电除尘器末端微细粉尘收集装置研究

解标，严瑞锋，王强，李泓，廖瑜

(1.合肥工业大学，安徽合肥 230009;2.华电新乡发电有限公司，河南新乡 453635; 3.南京国电环保设备有限公司，江苏南京 210044;4.国电宣威发电有限责任公司，云南宣威 655400)

电除尘器末端微细粉尘收集装置研究

解标1，严瑞锋2，王强3，李泓4，廖瑜4

(1.合肥工业大学，安徽合肥 230009;2.华电新乡发电有限公司，河南新乡 453635; 3.南京国电环保设备有限公司，江苏南京 210044;4.国电宣威发电有限责任公司，云南宣威 655400)

电除尘器末端是针对二次扬尘超细粉尘颗粒的收集的最后一道屏障。通过分析前人在此方面开展研究的技术成果基础上，集成多项技术，探索一条经济性较高的电除尘器增容提效改造的途径。

电除尘器;二次扬尘;微粒凝聚功能区;回转刷清灰;通透型槽形板

0 引言

电除尘器末端是指最后一个电场的尾部及出口喇叭段。出口喇叭在结构上的作用是保持烟气系统密闭，使烟气从电除尘器过渡到出气烟道。一般情况下，出口喇叭内会布置若干层槽形板，多层布置时会错位排列。受市场竞争影响，优化结构及减轻设备重量，出口喇叭被设计的较进口喇叭短、小。

电除尘器提效改造会受空间限制，加高、加宽、加长等，要么受空间限制，要么受投资限制，改造本体就意味着阴、阳极更换改造，成本及工作量都很大。出口喇叭内部空间是否可以加以利用呢?前电场受振打引起的扬尘可以被后续电场收集，最后一个电场的振打扬尘该怎么办呢?

1 相关技术研究

1.1 收尘极板上粉尘粒子的沉降规律

(1)含尘气体由流速较高的电除尘器进口管通过喇叭口进入电场，气流速度降为1m/s左右，大小不一的尘粒会呈现不同沉降规律。粗尘粒较快地被前部电场所收集，后部电场断面上的粉尘粒径比前部断面的要小，而且电除尘器前部分的沉降量比后部分的沉降量大。因此，沿气流方向收尘极板的沉降粉尘呈现前粗后细、前厚后薄的沉降规律。

(2)由于重力的作用，粒径较大的粉尘粒子分布在收尘极板的下部，且容易被极板收集，收尘极板下部收尘量大;粒径较小的粉尘粒子分布在收尘极板的上部，且相对较难收集，收尘极板上部收尘量少。因此，沿垂直方向上，收尘极板的沉降粉尘呈现上细下粗、上薄下厚的规律。

(3)沉降量随距离增大而减少，当气流速度增大时，沉降量变化幅度减小，风流速度对粉尘的沉降有重要影响［1］。

1.2 带电粒子在电场中的运动

在电除尘器中，荷电尘粒因受到电场力的作用而趋向收尘极。当尘粒到达收尘极后，粉尘受到多种作用力而沉积在收尘极上，粉尘粒子是否重返气流(即二次扬尘)，关键在于粒子受到的作用力，即粒子之间的相互作用力(粘结力)，以及粒子与收尘极板表面之间的作用力(粘附力)。在电除尘器中，粒子的粘结力对除尘有重要的现实意义，如沉积粉尘层因粘结力过小而受到气流的切向冲刷、粒子的法向反弹或反向静电力的作用而发生返流;或因粘结力过大，需要很强的振打才能将沉积的粉尘从收尘极板上震落下来。但此时，却有可能使原来已形成块状的沉积粉尘层被击碎，由此造成粒子返流量比常规振打时要大得多。在实际的收尘清灰过程中，沉积粉尘粒子以单个粒子的形式落入灰斗是不可能的，它只有通过粒子间的粘结力，以块状、条状等形式才能达到收尘的目的。虽然人们在这方面做了大量研究，但收尘极板上粉尘粒子的力学行为，例如沉降粉尘的二次扬尘仍然不能被清楚地描述和解释。因此，研究电除尘器中粉尘粒子在电场中的运动以及分析收尘极板上沉积粉尘的受力状况，对提高电除尘器的收尘效率具有重要意义［2］。

