電除塵器本體完好性是實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)

　　§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(shè)備構(gòu)造因素（選型和設(shè)計）和電氣因素等，而電除塵器的合理構(gòu)造及狀態(tài)完好是長期可靠運行的基礎(chǔ)。

　　當(dāng)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)呢？

　　答案是肯定的。實例證明：通過對除塵系統(tǒng)內(nèi)機(jī)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?qū)崿F(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。而且達(dá)標(biāo)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(fù)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(fù)離子，電暈區(qū)域很小，正離子很快被陰極吸附，負(fù)離子在電場力的驅(qū)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(jī)進(jìn)入集塵極附近的層流區(qū)并在靜電力的驅(qū)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(jī)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(jìn)行，要求電除塵器本體構(gòu)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(fēng)嚴(yán)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(fēng)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(zhì)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(biāo)，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(fēng)，外部空氣通過這些縫隙或孔隙進(jìn)入殼體內(nèi)部，不單增大電除塵負(fù)荷（煙氣量增大），還由于漏進(jìn)來的空氣流速極高（可達(dá)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(dá)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(jī)械［本體］狀況的好壞直接影響除塵效率，是基礎(chǔ)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(gòu)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(jìn)口濃度呈指數(shù)關(guān)系：

　　η=1-e-ωA/Q=1-e-2ωL/av

　　式中，收塵效率η，驅(qū)進(jìn)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(jié)果，是總的收塵效率降低。

　　引起流速分布不均的原因有設(shè)計因素，也有維護(hù)方面的因素。設(shè)計因素包括：系統(tǒng)布置未考慮電除塵器入口前的煙氣導(dǎo)流，或氣流均布裝置設(shè)計不合理。使用維護(hù)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(dāng)處理，或煙氣腐蝕性強(qiáng)，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(qū)近速度與電場強(qiáng)度直接相關(guān)，電場強(qiáng)度又與極間距離相關(guān)。一個電場由若干個通道組成，電場理論最佳工作電壓由設(shè)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(guān)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(qiáng)度的電暈電流，這種兩極間距遠(yuǎn)低于設(shè)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(zhǔn)，二是陰極就位安裝方法不當(dāng)、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(jìn)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(yán)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(yán)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(luò)擊穿，嚴(yán)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(yīng)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(dāng)電場工作電壓偏低時，應(yīng)檢查是否存在極板、線框和電暈線變形嚴(yán)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(yán)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(jié)螺栓強(qiáng)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(jié)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(fēng)點的位置，極線因腐蝕而銹斷（又：此部位極板也會銹蝕嚴(yán)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(yán)重積灰――極板嚴(yán)重積灰引起低電壓低電流運行，收塵效率下降。極線嚴(yán)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(yán)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(jié)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(fēng)――漏風(fēng)將增加電收塵的負(fù)荷，漏風(fēng)量大時，這種影響不可忽略。漏風(fēng)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(yīng)作重點檢查。

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

　　§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(hù)事項。絕緣部件附灰嚴(yán)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(jī)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(shè)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(yán)重。

　　§3.9 卸灰輸灰――窯運轉(zhuǎn)過程中，卸灰輸灰裝置如出現(xiàn)長期停運，會產(chǎn)生非常嚴(yán)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(biāo)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(yuǎn)低于設(shè)計指標(biāo)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(zhì)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(yán)重超標(biāo)。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(biāo)卻不斷提高，使用多年的電除塵器出口粉塵排放濃度超標(biāo)則在預(yù)料之中。

　　§5 電收塵器達(dá)標(biāo)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(dāng)前環(huán)保要求。由于電除塵器建設(shè)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(fù)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(dāng)前環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。為此，不少客戶按照這種理解采用其它方法對電收塵器進(jìn)行改進(jìn)或改造，或則投了錢沒有收到預(yù)期的效果，或是雖然目標(biāo)實現(xiàn)了但代價高昂。

　　電除塵器達(dá)標(biāo)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(biāo)排放的癥結(jié)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(xué)制定對策方案，從而確立滿足達(dá)標(biāo)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(dá)標(biāo)事項開展了探索和實踐，找到并掌握了電除塵系統(tǒng)達(dá)標(biāo)改造技術(shù)，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(jī)械本體應(yīng)當(dāng)受到充分關(guān)注。充分關(guān)注的目標(biāo)，是通過改造、改進(jìn)或修理，使本體狀態(tài)達(dá)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(yīng)視本體構(gòu)造和內(nèi)部損壞、變形的嚴(yán)重程度決定。對損壞程度嚴(yán)重的部件應(yīng)予改進(jìn)或更換，對漏風(fēng)、變形、氣流旁路等缺陷應(yīng)予修補(bǔ)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(jī)會和途徑，使本體達(dá)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(dá)標(biāo)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(dá)標(biāo)前的消缺則要求使電收塵能夠達(dá)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(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的檢查和判斷（其中有些缺陷屬設(shè)計缺陷），做到檢查細(xì)致、處理徹底，根本消除影響除塵效率的各種機(jī)械因素，不得遺漏某些不應(yīng)當(dāng)忽略的細(xì)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(yán)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(bǔ)。

　　對內(nèi)部損壞嚴(yán)重的電除塵，應(yīng)更換損壞的部件，調(diào)整能夠矯正的變形，修復(fù)工作不可靠的部件，使電場內(nèi)部達(dá)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(jìn)行擴(kuò)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(jìn)風(fēng)口設(shè)置預(yù)荷電極。預(yù)荷電極以分布板為陽極，專門設(shè)置放電線置于兩排分布板之間。預(yù)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(jìn)入電場之間預(yù)先荷上電荷，以使煙氣一旦進(jìn)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(dāng)于延長了電場長度。

　　B）在出氣口設(shè)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(jìn)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(jìn)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(guān)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(qū)進(jìn)速度：

　　ω=-ln(1-η)/f=-2Lln(1-η)/(av)

　　式中，ω為計算驅(qū)進(jìn)速度（m/s）,η為目標(biāo)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(fēng)速（m/s）。

　　經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員能夠根據(jù)電除塵器的工作條件合理選取驅(qū)進(jìn)速度。如計算驅(qū)進(jìn)速度高于期望值，表明電除塵器規(guī)格偏?。蝗缬嬎阒挡淮笥谄谕?，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(biāo)準(zhǔn)提升，當(dāng)前計算出來的驅(qū)進(jìn)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(yīng)當(dāng)注重的是：煙氣條件是否有利于驅(qū)進(jìn)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(gòu)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(jìn)行，驅(qū)進(jìn)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(dá)標(biāo)

　　SP爐窯尾電除塵器的達(dá)標(biāo)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(dá)標(biāo)排放。在此，通過大修（改造）使本體達(dá)到完好狀態(tài)是達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)，與此同時，煙氣的合理調(diào)質(zhì)是保證收塵效率的前提，供電質(zhì)量滿足要求是發(fā)揮本體潛力不可或缺的保障。通過機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，這就是電除塵MEC達(dá)標(biāo)技術(shù)。

　　§9 結(jié)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(chǔ)，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(biāo)排放的SP爐窯尾電除塵器，可通過MEC技術(shù)的實施實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。正確運用電收塵MEC技術(shù)，絕大多數(shù)現(xiàn)役電收塵器都能滿足當(dāng)前環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，其達(dá)標(biāo)改造的費用和運行成本均低于電改袋或電袋復(fù)合改造。

　　參考文獻(xiàn)：

　　①電收塵器（理論 設(shè)計 使用），劉后啟等，中國建筑工業(yè)出版社，1987年10月第一版