高濃度電收塵的開發(fā)與應(yīng)用
1、概述
電收塵器作為高效除塵設(shè)備自上世紀(jì)八十年代引進(jìn)我國(guó)后，在電力、建材、冶金等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。然而現(xiàn)在隨著環(huán)保要求的不斷提高以及技術(shù)的進(jìn)步，電收塵器卻受到了前所未有的挑戰(zhàn)。通常電除塵器的進(jìn)口濃度一般都在100mg/Nm3，人們將含塵濃度高于100mg/Nm3視為高濃度煙氣。電廠循環(huán)流化床脫硫時(shí)，為達(dá)到很高的脫硫效率和低的鈣硫化，脫硫劑（如CaO、Ca（OH）2等）在塔內(nèi)以極高的濃度并通過(guò)多次循環(huán)與煙氣充分接觸與反應(yīng)，塔內(nèi)濃度高達(dá)2000g/Nm3以上，除塵入口濃度達(dá)600-1200g/Nm3。新型的干法水泥生產(chǎn)工藝生料制備系統(tǒng)采用立磨，最新型的干法水泥生產(chǎn)工藝的生料制備系統(tǒng)則更進(jìn)一步，將電收塵器變?yōu)樯a(chǎn)工藝系統(tǒng)中的一種重要的工藝裝備—生料收集器，電收塵器的入口濃度可達(dá)500-1000g/Nm3。針對(duì)這一情況，我們通過(guò)大量攻關(guān)研究，吸收魯奇技術(shù)和菲達(dá)的優(yōu)點(diǎn)，成功開發(fā)出能適應(yīng)高濃度的JDW高濃度電收塵器。
2、高濃度電收塵開發(fā)要解決的問(wèn)題
按傳統(tǒng)的電收塵理論，高濃度的含塵煙氣直接進(jìn)入電場(chǎng)，必然會(huì)因電暈封閉而幾乎喪失除塵效果。為此開發(fā)高濃度除塵器首先要解決的問(wèn)題就是：產(chǎn)生電暈封閉的條件，如何克服和消除電暈封閉？
此外，還要從除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、極配形式、供電裝置、殼體結(jié)構(gòu)等方面予以改進(jìn)，使之能適應(yīng)高濃度的要求。
3、關(guān)于電暈封閉的再認(rèn)識(shí)
以往的實(shí)驗(yàn)和理論均表明：當(dāng)粉塵濃度較高或粒徑很小時(shí)，會(huì)在集塵極表面形成覆蓋，使電暈區(qū)內(nèi)的負(fù)離子無(wú)法直接穿透煙氣層而到達(dá)極板；與此同時(shí)，高密度荷電粉塵在電場(chǎng)內(nèi)形成的高密度空間電荷抑制了陰極放電的進(jìn)一步發(fā)展。此時(shí)表針顯示的二次電流很低，這就叫電暈封閉。
事實(shí)上，由于實(shí)際的電場(chǎng)并不能完全是均勻的，出現(xiàn)電暈封閉的濃度粒徑存在一個(gè)范圍。同時(shí)電暈封閉也并不表示沒(méi)有電暈電離產(chǎn)生，只不過(guò)是此時(shí)電暈放電受到了一定的限制，電暈電流極低，遠(yuǎn)離電暈區(qū)的粉塵難以獲得足夠的電荷，該區(qū)域的電流形成完全依靠荷電粉塵的輸運(yùn)。隨著煙氣的向后流動(dòng)，已荷電粉塵紊流條件下按照某種概率和速率繼續(xù)向收塵極移動(dòng)，并吸附于收塵極，從而使煙氣濃度得到相應(yīng)降低；電暈極附近未荷電或荷電很少的粉塵在非均勻電場(chǎng)梯度力作用下產(chǎn)生極化，與正荷電粉塵一起迅速趨向陰極，使煙塵濃度進(jìn)一部減小。當(dāng)煙塵濃度降到一定程度時(shí)，電暈封閉解除，電暈電流出現(xiàn)，此時(shí)大部份離子電子電荷得以直接穿透極間的煙塵屏障到達(dá)極塵極，粉塵充分荷電，荷電粉塵向收塵極的遷移速率達(dá)到最大，煙氣凈化通道形成。此即電暈封閉條件下的煙氣凈化過(guò)程。