1.3 二次扬尘

二次扬尘对高效电除尘器除尘效果的影响比较突出。目前国内电除尘器多采用干式清灰方式，该方式的主要问题是振打过程中的二次扬尘。气流速度过高或分布不均都会把粉尘直接从收尘极板上冲刷下来。挡板配备不当，气流控制不佳会出现旁路窜气，特别是灰斗四周的旁路窜气，均会把灰斗或其他排灰设备中的粉尘重新卷走。

1.4 影响二次扬尘的因素

1.4.1 振打清灰

要想既不过多地增大除尘器的尺寸而又保持较高的除尘效率，就必须选择最佳的振打条件，即调节振打强度和振打频率，以使飘失的粉尘量最少。有时，特别是用设在除尘器内部的挠臂锤振打时，只能调节振打频率，因为振打强度已经固定死了。除尘器振打强度是由极板的振打加速度度量的。在冷态条件下，通过测试极板振打加速度及其分布可以得到振打分布条件［3］。

当前尚缺乏足够的分析振打力的数据来确切说明振打时尘层的状况。对粉尘在尘层上沉积的速率进行简单计算，就可以立即看出，在极板上所看到的尘层厚度不可能是在两次振打之间沉积起来的。因此，清灰必须有待于尘层形成足够的厚度，再将其打落。某些研究者认为尘层系呈片状从收尘面上崩落而大片地落入灰斗的。另一些研究者认为，每振打一次，整个粉尘层就向灰斗方向移动一下，降落一段距离后，又重新被捕集到极板上。最佳的振打条件是等粉尘积累到一个合理的厚度，再以足够的力量进行振打，使尘层沿极板逐步下落而跌入灰斗。此时，只有最下1～2m以内的尘层掉入灰斗，下落的速度较低，因此对已经沉积在灰斗中的粉尘干扰很小。总之，不管清灰的机理如何，只要将振打强度和振打频率调整到最佳值，都可能大大减少二次扬尘，提高除尘效率［4］。

在现场系根据目测出口极板或者使用测量仪器来调节振打制度的。如果振打损失过多，则从烟囱出口或除尘器出口电场的极板处可以看到振打冒尘。对于高效除尘器，最好用测量仪器来调节振打制度。可用的测量仪器有浊度仪、基于摩擦起电原理的测尘仪以及其他快速指示粉尘浓度的仪器。

1.4.2 直接冲刷

当空气动力足以使尘粒悬浮或者引起反复弹跳(跳跃)时，就会产生直接冲刷。除了与表面粘得不紧的尘粒被气流冲走或被其他尘粒撞掉或被火花放电的爆裂作用所崩落外，紧实的积尘层是不会先行脱离的。当这些尘粒再撞击粉尘表面时，可能使更多的尘粒脱落，引起尘粒的一系列反复弹跳。如果被撞击的尘粒没有进入气流，它可能向下游移动一段距离，这就是粉尘受重力影响时的那种运动［5］。

