影响静电除尘器性能的因素-河北昊航环保机械

影响静电除尘器性能有诸多因素，可大致归纳为三个方面：烟尘性质、设备状况和操作条件。各种因素的影响直接关系到电晕电流、粉尘比电阻、除尘器内的粉尘收集和二次飞扬这三个环节，而最后结果表现为除尘效率的高低。
　　1、烟尘性质对除尘效率的影响
　　(1)粉尘的比电阻　适用于静电除尘器的比电阻值为104～1011Ω•cm。比电阻值小于104Ω•cm的粉尘其导电性能好，在除尘器电场内被收集时，到达收坐极板表面后会快速释放其电荷，变为与收尘极同性，然后又相互排斥，重新返回气流，可能在往返跳跃中被气流带出。相反，比电阻大于104Ω•cm以上的粉尘，在到达收尘极以后不易释放其电荷，使粉尘层与极板之间可能形成电场，产生反电晕放电，导致电能消耗增加，除尘性能恶化，甚至无法工作。
　　对于高比电阻粉尘可以通过特殊方法进行静电除尘器除尘，以达到气体净化。这些方法是：气体调质；采用脉冲供电；改变除尘器本体结构——拉宽电极间距并结合变更电气条件。
　　(2)烟气湿度　烟气湿度能改变粉尘的比电阻，在同样温度条件下，烟气中所含水分越大，其比电阻越小。粉尘颗粒吸附了水分子，粉尘层的导电性增大。由于湿度增大，击穿电压上升，这就允许在更高的电场电压下运行。随着空气中含湿量的上升，电场击穿电压相应提高，火花放电较难出现。对于这种静电除尘器来说是有实用价值的，它可使除尘器能够在提高电压的条件下稳定地运
行。电场强度的增高会使除尘效果显著改善。
　　(3)烟气温度　气体温度也能改变粉尘的比电阻，而改变的方向却有几种可能。表面比电阻随温度上升而增加(这只在低温区段)；到达一定温度值之后，体积比电阻相反，随着温度上升而下降。在这温度交界处有一段过渡区：表面和体积比电阻的共同作用区。电除尘工作温度可由粉尘比电气体温度关系曲线来选定。烟气温度影响还表现在对气体黏滞性的影响。气体黏滞性随着上升而增大，这将影响驱进速度的下降。
　　气体温度越高，其密度越低，电离效应加强，击穿电压下降，火花放电电压也下降。
　　总的来看，气体温度对静电除尘器的影响是负面的，如果有可能，还是在较低温度条件下运行较好。所以，通常在烟气进入静电除尘器之前先要进行气体冷却，降温既能提高净化效率，又可利用烟气余热。然而，对于含湿量较高和有SO3之类成分的烟气，其温度一定要保持在露点温度20～30℃以上作为安全余量，以避免冷凝结露，发生糊板、腐蚀和破坏绝缘。
　　(4)烟气成分　烟气成分对负电晕放电特性影响很大，烟气成分不同，在电晕放电中电荷载体的有效迁移也不同。在电场中电子和中性气体分子相撞而形成负离子的概率在很大程度上取决于烟气成分。据统计，其差别是很大的：氨、氢分子不产生负电晕；•氯与二氧化硫分子能产生较强的负电晕；其他气体互有区别。不同的气体成分对静电除尘器的伏安特性及火花放电电压影响甚大。尤其是在含有硫酸酐时，气体对电除尘器运行效果有很大影响。
　　(5)烟气压力　有经验公式表明，当其他条件确定以后，起晕电压随烟气密度而变化，温度和压力是影响烟气密度的主要因素。烟气密度对除尘器的放电特性和除尘性能都有一定影响。如果只考虑烟气压力的影响，则放电电压与气体压力保持一次线性(正比)关系。在其他条件相同的情况下，净化高压煤气时静电除尘器的压力比净化常压煤气时要高。电压高，其除尘效率也高。
　　(6)粉尘浓度　静电除尘器对所净化气体的含尘浓度有一定的适应范围，如果超过一定范围，除尘效果会降低，甚至中止除尘过程。因为在静电除尘器正常运行时，电晕电流是由气体离子和荷电尘粒(离子)两部分组成的，但前者的驱进速度约为后者的数百倍(气体离子平均速度为60～100m/s；粉尘速度大体在60cm/s以下)，一般粉尘离子形成的电晕电流仅占总电晕电流1%～2%。粉尘质量比气体分子大得多，而离子流作用在荷电尘粒上所产生的运动速度远不如气体离子上所运动速度高。烟气中所含粉尘浓度越大，尘粒离子也越多，然而单位体积中的总空间电荷不变，所以粉尘离子越多，气体离子所形成的空间电荷必然相应减少，于是电场内驱进速度降低，电晕电流下降。当含尘浓度达到某一极限值时，通过电场的电流趋近于零，发生电晕闭塞，除尘效率显著下降。所以静电除尘器净化烟气时，其气体含尘浓度应有一定的允许界限。