4、克服高濃度的方案
從以上分析，盡管會(huì)出現(xiàn)電暈封閉，但只要設(shè)備的規(guī)摸足夠大，我們總能得到預(yù)期的除塵效果。然而采取一定的措施，可以大大降低除塵器的投資和運(yùn)行費(fèi)用。
4.1 采取預(yù)收塵裝置，降低粉塵濃度
在除塵器設(shè)置預(yù)收塵裝置，是提高收塵效果的有效方法。主要采用以下幾點(diǎn)方法：
4.1.1采用上進(jìn)氣結(jié)構(gòu)
通常的電除塵器有上進(jìn)氣、下進(jìn)氣、水平進(jìn)氣三種結(jié)構(gòu)，其中以水平進(jìn)氣居多。高濃度更多采用上進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。含塵煙氣以15-20m/s由煙道進(jìn)入上進(jìn)口的擴(kuò)散器內(nèi)，因管路截面突然擴(kuò)大氣體流速迅速降10-15倍，其中的粗大顆粒因失去動(dòng)能直接落入灰斗。
4.1.2在進(jìn)氣口處設(shè)折射板
進(jìn)氣口的槽形折射板使氣流進(jìn)入時(shí)在折射板相互碰撞，氣流速度迅速降低并改向，約有20-30%的粉塵因慣性碰撞而沉降下來(lái)。
4.1.3采用阻流加導(dǎo)流型氣流均布板
在進(jìn)氣口中部和尾部采用多層阻流加導(dǎo)流型氣流均布板，一方面通過(guò)增加氣留局部阻力，將大規(guī)摸的紊流分割線接進(jìn)層流狀態(tài)的小規(guī)模紊流；另一方面通過(guò)導(dǎo)流裝置使之按要求改變方向，氣流均勻的進(jìn)入電場(chǎng)內(nèi)部，含塵濃度進(jìn)一步下降。
4.2電場(chǎng)的特殊設(shè)計(jì)
高濃度除塵的關(guān)鍵在第一電場(chǎng)，為了有效縮短電暈封閉的區(qū)域，主要采取以下措施。
4.2.1采用特殊設(shè)計(jì)的長(zhǎng)齒RS管狀芒刺線，加大電暈線的放電能力形成強(qiáng)電暈電流。
4.2.2強(qiáng)化振打效果
放電極采用頂部傳動(dòng)，側(cè)部撓臂振打，收塵極采用側(cè)部傳動(dòng)側(cè)部振打，提高振打力，加快振打周期，盡量減少粉塵在收塵極上的停留時(shí)間，從而減少電暈封閉的產(chǎn)生。
4.3截流裝置的應(yīng)用
由于氣流含塵濃度高，在第一電場(chǎng)下部沉積了大量的高濃度帶電粒子，為了阻擋這些粉塵進(jìn)入下一電場(chǎng)，我們?cè)诘谝欢妶?chǎng)中間設(shè)計(jì)了特殊的截流裝置降低風(fēng)速，粉塵得到有效沉降。
5、除塵器的主要特點(diǎn)
JDW系列高濃度除塵器將瑞典菲達(dá)和德國(guó)魯奇技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合為一體，同時(shí)根據(jù)我國(guó)國(guó)情作了適應(yīng)性改進(jìn)。除上面的結(jié)構(gòu)外，主要有以下技術(shù)特點(diǎn)：
⑴選型正確合理
選擇電除塵器的規(guī)格大小、布置方式（即選型）是保證除塵效率的關(guān)鍵，選型過(guò)大會(huì)增加投資，造成浪費(fèi)。選型過(guò)小，使排放不能達(dá)標(biāo)，滿足不了設(shè)計(jì)要求，后果更加嚴(yán)重。高濃度除塵器均為非標(biāo)產(chǎn)品，我們集各廠家優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)和自身實(shí)踐，選定除塵器的主要工藝參數(shù)Wk（表觀驅(qū)進(jìn)速度）、Vs（電場(chǎng)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速）以及比集塵面積等，從而確定保證除塵效率達(dá)到設(shè)計(jì)要求的電除塵器規(guī)格大小，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體條件來(lái)確定電除塵器布置方式，電除塵器的選型必須根據(jù)每個(gè)工程的具體情況逐一確定，不能簡(jiǎn)單套用。
