電除塵器本體完好性是實現(xiàn)達標排放的基礎

§1 概述

　　一個除塵系統(tǒng)的運行效果，受到很多因素的影響：工藝操作因素，系統(tǒng)布置因素，設備構造因素（選型和設計）和電氣因素等，而電除塵器的合理構造及狀態(tài)完好是長期可靠運行的基礎。

　　當前，窯尾余熱利用成為水泥企業(yè)節(jié)能增效的亮點，大型水泥生產(chǎn)線紛紛投建余熱發(fā)電鍋爐。然而， SP爐的投運對窯尾電除塵器來說，意味著本已使用效果欠佳的出口粉塵排放濃度進一步惡化。對此，不少水泥企業(yè)已將窯尾電除塵改為袋收塵，雖然滿足了環(huán)保標準，但增加了的改造投資和運行成本。

　　那么，有沒有一種方法，僅通過對原有電除塵器的改造就能滿足新的環(huán)保標準呢？

　　答案是肯定的。實例證明：通過對除塵系統(tǒng)內(nèi)機械、電氣、煙氣條件三位一體優(yōu)化改造，SP爐窯尾電除塵器的確能夠實現(xiàn)達標排放。而且達標治理的費用和運行成本均低于電改袋。

§2 電除塵工作過程

　　電除塵器的工作是一個復雜的過程。

　　如圖1，通有高壓直流電的陰極產(chǎn)生電暈使電場內(nèi)的空氣電離并產(chǎn)生大量的正、負離子，電暈區(qū)域很小，正離子很快被陰極吸附，負離子在電場力的驅動下向陽極［集塵極］遷移；含塵廢氣通過電場時，廢氣中的固體顆粒［粉塵］捕獲離子從而荷電，荷電粉塵在紊流氣流的作用下隨機進入集塵極附近的層流區(qū)并在靜電力的驅動下向極板遷移最終吸附于極板表面，極板表面的粉塵積聚到一定厚度之后再通過清灰使粉塵層從極板表面剝離落入灰斗，最后通過排灰機械輸送到指定位置。

 圖1.電除塵原理圖

　　不難理解，電場工作過程的每一步如果不能順利完成，最終的除塵效果都會受到很大影響。電場工作過程的有效進行，要求電除塵器本體構造合理并且完好保持，粉塵必須在較好工作條件下荷電和遷移，并能順利被清除、落入灰斗和排出。

　　除塵效率的高低，在一定程度上取決于除塵空間的大小。但是，如果殼體漏風嚴重、極板極線大量變形或偏移錯位、氣流分布很不均勻、電場周圍擋風阻流失落、清灰失效、排灰不暢、絕緣性能下降等，就不可能獲得期望的除塵效果。此外，除塵效率同時還受到煙氣條件、供電質量的影響。

　　收塵（把粉塵從煙氣中分離出來）是電場工作的目標，但只是電場內(nèi)部發(fā)生的一個事件。電場內(nèi)發(fā)生的另一個事件是：被收集到極板表面的粉塵在氣流吹掃下重又返回氣流；極板表面的粉塵層在清灰剝離下落過程中，總有一部分散落后重又被氣流揚起；殼體并非完全密閉空間，總有一定的漏風，外部空氣通過這些縫隙或孔隙進入殼體內(nèi)部，不單增大電除塵負荷（煙氣量增大），還由于漏進來的空氣流速極高（可達每秒數(shù)十米），使正在落入灰斗的粉塵再度揚起并直接帶到電場出端。上述被已被收集的粉塵重新回到氣流中的現(xiàn)象稱二次揚塵。電場四周的非收塵區(qū)域總有少量氣流通過，這部分煙氣不經(jīng)過收塵區(qū)域直接到達電場出端，形成煙氣短路或旁路。氣流短路和二次揚塵都使除塵效率降低，這是與收塵功能相背離的事件。

