箱

4技术应用

电凝并理论认为，烟尘的荷电量是电凝并系数的主要参量，而电凝并速率、凝并后尘粒粒径均是电凝并系数的函数．如果采用强电离放电、高气压非平衡等离子体物理等新成果，可大幅度增加等离子体浓度、尘粒荷电量，进而提高了烟尘电凝并速率、尘粒粒径，反过来又促使已增粗的尘粒荷电量大幅度增加拍。

．可见，在除尘过程中电凝并对除尘性能起着叠加倍增效果．

预荷电技术是一种利用电凝并技术使粉尘荷电量增加，提高电除尘效率的方法．在电除尘器前端安装预荷电凝并装置，可使高浓度微小颗粒产生更显着的凝并效果[8]，再结合高气压非平衡等离子体物理研究的新成果，提高带电粒子浓度增加粉尘粒子荷电量，增强电凝并作用，进而提高电除尘器性能[9]．

技术领域

涉及环境保护及资源综合利用技术领域的气体净化专用装备----电除尘器设备的重要构件烟气进口喇叭的功能性突破。

背景技术

进口喇叭是电除尘器的结构组成部分,其构造的作用是保持气流从进气烟道到电场的过度。

其原始性能上的作用是保证气流进入电场时分布均匀，本发明利用其锥形空腔内可以设置成电场。

适用于无扩展空间的电除尘器提效改造；也适用于受空间限制的新建电除尘器。

实施内容：

提供一种合理利用电除尘器进口喇叭空间，在不增加阻力的情况下，在其内设置预荷电电场，在保证气流均匀进入电场的同时，对粉尘进行荷电、凝并、起到一级预收尘的作用，并尽可能提高其除尘效率。

电除尘器进口喇叭内预置电场工作原理就是：

在电除尘器电场内设置阴、阳两个电极，含尘烟气通过电除尘器电场时，利用万伏高压电源给两极施加电压，使含尘颗粒荷电，在电场力的作用下，荷负电颗粒集聚到收尘阳极，待收尘阳极板上累集到一定厚度粉尘时，通过对收尘阳极板振打，上面累集的灰尘由于受到振打冲击而自行脱落到储灰斗内。

阳极清灰采用顶部电磁振打的系统，该振打系统工作原理是：

收尘阳极排上部采用的是整体扣合的悬吊梁结构，阳极板靠自重自由悬吊，通过设备顶部电磁振打器振打在阳极排上蝌蚪梁上端面设置振打工作点，传递振打加速度，清除收尘阳极板上的灰尘。

供电来自一电场电源，通过双刀双掷隔离开关控制，可对进口喇叭电场进行是否带电切换。

阴极、阳极振打制度独立控制。

具体实施方式

高压吊杆（4）、阴极顶梁（5）、阴极线（6）、阴极底梁（7）等部分构成阴极系统，供电通过三点式双刀双掷隔离开关引自一电场供电电源，可通过三点式双刀双掷隔离开关实现进口喇叭电场是否带电的切换。

保温箱（3）、穿墙套管（9）、顶板（13）、支撑（14）、环板（15）、下封闭装置（16）等构成阴极封闭系统及悬挂、导电、振打传递等系统及功用。

阳极悬吊梁（10）、收尘极（12）等构成阳极系统；阳极振打杆（8）、阳极振打砧铁（11）、电磁振打装置总成

（1）等构成阳极振打系统。

振打力来自布置于除尘器外的电磁振打装置总成

（1），通过给电磁振打器的线圈通一直流电，线圈中心的活塞棒被吸起，断电的时候，活塞自由下落，振打力由其传递给振打杆到达阴极、阳极系统。

（标号对应图8）

附图

图表8结构示意图

图表9现场高压接线及电磁振打布置

注意事项

对于改造项目来说，进口内置电场的施工比较麻烦。

起吊点的设置，安装脚手架，安全网等人身安全设施及设备必须防护到位。

要校核喇叭口的强度，保证喇叭口结构安全。

对第一排支架进行校荷，保证其安全。

要校核一电场灰斗强度及一电场输灰的输送能力。

一要保证灰斗安全，并要保证多收集下来的灰及时被送走，尽量不要储存在灰斗里。

应充分做好气流分布模拟及现场的测试调整，保证电场气流分布均匀。

结构上保证悬吊可靠，阴极系统固定牢固，不因气流及振打导致摆动。

振打系统运行可靠。

5结语

该项技术对电除尘器技改项目来说是一种突破。

完全可以把进口喇叭武装到牙齿，集气流调整、细粉尘凝并、收尘、一电场前部预先荷电四种功能为一体。

不增加系统阻力，不增加断面气流速度，改善气流分布；对气流分布起非常重要的调整作用；收尘面积直观，计算方便，对除尘效率的影响可以定量计算；所收集粉尘顺进口喇叭下板直接进入一电场灰斗；适用于新建工程，也适合旧设备提效改造，导流阳极板可采用更换下来的阳极板；每个喇叭可单独、也可以并联配置一套供电控制系统。

当采用与一电场极距相同时，也可以并入一电场供电控制系统。

安装比较方便，可以与进口喇叭集成设计；结构适用性强，制造成本低，性价比高，是一项值得推广使用，增容提效的实用技术。

电除尘器进口喇叭内预置电场技术,已申请实用新型专利，申请号。

参考文献

[1]RODNEYTRUCEROBERTCRYNACK2

JOHNWILKINSWALLISHARRISON王励前INDIGO凝聚器——减少电除尘器可见排放

物的有效技术第11届全国电除尘学术会议论文集2005年10月21日-24日P244~P253

[2]王彦斌梁可新刘政潮电除尘器前端

预荷电技术试验研究第13届中国电除尘学术会议论文集2009年10月20日一24日P67~70

[3]依成武蔡灏兢路淼白敏菂电除尘器中粉尘预荷电的试验研究安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2007,35（4）:

1249-1250,1253

[4]闫克平王荣华双极性电晕放电凝并电除尘方法及其设备发明专利申请公开说明书申请号中华人民共和国国家知识产权局

[5]张芝涛白敏菂白敏冬依成武等在烟道中产生高数密度离子方法发明专利申请公开说明书申请号中华人民共和国国家知识产权局

[6]实用新型专利说明书专利号ZL中华人民共和国国家知识产权局

[7]梁可新马进等电除尘器预荷电装置实用新型专利说明书专利号ZL中华人民共和国国家知识产权局

[8]KILDES0J，BHATIAVK，LINDL，etal．Anexperimentalinvestigationforagglomerationofaerosolsinalternatingelectricfields[J].AerosolScienceandTechlloIogy，1995，22：

422—430．

[9]白敏菂，邱秀梅，杨波，毛程奇模拟烟道中粉尘粒子的荷电凝并实验研究河北大学学报（自然科学版）第27卷第6期