⑵極配形式（放電板、收塵極形式）適應(yīng)高濃度粉塵的特殊性
針對(duì)每臺(tái)電除塵器所需處理的煙氣條件，選擇一個(gè)最佳的極配及配置方式是電除塵器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。針對(duì)高濃度粉塵的特殊性，我公司確定極配方式采用480C陽(yáng)極板，（收塵極）配新RS132－6管型芒刺線。
480C型陽(yáng)極板板面壓有多道溝槽，易于吸塵與清灰，兩旁的折邊成“ㄈ”型，不僅增架了極板的剛性，而且形成一道防風(fēng)溝，可以防止振打振落下來(lái)的粉塵的二次飛揚(yáng)，振打加速度傳遞性能好。制造材料則采用SPCC板材，該材料在高溫和振打作用下抗變形能力強(qiáng)。
極線（放電極）采用目前國(guó)內(nèi)通用的“RS”線，該極線為管狀，具有堅(jiān)固耐用、不斷線、起暈電壓低、放電強(qiáng)烈、電流密度大等優(yōu)點(diǎn)。我公司在試驗(yàn)加實(shí)踐的基礎(chǔ)上開發(fā)出的新“RS－132－6”型極線，既留有“RS”線的優(yōu)點(diǎn)，又去除了其不足，消滅了原來(lái)“RS”線存在的極板上電流密度為零的“死區(qū)”。新“RS－132－6”型線的電流平均密度達(dá)σr=0.4，這對(duì)提高陽(yáng)極板的有效利用率及防止反電暈的效果十分明顯。根據(jù)不同電場(chǎng)內(nèi)的粉塵濃度，采用不同的芒刺尖和開角，一電場(chǎng)用加長(zhǎng)齒，二、三、四電場(chǎng)依次調(diào)整，使極配完全適應(yīng)粉塵的特殊性，從而可以保證電除塵器的高效運(yùn)行。
⑶ 極板極線定位框架在車間組裝，從而保證了同極（異極）距的安裝質(zhì)量。
作為電除塵器的性能保證，電除塵器在安裝過(guò)程中保證同極（異極）距誤差（越小越好）是一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)，同極（異極）距的安裝誤差超差直接影響電除塵器投運(yùn)和電氣性質(zhì)，因此控制同極（異極）距誤差是非常重要的，國(guó)內(nèi)大多廠家電除塵器的同極（異極）距誤差需要在安裝過(guò)程中靠人工來(lái)保證和控制的，因此常常會(huì)發(fā)生電除塵器在空載試車或正常投運(yùn)行后電壓電流不穩(wěn)定和不正常的偏大或偏小，其中一個(gè)重要的原因就是同極（異極）距離偏差較大。為了消除安裝誤差，我們把陽(yáng)極板和陰極線的二個(gè)方向的定位框架在車間內(nèi)組裝好，將同極（異極）距的安裝誤差消滅在車間中。安裝現(xiàn)場(chǎng)只需要把定位框架固定在殼體頂蓋上，把極板、極線掛上固定好就行，同極（異極）距不需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，提高了電除塵器的安裝質(zhì)量和安裝進(jìn)度。
⑷振打方式及振打制度合理