冲刷扬尘是否能实现，与尘层的粘着性关系很大。粘着力部分地决定于粉尘的积聚过程。如果尘层基本上是由粒子一次一个地堆集起来的，而且每个粒子都有充分的运动自由度和时间得以在随意分布着正负电荷的尘层和它自身从容地排列对位，则其粘着力要比同类整体堆集起来的粉尘高一个数量级。这种靠库伦力形成尘层的条件，在静电沉积和管道低速区的沉淀过程中都能达到。但是在收尘极板上还有离子电流作用于尘层上的一个额外的力。从极板、极线或分布板上打下来的松散堆集起来的粉尘，则不能形成有粘着力的条件。所以即使流速很低，也会把灰斗中的这种积灰带走。对于大于100μm的尘粒，当作用于一个尘粒上的曳力足以引起连续跳跃时就会出现冲刷现象。一阵偶然发生的气体紊流，会引起尘粒的连续跳跃。因此，应力求气速均匀并使紊流减至最低程度。至于小于100μm的尘粒，只有当流速在断层边缘上形成足够的曳引力时，才会出现冲刷。尘层的这种断裂是由于振打或重力作用使大片粉尘从极板上脱落的结果。大片粉尘破裂时会形成大于100μm的尘团，从而引起跳跃运动。

在净化工业气体的实际电除尘器中，气流速度一般都选用得很低，使极板的直接冲刷不致产生或者至少减到最轻微的程度。然而，如果气流非常不均匀，已沉降的粉尘仍然会重新扬起，导致除尘器性能下降。因此，在设计除尘器和烟气处理系统时必需特别注意，以防止这类严重损失。实际中，为防止除尘器气流不均匀，通常在冷态条件下进行气流均布测试和调整，以尽量减少气流分布不均匀和弥补设计中的不足［6］。

1.4.3 除尘器窜气

另一个可能发生二次扬尘的区域是灰斗周围或装有刮板除灰装置的除尘器平底处。由粉尘浓度竖向分布情况可以看出，除尘器底部附近的二次扬尘损失较大，朝上方逐渐减小。不过，这种损失可以通过正确地设置防窜气挡板予以减轻。一旦气流窜入灰斗，落入灰斗的粉尘往往会上返形成尘云而被带出，重新进入气流。设计灰斗时应配置各种型式的挡板，引导气体流向极板区而不进入灰斗。这些挡板通常延伸到灰斗内，形成灰封。这时要设灰位控制装置以保持灰位高于挡板底缘。

用空气作为除尘器的负载气体，然后直接测量灰斗中的气流，即可查明灰斗窜气状况。也可以借助模型来设计适用的挡板，以防止灰斗气流的危害［7］。另一个常见的灰斗二次扬尘问题是通过阀门或结构缺陷处漏入空气。除尘器高负压运行时，通过除灰系统特别是阀门处漏入的空气会卷起数量可观的粉尘，严重降低除尘器的效率。这种情况在最后级电场的灰斗中尤为严重，因为再次捕集这些粉尘的机会很少。

2 相关专利技术介绍

2.1 电除尘器用可刷式槽形板粉尘再净化装置［8］

该装置包含螺旋形阴极线、阴极线上下框架、支撑钢板、链轮、传动轴、传动链条、连杆、钢丝刷、槽形板和减速电机。阴极线上下框架焊接在末电场阴极系统竖梁的上下两端，阴极线挂在焊接于阴极线上下框架的吊环上。通过阴极线和槽形板之间形成了的一个高压电场，使微细粉尘再次荷电吸附到槽形板上被捕集。

当出口槽形板上的灰积到一定厚度时，开启减速电机，与之相连的传动轴将带动链轮转动，传动链条及焊接于上面的连杆和钢丝刷随之移动，对槽形板进行刷灰。

2.2 一种粉尘捕集槽板［9］

该系统包括气流入口段、捕尘段和底板。气流入口段为渐缩喇叭型，其小口径端与捕尘段的一端相连接。底板设置在捕尘段的另一端，底板上设有均压孔和滤网。入口段与底板之间设有一片或多片与底板平行的多孔板。