　　§3 本體形位缺陷對收塵效率的影響分析

　　如前所述，電除塵器機械［本體］狀況的好壞直接影響除塵效率，是基礎基本的因素，因為除塵的全過程都在本體內(nèi)部完成。

　　由于歷史的原因，實際的電除塵器在本體構造上都存在一定的缺陷；經(jīng)過一段時間的使用，電除塵器不可避免地會出現(xiàn)形位上的變化。這些，都不利于收塵效率的保持。

　　電除塵器可能存在的主要缺陷及其對除塵效率的影響如下：

　　§3.1氣流分布不均——煙氣在各個通道內(nèi)的流動速度不一致，則在電場內(nèi)停留時間長短不一，引起每股氣流的收塵效率不相同。收塵效率與進口濃度呈指數(shù)關系：

　　η=1-e^-ωA/Q=1-e^-2ωL/av 

　　式中，收塵效率η，驅進速度ω，集塵極總面積A，煙氣流量Q，電場長度L，同極間距a，煙氣在電場內(nèi)的流速v。

　　可以推算：流速不均造成的綜合結果，是總的收塵效率降低。

　　引起流速分布不均的原因有設計因素，也有維護方面的因素。設計因素包括：系統(tǒng)布置未考慮電除塵器入口前的煙氣導流，或氣流均布裝置設計不合理。使用維護因素有：工藝系統(tǒng)出現(xiàn)過煙氣溫度過高的情況，使分布板發(fā)生變形甚至燒壞但沒有及時有效地給予恰當處理，或煙氣腐蝕性強，使分布板銹蝕損壞，或粉塵粘性大、發(fā)生堵塞。

　　§3.2極間距不均——直接影響放電效果。極間距不均勻時，有些放電點持續(xù)放電，而有些放電點始終形不成電暈。觀察運行狀況，工作電壓電流偏低，收塵效率下降。

　　粉塵向極板的驅近速度與電場強度直接相關，電場強度又與極間距離相關。一個電場由若干個通道組成，電場理論最佳工作電壓由設計異極間距決定，而實際運行電壓由最小異極間距決定。電場工作電壓U（kV）與異極間距d（cm）的關系是：U=（2～3）d。

　　可見，假如一個電場內(nèi)存在一個通道或一個點極間距縮小3cm，該電場運行電壓則降低6～9kV。我們知道，在電場伏安特性曲線工作段，工作電壓的較小改變引起工作電流很大的變化。顯然，這時整個電場的電暈功率很低，收塵效率大大降低。因為整個電場只有這一個通道或一個點有效放電，電場其他部位形不成足夠強度的電暈電流，這種兩極間距遠低于設計值的部位我們稱之為放電近點。放電近點對電場的有效工作極為不利。極端情況下，電場欠壓短路、工作失效。

　　引起極間距不均的原因，一是陰極陽極安裝位置未找準，二是陰極就位安裝方法不當、造成兩極相對位置偏差、將錯就錯調(diào)整極間距所帶來的后遺癥，三是人員進入電場內(nèi)無意推拉引起。此外，兩極變形也會造成局部極距不均，這種情況另行論述。

　　§3.3兩極變形——極板、線框或電暈線變形嚴重時，局部極間距變小、形成放電近點，其對電場工作的影響與極間距不均相似。不同的是，個別點的板、線嚴重變形影響的是整個電場的運行，致使該電場工作電壓工作電流都很低、并出現(xiàn)局部閃絡擊穿，嚴重影響運行參數(shù)和收塵效率。

　　引起兩極變形的原因有制造方面的原因［軋制內(nèi)應力沒有消除］，也有安裝方面的原因［安裝時未按規(guī)定的要求組裝、吊裝和調(diào)整］。

　　當電場工作電壓偏低時，應檢查是否存在極板、線框和電暈線變形嚴重并予以處理。處理兩極變形需聘請專業(yè)實施隊伍完成。

　　§3.4振打桿前后竄位——振打桿前后竄位首先造成錘擊位置偏移，陽極清灰效果不佳，極板積灰嚴重。振打桿竄位還引起放電點與極板的相對位置，造成放電效果的惡化，影響電場工作參數(shù)。

