电除尘器前端预荷电技术研究

解标，王强，李泓，廖瑜

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

电除尘器前端预荷电技术研究

解标1，王强2，李泓3，廖瑜3

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

电除尘器前端主要是指进口喇叭及进气烟道，在进口喇叭内设置预荷电电场，可以保证气流均匀进入电场的同时，对粉尘进行荷电、凝并，起到一级预收尘的作用，以增加收尘面积，提高除尘器的除尘效率。通过分析Indigo烟道凝聚器、进口喇叭内置电场技术、电除尘器中粉尘预荷电试验研究及国内专利技术成果基础上，提出电除尘器进口喇叭内预置电场技术，并取得比较好的应用效果。

电除尘器;预荷电;前置电场;高频电源

0 引言

电除尘器的前端主要是指进气喇叭及进气烟道。在烟气系统中其构造性的作用是使烟气系统密封并使烟气从一次风机出口过渡到电场，进气喇叭功能性的作用是使进入电场的气流分布均匀。进气烟道短的有几米长则数十米，进口喇叭长度一般也有4m左右，两者的内部空间为布置荷电极及收尘极等装置并开发其功能提供了可能。

粉尘预荷电是指在粉尘进入电除尘器之前通过预加电场使粉尘颗粒先带上一部分电荷，能有效增加粉尘的荷电量，特别适用于微小粉尘的捕集。同时预荷电还可以使粉尘颗粒发生碰撞、接触、粘附和聚合成较大颗粒的粒子，从而进一步增加粒子的荷电量，这样有利于电除尘器除尘效率的提高。

1 相关技术研究

1.1 INDIGO－烟道凝聚器技术［1］

1.1.1 原理

Indigo凝聚器含有两项专利技术，一是流动凝聚(FAP)，二是双极静电凝聚(BEAP)，能使细尘附着到粗尘上，从而为电除尘器所扑集。

流动凝聚(FAP)是基于强化粉尘颗粒流动使大小不同的粒子有选择性地混合，增强粗、细粒子之间的物理作用。从而促使粉尘颗粒相互碰撞，形成聚合的粒团，减少细粒子的数目。双极静电凝聚过程(BEAP)，有两个关键作用:一是双极荷电器有一组正、负相间的平行通道，气体和灰尘通过时，按其通道的正或负，分别获得正电荷或负电荷。这样，粉尘一半荷正电，一半荷负电;二是对粒径有选择性的混合系统(SSMS)，既能使气体中荷正电的细粒子与从相邻负极性通道流出的荷负电的粗粒子混合，又能使荷负电的细粒子与荷正电的粗粒子混合。

1.1.2 结构及安装

Indigo凝聚器安装在电除尘器前面边长5m的进口烟道处，其中气体流速常达10m/s以上。高流速可以使其极板不需要振打就能保持洁净。对于100MW的发电机组，Indigo凝聚器只需5kW左右的电力。对于引风机，增加的阻力不过200Pa。

1.1.3 研发及应用情况

全尺寸原型Indigo凝聚器的构思和试验始于1999年，其后的各项试验持续到2002年。三年的试验中获得了大量数据。据此，2002年开发了商业的Indigo凝聚器，同年11月在进行原型机试验的澳大利亚Vales Point电厂，建造了第一套实用装置。

2004年7月，Indigo科技公司(澳大利亚)、Indigo科技公司(美国)、艾尼科环保技术公司(美资)以及兰州电力修造厂共同参加研究并开展有关Indigo凝聚技术在中国应用的问题。

1.1.4 Indigo凝聚器优点分析

Indigo凝聚器设计原理比较科学，但是其设置在进气烟道中的预先荷电凝聚装置，烟道截面本身就很有限，其构造本身占据一定的空间，使烟道的净流通面积减小，对烟道气流流速的影响比较大。另外，粉尘对结构件的磨损也是比较严重的，还可能导致烟道下部积灰，造成烟道阻力增大，不一定能保证其长期高效运行。Indigo凝聚器对粉尘凝并作用及粉尘的驱进速度的影响目前尚无法定量计算，在保证相同的除尘效率时相应的对后续电场可以节省多少收尘面积，也无法定量计算，对实际工程而言用在改造项目上更合适。Indigo凝聚器为国外技术，成本较高，有对其优化和国产化的必要。

1.2 进口喇叭内置电场

1.2.1 电除尘器前端预荷电技术试验研究［2］

试验中采用圆钢针刺线与孔板配置的新型结构，经过电气性能试验研究，找出其板电流密度的分布及起晕电压、闪络电压、闪络电流等相关电气性能参数，对于指导电除尘器前端预荷电技术选择线距、放电板型、同极距等都具有一定的意义。