功能为:扩大收尘面积，降低飞灰的动能、动量和速度，使其易于被多排的孔板捕捉。

2.3 一种电除尘器尾部移动式粉尘捕集器［10］

系统结构包括喇叭状壳体，置于壳体喇叭口处的捕集板系统。捕集板系统包括上轴、下轴。捕集板用柔性捕集板环绕上轴、下轴连接，捕集板绕轴移动的驱动电机与上轴或下轴轴连，喇叭口下部有沿下轴方向的清灰槽，下轴置于清灰槽内，槽内有清灰装置。清灰装置包括沿清灰槽排列的清灰刷，刷毛抵于绕下轴的捕集板上。清灰槽上有清洗液的进水口，绕下轴的捕集板浸于清洗液中，清灰槽下部有污水排出口。本装置将捕集板的清灰移至捕集区外的清灰区进行，从而使二次扬尘降低到最小程度，同时提高系统的粉尘捕集率。

2.4 回转极板转刷清灰电场

回转极板转刷清灰电场对于克服二次扬尘具有独特的优越性，其针对性是:高黏度微细粉尘的不扬尘清除。该结构对本电场的入口浓度有一定要求，不可太高;对于不易荷电的粉尘，在该电场是同样荷不上电的。阳极清灰用转刷可以有效清理，但是阴极仍然采用外力振打清灰，阴极线积灰飞扬，没有得到控制。受其自身结构限制，一个回转极板转刷清灰电场的成本是普通电场的两倍以上。

2.5 微细颗粒凝聚电场

凝聚型高压静电除尘器［11］的核心为微细颗粒凝聚电场。其特征是顺烟气流向，装有凝聚装置的电场单元是由双极荷电区、混风区、凝聚区和收尘区构成。双极性荷电区由垂直于烟气方向交替布置得正极性电极与负极性电晕极和接地极构成。正电晕极由一组正极性电晕极框架构成，通过绝缘子支承悬挂于除尘器壳体上，由正极性高压直流电源供电;负电晕极由一组负极性电晕框架构成，通过绝缘子支承悬挂于除尘器壳体上，由负极性高压直流电源供电;接地极布置于正电晕线和负电晕线之间，与除尘器壳体相连接，并通过除尘器壳体接地。在双极性荷电区后布置有混风构件，形成混风区;混风区后的一段空间为凝聚区;凝聚区后为收尘区。

在常规高压静电除尘器的电场前设置双极性高压静电凝聚装置，能够有效捕集烟气中细微尘粒，特别是对PM2.5的捕集率有显著提高。

3 一种电除尘器末端微细粉尘收集装置

在总结以上研究成果的基础上，开发一种电除尘器末端微细粉尘收集装置。该装置包括:布置在传统电除尘器末电场与出口喇叭之间的双极性微细粉尘凝聚区和布置在出口喇叭内的无扬尘清灰区。

3.1 双极性微细颗粒凝聚区设置

以上双极性微细颗粒凝聚区绝大部分是布置在进口烟道极少布置在其他电场区域。而微细颗粒粉尘恰恰主要分布在末电场，在末级电场后端设置微细颗粒凝聚区更具针对性。

3.2 二次扬尘收集区设置

二次扬尘是制约电除尘器除尘效率的因素，使之不能达到100%，采用机械振打无可避免的将产生二次扬尘。根据目前现有的研究成果，即能清灰又不产生扬尘的方法首选转刷清灰。

出口喇叭回转网转刷清灰装置，利用转刷清灰，不产生二次飞扬，可以有效扑捉带残余电荷的逃逸粉尘。当粉尘沉积到一定程度，在系统压力许可的范围内，粉尘层本身可以形成有效的微孔过滤，以扑击更细微粒。其对高比电阻、高粘、超细超轻等粉尘同样具有独到的收集功用。其相比而言存在以下优势:根据出口喇叭结构形式，可以布置两层、三层、四层，充分利用空间。适用于新装电除尘器，对于旧除尘器改造，预留更多改造空间;其为辅助收尘，不带电场，没有电场故障，只要保证回转机构正常，就可以保证其高效稳定运行;粉尘层本身可以形成有效的微孔过滤，以扑击更细微粒;机构简单，投资成本低，性价比高［12］。