　　振打桿竄位是由于極板與振打桿聯(lián)結螺栓強度等級不足或安裝時螺栓擰緊力矩不夠，還可能由于聯(lián)結螺栓未能點焊牢固而松脫、長期振打引起竄位。

　　§3.5斷線——電場內(nèi)如有一根極線斷掉，整個電場都不能投入運行。有斷線時，臨時處理方法是將斷線去除。斷線較多時，形成極線缺失。極線缺失使電場空間得不到充分利用。

　　極線缺失常因極線上下聯(lián)接不牢固引起，腐蝕性煙氣在滯流區(qū)域和有漏風點的位置，極線因腐蝕而銹斷（又：此部位極板也會銹蝕嚴重甚至銹穿）。制作極線的材料有缺陷也可能產(chǎn)生斷線。

　　§3.6極板極線嚴重積灰——極板嚴重積灰引起低電壓低電流運行，收塵效率下降。極線嚴重積灰使工作電壓上升而工作電流下降甚至為0，電暈放電不暢，粉塵菏電不充分，收塵效率降低。

　　窯尾電收塵內(nèi)部嚴重積灰常因振打失效引起，煙氣水分含量高、煙氣溫度低發(fā)生結露、粉塵粘性大也會使用清灰效果不佳形成極板積灰很厚和電暈線肥大。

　　§3.7殼體漏風——漏風將增加電收塵的負荷，漏風量大時，這種影響不可忽略。漏風還產(chǎn)生二次揚塵、增大粉塵逸出。檢修門周圍、法蘭聯(lián)接處應作重點檢查。

　　造成漏風的原因是檢查門密封不嚴，安裝過程中，氣密焊焊縫質量檢查不細致。焊縫高度不足，運行中焊縫開裂也形成漏風。煙氣潮濕時，漏風部位產(chǎn)生結露并使殼體壁板大面積銹蝕爛穿、形成嚴重漏風。

　　§3.8絕緣部件附灰或損壞——絕緣部件包括陰極吊掛絕緣套管和陰極振打絕緣桿，清掃附灰是日常檢修維護事項。絕緣部件附灰嚴重時，會出現(xiàn)爬電漏電，運行電壓偏低。絕緣部件損壞有則使機械承載能力喪失，還可能使絕緣性能失效。

　　絕緣部件附灰是由于帶電粉塵吸附引起。在絕緣套管蓋上設有清掃孔，若未按安裝要求打開清掃孔，套管內(nèi)部附灰會比較嚴重。

　　§3.9 卸灰輸灰——窯運轉過程中，卸灰輸灰裝置如出現(xiàn)長期停運，會產(chǎn)生非常嚴重的問題：灰斗越積越滿，最后滿過走臺，使陰陽極形成灰短路，電場不能有效投入運行。

　　§4 SP爐窯尾電除塵器超標排放的原因分析

　　幾乎所有水泥熟料生產(chǎn)線在投產(chǎn)之后都會通過工藝手段提高熟料產(chǎn)量，對新型干法窯，產(chǎn)量提高的幅度一般在10～20%，對老式干法窯，產(chǎn)量的提高甚至翻番。熟料產(chǎn)量提高后，電除塵器的處理能力已顯得不足。再經(jīng)過多年的使用，其內(nèi)部狀況也會趨于惡化，電場工作條件發(fā)生了改變，除塵效率隨之降低并遠低于設計指標殊屬正常。