　　静电除尘器效率与允许的最高含尘粉尘的粒径质量组成有关，如中位径为24.7um的粉尘，入口质量浓度大于30g/m3时,电晕电流下降不明显；而对中位径为3.2um的粉尘，入口质量浓度大于8g/m3的吹氧平炉粉尘，电晕电流比通烟尘之前下降80%以上。有资料认为粒径为1um左右的粉尘对电除尘效率的影响尤为严重。
　　克服因烟气含尘量过大引起静电除尘器效率下降的较好办法是设置预级除尘器。先降低烟气的含尘浓度，使之符合要求后再进入静电除尘器。也有人认为，预级除尘会使粉尘凝聚，因而降低静电除尘器效率。
(7)粉尘粒径分布　试验证明，带电粉尘向收尘极移动的速度与粉尘颗粒半径成正比。粒径越大，除尘效率越高，尺寸增至20～25um之前基本如此，尺寸至20～40um阶段，可能出现效率最大值；再增大粒径，其除尘效率下降。原因是大尘粒的非均匀性，具有较大导电性，容易发生二次扬尘和外携。也有资料指出，粒径在0.2～0.5um之间，由于捕集机理不同，会出现效率最低值(带电粒子移动速度最低值)。
　　(8)粉尘密度、黏附力　粉尘的烟气在电场内的最佳流速与二次扬尘有密切关系。尤其是堆积密度小的粉尘，由于体积内的孔隙率高，更容易形成二次扬尘，从而降低除尘效率。
　　粉尘黏附力是由粉尘与粉尘之间，或粉尘颗粒与极板表面之间接触时的机械作用力、电气作用力等综合作用的结果。附着力大的不易振打清除，附着力小的又容易产生二次扬尘。机械附着力小、电阻低、电气附着力也小的粉尘容易发生反复跳跃，影响静电除尘器效率。粉尘黏附力与颗粒的物质成分有一定关系。矿渣粉、氧化铝粉、黏土熟料等粉尘的黏附力就小、水泥粉尘、无烟煤粉尘等，通常有很大的黏附力。黏附力与其他条件，如粒径大小、含湿量高低等也有密切关系。
二、设备状况对除尘效率的影响
(1)电极几何因素　影响板式静电除尘器电气性能的几何因素包括极板间距、电晕线间距、电晕线的半径，电晕线的粗糙度和每台供电装置所担负的极板面积等，这些因素各自对电气性能产生不同的影响。
　　①极板间距。当作用电压、电晕线的间距和半径相同，加大极板间距会影响电晕线临近区所产生离子电流的分布，以及增大表面积上的电位差，将导致电晕外区电密度、电场强度和空间电荷度的降低。
　　②电晕线间距。当作用电压、电晕线半径和极板间距相同，增大电晕线的间距所产生的影响是增大电晕电流密度和电场强度分布的不均匀性。但是，电晕线的间距有一个最大电晕电流的最佳值。若电晕线间距小于这最佳值会导致由于电晕线附近电场的相互屏蔽作用而使电晕电流减少。
　　③电晕线半径。增大电晕线的半径会导致在开始产生电晕时，使电晕始发电压升高，而使电晕线表面的电场强度降低。若给定的电压超过电晕始发电压，则电晕电流会随电晕线半径的加大而减少。电晕线表面粗糙度对电气性能的影响是由于始发电晕线表面的电场强度以及电晕线附近空间电荷密度的影响。
　　④极板面积。每台供电装置所负担的极板面积是确定静电除尘电气特性的又一重要因素，因为它影响火花放电电压。n根电晕线的火花率与1根电晕线火花率是相同的，因为n根电晕线中的任何一根产生火花都将引起所有电晕线上的电压瞬时下降。为了使电除尘获得最佳的性能，一台单独供电装置所担负的极板面积应足够小。
　　(2)气流分布程度　静电除尘器内气流分布不均对静电除尘器除尘效率的影响是比较明显的，主要有以下几方面原因。
　　①在气流速度不同的区域内所捕集的粉尘不是一样。即气流速度低的地方可能除尘效率高，捕集粉尘量多；气流速度高，除尘效率低，可能捕集的粉尘量少。但因风速低而增大粉尘捕集并不能弥补由于风速过高而减少的粉尘捕集量。
　　②局部气流速度高的地方会出现冲刷现象，将已沉积在收尘极板上和灰斗内的粉尘二次大量扬起。
　　③除尘器进口的含尘不均匀，导致除尘器内某些部位堆积过多的粉尘，若在管道、弯头、导向板和分布板等处存积大量粉尘，会进一步破坏气流的均匀性。