為能使極線有良好的放電性能，極板有良好的收塵效果，同時(shí)又要把二次飛揚(yáng)減少到最小，除極線固定懸掛，極板懸掛，固定的剛性要大，還要振打加速度的傳遞效果要好，我們采用振打?yàn)閭?cè)傳回轉(zhuǎn)繞臂錘打，其效果能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其振打制度完全由微機(jī)來(lái)控制，一電場(chǎng)和預(yù)收塵均采用連續(xù)振打，其它電場(chǎng)按程序控制，這樣更加完善了振打效果。
⑸ 漏風(fēng)率低
為了使除塵器的漏風(fēng)率小，除安裝時(shí)嚴(yán)格控制各焊縫的氣密性外，所有門、孔均采用雙層結(jié)構(gòu)，密封材料采用優(yōu)質(zhì)的硅橡膠玻纖膠圈，密封性能好，長(zhǎng)時(shí)間高溫下不老化、不變形且彈性好，保證漏風(fēng)率小于3%。
⑹ 阻流加導(dǎo)流型氣流分布裝置保證氣流分布均勻性。
氣流分布均勻性是提高除塵效率的先決條件，它的重要性眾所周知。我們采用阻流加導(dǎo)流方法，增大孔板孔徑到Φ60－Φ80，減小阻力，增加導(dǎo)流板。用導(dǎo)流的方式使氣流分布均勻，這種形式的氣流分布裝置既能達(dá)到氣流分布均勻，阻力又小且不會(huì)堵灰，它又類似百葉窗式，能起到機(jī)械除塵的效果，對(duì)高濃度的煙氣有很好的除塵效果。
⑺ 低負(fù)荷及調(diào)峰時(shí)的適應(yīng)性強(qiáng)
旋窯煙氣粉塵有一定的粘性，容易吸附在瓷套、瓷軸表面，電除塵器投運(yùn)時(shí)，高壓瓷套、瓷軸容易產(chǎn)生爬電現(xiàn)象。為此我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上對(duì)瓷套保溫箱采取了特殊的保護(hù)措施，用獨(dú)立小室內(nèi)外隔層中間保溫，并用電加熱恒溫控制，保證瓷套、瓷軸在煙氣露點(diǎn)20℃以上運(yùn)行，有微量回?zé)犸L(fēng)對(duì)瓷套、瓷軸進(jìn)行吹掃，保證瓷套、瓷軸的表面清潔，使得電除塵器能在低負(fù)荷正常運(yùn)行。
⑻設(shè)備運(yùn)行安全可靠
盡管采用了上述幾種措施，但當(dāng)結(jié)構(gòu)故障的電除塵器也無(wú)法安全運(yùn)行。目前，電除塵器的斷線、掉錘、絕緣子擊碎、灰斗堵灰常常發(fā)生，是電除塵器運(yùn)行的“四大故障”，為消除這類故障，我公司通過(guò)不斷的研究、試驗(yàn)、改進(jìn)，已基本克服了這“四大故障”。
① 保證極線不斷、不掉
新RS管型芒刺線的支撐主體是φ20圓管，強(qiáng)度高、剛性好，運(yùn)行中保證不會(huì)斷線，與極線連接的二個(gè)連接頭設(shè)置了專用保護(hù)套，極線二端連接頭與極線支撐主體Φ20圓管連成一體，這樣的結(jié)構(gòu)極線永運(yùn)不會(huì)脫落（掉線）。
② 克服掉錘現(xiàn)象
因電除塵器內(nèi)的特殊工況，電除塵器內(nèi)部的傳動(dòng)部件如塵中軸承、振打錘都需耐磨。其中塵中軸承采用托輪式滾動(dòng)軸承，托輪和護(hù)套均采用合金軸承鋼制造，具有很高的耐磨性，在傳動(dòng)接觸處設(shè)計(jì)成線接觸，最大限度地減少了接觸，在振打軸與軸承接觸處設(shè)置耐磨護(hù)套，保證振打軸不磨損。振打錘頭為活動(dòng)的圓柱結(jié)構(gòu)，使振打部位交替變化，提高了振打力傳遞質(zhì)量，又大大延長(zhǎng)了使用壽命。經(jīng)熱態(tài)滿灰連續(xù)130萬(wàn)次振打試驗(yàn)，確認(rèn)相當(dāng)于振打最頻繁的一電場(chǎng)使用25年的打擊次數(shù)，因此振打系統(tǒng)的壽命完全能保證二個(gè)大修周期以上（8年）。