　　SP爐的投運更加劇了窯尾電除塵器除塵效果的惡化。這是因為電除塵器處理的煙氣和粉塵性質發(fā)生變化：直接操作時的煙氣溫度為200℃左右，這是窯尾粉塵比電阻有極大值的溫度范圍；SP爐運行時，煙氣不經(jīng)增濕塔，SP爐出口煙氣的含水率很低，粉塵比電阻曲線上移。綜合煙氣溫度和含水率，粉塵比電阻高于電除塵器適用范圍，收塵效率大幅下降，排放濃度嚴重超標。對管磨生料系統(tǒng)，聯(lián)合操作條件下因部分SP爐煙氣直接匯入電除塵器，與出磨煙氣混合后的煙氣溫度和濕度也不能滿足電除塵器工作條件，收塵效率也有較大幅度的下降。

　　電除塵器的工作條件差了、收塵效率降低了，而環(huán)保法規(guī)要求的性能指標卻不斷提高，使用多年的電除塵器出口粉塵排放濃度超標則在預料之中。

　　§5 電收塵器達標改造的基本思路

　　就一般人看來，一臺使用多年的電除塵器，不可能滿足當前環(huán)保要求。由于電除塵器建設時期的環(huán)保要求比現(xiàn)在低，熟料生產(chǎn)能力的提高使電除塵器的工作負荷增大，再加上電除塵器經(jīng)過多年的使用，本體不可避免地存在某種缺陷，即使是同樣規(guī)格的新電除塵也很難滿足當前環(huán)保標準。為此，不少客戶按照這種理解采用其它方法對電收塵器進行改進或改造，或則投了錢沒有收到預期的效果，或是雖然目標實現(xiàn)了但代價高昂。

　　電除塵器達標改造的正確思路是：客觀面對電除塵器工作現(xiàn)狀，冷靜分析電除塵器超標排放的癥結所在，綜合考察電收塵器的規(guī)格校驗、本體狀態(tài)、電收塵器的供電、工藝條件等影響除塵效率的各種環(huán)節(jié)，科學制定對策方案，從而確立滿足達標排放的最佳有效途徑。我公司正是按照這種思維方式對許多用戶感到棘手的余熱后窯尾電除塵器的排放達標事項開展了探索和實踐，找到并掌握了電除塵系統(tǒng)達標改造技術，經(jīng)多次實踐證明是切實可行的。

　　顯然，作為除塵系統(tǒng)根本的電除塵器機械本體應當受到充分關注。充分關注的目標，是通過改造、改進或修理，使本體狀態(tài)達到擬或接近新建時的狀態(tài)。

　　§6 電除塵器大修改造內(nèi)容

　　本體改造的具體內(nèi)容應視本體構造和內(nèi)部損壞、變形的嚴重程度決定。對損壞程度嚴重的部件應予改進或更換，對漏風、變形、氣流旁路等缺陷應予修補和矯正。大修改造的目的是消除對電場收塵不利的重大因素，同時削減二次揚塵以及其他粉塵逸出的機會和途徑，使本體達到完好狀態(tài)。值得注意的是：減少粉塵逸出在降低粉塵排放濃度中所起的作用，甚至高于收塵面積的增加。

　　需要說明的是：電除塵器的達標改造或消缺與日常維修是兩個不同的事項。日常維修工作只需解決影響電收塵正常運行方面的問題，如掉錘、斷線等，而達標前的消缺則要求使電收塵能夠達到最佳工作狀態(tài)，施工組織人員必須懂得對收塵效率產(chǎn)生不利影響的因素并進行認真細致的檢查和判斷（其中有些缺陷屬設計缺陷），做到檢查細致、處理徹底，根本消除影響除塵效率的各種機械因素，不得遺漏某些不應當忽略的細節(jié)，以確保電場幾何形狀和位置處于最佳工作狀態(tài)。

　　對內(nèi)部損壞不很嚴重的電除塵器，本體消缺工作投入低、功效明顯，所花費的代價主要是人工費用，再加上部分缺損件的更換和材料的填補。

　　對內(nèi)部損壞嚴重的電除塵，應更換損壞的部件，調(diào)整能夠矯正的變形，修復工作不可靠的部件，使電場內(nèi)部達到正常工作狀態(tài)。

　　對某些規(guī)格能力略嫌不足的電除塵器，可采取不是進行擴容、而是增大其收塵能力的措施和手段，以充分發(fā)揮現(xiàn)有除塵空間的潛力。這些措施和手段包括：