3.3 实施方法

如果出口端有空间，就在原除尘器末电场与出口喇叭之间安装微细颗粒凝聚区，其原则是保留尽量多的收尘面积的基础上，尽量不对原结构改造，提高原设备的使用寿命周期。如果受场地限制，不能延长原壳体长度时，只有对最后一个电场进行改造。

4 振打清灰控制

传统结构电除尘器的清灰方式以机械振打为主。不管是设置在顶部或者是侧部，或者顶部侧部都有，基本都属于机械振打传递振打力。控制好振打的时机，可以有效地减少二次扬尘。需要开发一种可测量阳极板集灰厚度的传感器与振打控制系统联锁，当集灰厚度达到设定值时进行振打，使粉尘成饼状由上流淌而下，或成片状剥落。出口设置差压测试设备，当压力达到设定值时，开启清灰机构进行清灰，使系统阻力保持在最经济运行状态。

5 结语

合理利用电除尘器出口空间，尽量保持原结构不变，可以大大提高原设备的使用寿命周期，减少浪费，降低改造成本。除尘器末端微细粉尘收集技术对电除尘器技改项目来说是一种途径。针对性使用双极性微细粉尘颗粒凝聚技术，凝聚后的颗粒经出口喇叭内装置收集、过滤，并用刷子清灰，无疑可以把除尘器性能最大限度地提高。适当增加系统阻力，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;当通透性降低甚至薄薄的覆盖一层灰时，过滤机理也将发挥作用;所收集粉尘顺出口喇叭下板直接进入末电场灰斗，或自设灰斗，出料可直接接入原末电场灰斗;技术适用于新建工程，更适合旧设备提效改造。

［1］叶青，林柏泉，唐敏康.电除尘器收尘极板上粉尘的沉降规律［J］.金属矿山，2006，(3):74－76.

［2］唐敏康，叶 青，张永亮.电除尘器中粉尘粒子的力学行为分析［J］.江西有色金属，2003，17(4):42－45.

［3］S小奥格尔斯比(美)，G B尼科尔斯.电除尘器［M］.北京:水利电力出版社，1983.

［4］陈国榘，胡健民.除尘器测试技术［M］.北京:水利电力出版社，1988.

［5］曹文勤.电除尘器电极振打周期调整试验方法的改进［J］.电力环境保护，2000，(4):25－28.

［6］刘绍银，唐从明.电除尘器二次扬尘及其检测［J］.湖北电力，2008，32(6):39－40，55.

［7］黎在时.电除尘器的选型安装与运行管理［M］.北京:中国电力出版社，2005.

［8］何美华，徐志海，朱冲.袁海燕电除尘器用可刷式槽形板粉尘再净化装置［P］.中国:200910264508.1，2010-05-19.

［9］张鲁峻.一种粉尘捕集槽板［P］.中国，ZL200820193205.6，2008－11－28.

［10］王铁军，何治洪，谢鸿微，等.一种电除尘器尾部移动式粉尘捕集器［P］.中国:ZL200520098571.X，2007-01-03.

［11］田俊茂，梁可新，柯小民，等.凝聚型高压静电除尘器［P］.中国，200820129754.7，2009-10-21.

［12］王强，李泓，解标，等.电除尘器出口喇叭内置二次扬尘收集装置［P］.中国:201120070078.2，2011-12-14.

Technical research on ESP terminal dust collecting device

The terminal end is the last barrier of collecting the secondary dusting ash in electrostatic procipitation.On the basis of previous work，an effective method for increasing capacity and improving efficiency in electrostatic procipitation modification is discussed by integration of a number of relative technologies.

ESP;secondary dusting;particle coagulation function area;ash cleaning device by rotary rush;transparent channel slab

X701.2

B

1674－8069(2012)04－020－04

2012-04-11;

2012-05-07

解标(1974-)，男，安徽灵壁人，硕士，工程师，主要从事烟气净化除尘设备、烟气生物法脱硫、脱硝技术研究。E－mail: bxieb@163.com