　　静电除尘器内气流不均与导向板的形状和安装位置、气流分布板的形式和安装位置、管道设计以及除尘器与风机的连接形式等因有关。因此对气流分布要予以重视。
　　(3)漏风　除尘器一般多用于负压操作，如果壳体的连接处和法兰处等密封不严，就会从外部漏入冷空气，使通过电除尘的风速增大。烟气温度降低，这二者都会使烟气露点发生变化，其结果是粉尘比电阻增高，使除尘性能下降。尤其在除尘器入口管道的漏风，使除尘效果更为恶化。静电除尘器捕集的粉尘一般都比较细，如果从灰斗或排灰装置漏入空气，将会造成收下的粉尘飞扬，除尘效率降低，还会使灰斗受潮、黏附灰斗造成卸灰斗不流畅，甚至产生堵灰。若从检查门、烟道、伸缩节、烟道阀门、绝缘套管等处漏入气体，不仅会增加除尘器的烟气处理量，而且会由于温度下降出现冷凝水，引起电晕线肥大、绝缘套管爬电和腐蚀等后果。
　　(4)气流旁路　气流旁路是指在静电除尘器的气流不通过收尘区，而是从收尘极板的顶部、底部和极板左右最外边与壳体壁形成的道中通过。产生气体旁路现象的主要原因是由于气流通过除尘器时产生气体压力降，气流分布在某些情况下则是由于抽吸作用所致。防止气流旁路措施是用阻流板迫使旁路气流通过除尘区，将除尘区分成几个串联的电场，以及使进入除尘器和从除尘器出来的气流保持设计的状态等；否则，只要有5%的气流气体旁路，除尘效率就不能大于95%。对于要求高效率的除尘器来说，气流旁路是一个特别严重的问题，只要有1%～2%的气体旁路，就达不到所要的除尘效率。装有阻流板，就能使旁路气流与部分主气流重新混合。因此，气流旁路对除尘效率的影响取决于设阻流板的区数和每个阻流的旁路气流量以及旁路气流重新混合的程度。气流旁路在灰斗内部和顶部产生蜗流，会使灰斗的大量集灰和振打时粉尘重返气流。因此，阻流板应予合理设计和布置。
　　(5)设备的安装质量　如果电极线的粗细不匀，则在细线上发生电晕时，粗线上还不能发生电晕；为了使粗线发生电晕而提高电压，又可能导致细线发生击穿。如果极板(或线)的安装没有对好中心，则在极板间距较小处的击穿可能比其他地方开始稳定的电晕还会提前发生。电晕线与沉淀极板之间即一个地方过近，都必然会降低电除尘器的电压，因为这里有击穿危险。同样，任何偶然的尖刺、不平和卷边等也会有影响
三、操作条件对除尘效率的影响
(1)气流速度　气流速度的大小与所需电除尘器的尺寸成反比关系。为了节省投资，除尘器就应设计的紧凑、尺寸小。这样，气流速度必然大，粉尘颗粒在除尘器电场内的逗留时间就短。气流速度增大的结果是气体紊流度增大，二次扬尘和粉尘外携的概率增大。气流速度对尘粒的驱进速度有一定影响，其有一个相应的最佳流速。在最佳流速下，驱进速度最大。在大多数情况下，在电场有效作用区间逗留8～12s，电除尘器就能得到很好的除尘效果。这种情况的相应气流速度为1.0～1.5m/s。
　　(2)振打清灰　电晕线积尘太多会影响其正常功能。收尘极板应该有一定的容尘量，而极板上积尘过多或过少都不好。积尘太少或振打方向不对，会发生较大的二次扬尘；而积尘到一定程度，振打合适，所打落的粉尘容易形成团块状而脱落，二次扬尘较少。存在着某个最佳容尘量mopt值，当比电阻于1010Ω•cm以下时，mopt值则高于1.0kg/m2，在mopt积尘量时进行振打应获得最好效果。由此，还可以计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匀，电场风速与电场长度等都与清灰效果有一定关系。总之，清灰良好、保持极板的高效运行是静电除尘器运行的重要环节。
　　(3)供电条件　静电除尘器的除尘效率在很大程度上决定于电气条件，其中就有在电极上保持最大可能电压的要求。因为尘粒的迁移率与所施加电压的平方成正比。
　　一般工业静电除尘器的电晕电极是在负极性下运行，原因是这种设置比电晕电极为正极性时的击穿电压值高，电晕放电有更为稳定的特性。
　　电压波形对除尘效率有实质性影响。静电除尘器工作的基本条件之一，是对在除尘器中经常发生的击穿要迅速熄灭。为此，最佳电压就该是脉动电压。因为在第一个半周期中电位下跌，就容易切断电压。最流行的是采用全波整流。半波整流推荐在下列情况中采用：①粉尘比电阻在1010Ω•cm以上；②在第一电场中，气体古尘浓度较高。