　　A）在進風口設置預荷電極。預荷電極以分布板為陽極，專門設置放電線置于兩排分布板之間。預荷電極本身有一定的收塵作用，但其主要的功用是使粉塵在進入電場之間預先荷上電荷，以使煙氣一旦進入電場即開始有效收塵，從而節(jié)省了在電場內(nèi)荷電的時間，相當于延長了電場長度。

　　B）在出氣口設置槽形收塵極。大家都知道出口槽形板有收塵作用，只是對收塵效率的影響沒有定量的判斷。如果能夠定時對出口槽形板進行清灰，其效果勢必更佳。出口槽形板的另一個作用是能夠改善第三電場的氣流分布狀態(tài)。

　　C）對電源規(guī)格大于1000mA的電場進行分區(qū)，能夠提高供電水平。眾所周知，在伏安特性曲線工作區(qū)段，運行電壓稍有提高，電暈功率和收塵效率會有較大幅度的提高。

　　§7 關于電除塵器的規(guī)格驗算

　　電除塵器規(guī)格的驗算是按多依奇效率公式推算粉塵平均驅進速度：

ω=-ln(1-η)/f=-2Lln(1-η)/(av)

　　式中，ω為計算驅進速度（m/s）,η為目標除塵效率，f為比集塵極面積[m2/(m3/s)]，L為電場實際總長度（m），a為同極間距（m）,v為電場風速（m/s）。

　　經(jīng)驗豐富的設計人員能夠根據(jù)電除塵器的工作條件合理選取驅進速度。如計算驅進速度高于期望值，表明電除塵器規(guī)格偏??；如計算值不大于期望值，說明電除塵器規(guī)格已經(jīng)滿足。由于窯熟料產(chǎn)量提高、環(huán)保標準提升，當前計算出來的驅進速度常常高于正常選型的取值。但這并不說明電除塵器規(guī)格不能滿足。應當注重的是：煙氣條件是否有利于驅進速度的增大、供電性能是否能夠克服本體老化帶來的不利影響，本體構造是否合理、狀態(tài)是否完好。如果各種條件都有利于除塵過程的進行，驅進速度可取上限（即電除塵器的規(guī)格可小些）。

　　§8 SP爐窯尾電除塵器達標

　　SP爐窯尾電除塵器的達標排放卻成為水泥企業(yè)染污治理的一個難點。實踐表明：通過對供電條件、煙氣條件和本體條件的優(yōu)化改造，即能夠提高電除塵器的除塵效率、實現(xiàn)達標排放。在此，通過大修（改造）使本體達到完好狀態(tài)是達標的基礎，與此同時，煙氣的合理調(diào)質是保證收塵效率的前提，供電質量滿足要求是發(fā)揮本體潛力不可或缺的保障。通過機械、電氣和煙氣條件三位一體優(yōu)化改造，大多數(shù)SP爐窯尾電除塵器都能夠滿足現(xiàn)行環(huán)保標準，這就是電除塵MEC達標技術。

　　§9 結論

　　電除塵器要獲得期望的收塵效果，本體及系統(tǒng)狀態(tài)完好是基礎，煙氣條件適合、選型合理是前提，供電性能適用和運行可靠是保障。超標排放的SP爐窯尾電除塵器，可通過MEC技術的實施實現(xiàn)達標排放。正確運用電收塵MEC技術，絕大多數(shù)現(xiàn)役電收塵器都能滿足當前環(huán)保標準，其達標改造的費用和運行成本均低于電改袋或電袋復合改造。

參考文獻：
①電收塵器（理論 設計 使用），劉后啟等，中國建筑工業(yè)出版社，1987年10月第一版