　　在续后的电场中，粉尘浓度较低，电晕电流较大，工作相对较为稳定，可以供给全波整流而得的直流电。为保证供电具体条件，电除尘器一般区分为若干电场，各配备自己的供电机组，巨型静电除尘器可分为平等工作室，这便于供电，容易切除某部分局部设备，而且简化了大断面的除尘器结构，改善断面的气流均布。在施加的电压和收尘效率方面，交流供电和脉冲供电的除尘器有可喜的应用前景。在专门的脉冲电源应用时，每秒钟能产生25～400个脉冲，把这种高压脉冲叠加在直流电压上就形成脉冲供电。使用脉冲电源可以得到更高的工作电压而不发生电弧击穿。
　　(4)伏安特性　在火花放电或反电晕之前所获得的伏安特性能反映出静电除尘器从气体中分离粉尘粒子的效果。在理想的情况下，伏安特性曲线在电晕始发和最大有效电晕电流之间，其工作电压应有较大的范围，以便选择稳定的工作点，使电压和电晕电流
达到高的有效值。低的工作电压或电晕电流会导致电除尘性能降低。
　　(5)粉尘二次飞扬　沉积在除尘极板上的粉尘如果黏附力不够，容易被通过静电除尘器的气流带走，这就是所谓的二次飞扬。粉尘二次飞扬所产生的损失有时高达己沉积粉尘的40%～50%，粉尘二次飞扬的原因如下。
　　①粉尘沉积在收尘极板上时，粉尘的荷电是负电荷，就会由于感应作用而获得与收尘极板极性相同的正电荷，粉尘便受到离开收尘极的斥力作用，所以粉尘所受到净电力是吸力和斥力之差。如果离子流或粉尘比电阻较大，净电力可能是吸力；如果离子流或粉尘比电阻较小，净电力就可能是斥力，这种斥力就会使粉尘产生二次飞扬。当粉尘比电阻很高时，粉尘和收尘极之间的电压降使沉积粉尘层局部击穿而产生反电晕时，也会使粉尘产生二次飞扬。
　　②当气流沿收尘极板表面向前流动的过程中，由于气流存在速度梯度，沉积在收尘板表面上的粉尘层将受到离开极板的升力。速度梯度愈大，升力愈大，为减少升力，必颂减小速度梯度；减少速度梯度，降低主气流速度是主要措施之一。静电除尘器中的气流速度分布以及气流的紊流和蜗流都能影响粉尘二次飞扬。静电除尘器中，如果局部气流很高，就有引起紊流和蜗流的可能性，而且烟道中的气体流速一般为10～15m/s，而进入静电除尘器后突然降低到1m/s左右，这种气流突变也很容易产生紊流和蜗流。
　　③沉积在电极上的粉尘层由于本身重量和运动所产生的惯性力而脱离电极。振打强度过大或频率过高，粉尘脱离电极不能成为较大的片状或块状，而是成为分散的、小的片状单个粒子，容易被气流重新带出静电除尘器，形成粉尘的二次飞扬。
　　④除尘器有漏风或气流不经电场而是通过灰斗出现旁路现象，也是产生二次飞扬的原因。
　　为防止粉尘二次飞扬损失，可采取以下措施：使电除尘器内保持气流的良好状态和使气流均匀分布；使设计出的收尘电极具有良好空气动力学屏蔽性能；采用足够数量的高压分组电场，并将几个分组电场串联，对高压分组电场进行轮流均衡振打；严格防止灰斗中气流有环流现象和漏风。
　　(6)电晕线肥大　电晕线越细，产生的电晕越强烈，但因在电晕极周围的离子区有少量的粉尘粒子获得正电荷，便向负极性的电晕极运动并沉积在电晕线上，如果粉尘的黏附性很强不容易振打下来，于是电晕线的粉尘越积越多，即电晕线变粗，大大地降低电晕放电效果，形成电晕线肥大。消除电晕线肥大现象，可适当增大电极的振打力，或定期对电极进行清扫，使电极保持清洁。电晕线肥大的原因如下。
　　①静电荷的作用，粉尘因静电荷作用而产生的附着力，最大为280N/m2。
　　②工艺生产设备低负荷或停止运行时，静电除尘器的温度低于露点，使水或硫酸凝结在尘粒之间以及尘粒与电极之间，使其表面溶解，当设备再次正常运行时溶解的物质凝固成结块，产生大的附着力。
　　③由于粉尘的性质，如黏结性大、水解而黏附或由于分子力而黏附。
　　④粉尘之间以及尘粒与电极之间有水或硫酸凝结，由于液体表面张力而黏附。粉尘粒径在3～4um时最大附着力为1N/m2，3～4um以下附着力剧增。粉尘粒径为0.5um时约为10N/m2。