1.2.2 进口喇叭内置电场结构

工程应用中常会发现，第一电场前一、二块阳极板(长度500～1000mm)不收尘。原因是粉尘荷电后，在电场风速的带动下，向后流动，随电场力的作用，逐渐趋向阳极板，造成前一、二块阳极板很难收到粉尘，使实际的比集尘面积参数比设计的要小。为了充分发挥阳极板的收尘作用，提高阳极板的收尘效率，根据静电除尘原理，在电场的前置烟箱内靠近第一电场处设计了预荷电装置，既在第三层孔板平面前加设一排阴极线框架，阴极线采用针刺线，对孔板所在平面放电。当含尘烟气通过这个电场区域时，使粉尘荷电，荷电粉尘通过孔板时部分粉尘被孔板收集，其余大部分进入第一电场，可被前一、二块阳极板收集。阴极线框架和第三层孔板顶部均设有振打装置，定时进行清灰振打。第三层孔板收尘，可提高除尘器整机的收尘效率。

电除尘器前端预荷电结构是由一套完整的集尘极和放电极其相关的电源设备组成。

1.2.3 电流密度均匀性试验及结论

式中:σ＇为电流密度分布均匀性;n为测量断面测点总数;ji为各测点所示电流值，mA;j为测量极板平均电流值，mA。

由试验结果可知，随着板线间距的增大，闪络电压、电流均升高。板面电流密度分布均匀性较好，板线间距250mm比200mm时板面电流密度分布均匀性较好。试验中，比较预荷电装置开启与关闭时，保持进口粉尘浓度相同，均为15g/m3，处理相同烟气量，且电场电源供电相同。当开启预荷电装置时，除尘效率为97.58%;关闭预荷电装置时，除尘效率为95.39%。从测得的除尘器效率可知，加装预荷电装置对除尘器除尘效率是有利的。

1.3 电除尘器中粉尘预荷电试验研究［3］

采用线管式预荷电器对粉尘颗粒在不同条件下的荷电量进行研究，并在不同条件下对其预荷电性能进行了对比试验。结果发现，采用直流和脉冲电压供电时，在电压达到临界值之前，颗粒的荷电量均随电压升高而增大，脉冲电压供电方式荷电量升高较快，荷质比高出直流电压荷电1个数量级;负电晕放电的颗粒荷电量明显高于正电晕放电;电晕放电的荷电量随颗粒粒径的增大而增大;预荷电器中的荷电理论计算必须考虑粒子密度及其输运项。

2 相关技术国内专利

2.1 双极性电晕放电凝并电除尘设备［4］

双极性电晕放电凝并电除尘设备使用单台高压电源，正负电晕同时产生，荷电凝并在同一室进行，成本低、荷电效率高。锅炉排放的含尘烟气在烟道中先经过正负电晕放电区，使烟气中的粉尘微粒带上正负电荷后相互凝并聚集成为大颗粒，再进入电除尘器进行除尘。除尘后的烟气经烟囱外排。高压电源结构采用半波整流双极性电源、单相全波整流双极性电源、三相全波整流双极性电源、高频高压直流电源和高压脉冲电源。

2.2 在烟道中产生高数密度离子方法［5］

锅炉排放的含尘烟气进入安装在进气烟道上的高数密度离子发生装置，采用直流、窄脉冲电晕流光放电。电离具有动量为1×10－22～40×10－22g·m/s的烟道中气体分子，离子密度达到107～1011cm3。高数密度离子发生装置为粉尘进入电除器前预荷电凝聚提供了必需的基础条件。

2.3 双极高压静电凝聚器［6］

极高压静电凝聚器结构特征是正极性电晕极、接地极、负极性电晕极交替布置，构成双极性荷电区;布置在双极性荷电区后部的混风段置有一组按一定规则排列的角形板、圆管、或槽形板。双极高压静电凝聚器布置于入口前的烟道上，能够减少含尘烟气中细微粒含量，提高电除尘器的除尘效率，特别是减少PM2.5微尘的排放量。

2.4 电除尘器预荷电装置［7］

在电除尘器进气烟箱内部第三层气流均部板平面前加设一排阴极线框架及其顶部电磁振打系统，阴极线布设在框架上，阴极线采用针刺线，并单独增设供电电源。该装置能使粉尘在进入第一电场前就荷上电，可被前一、二块阳极板收集。阴极框架和第三层气流均布板顶部均设有顶部电磁振打器，定时进行清灰振打提高电除尘器的除尘效率。

3 技术应用

电凝并理论认为，烟尘的荷电量是电凝并系数的主要参量，而电凝并速率、凝并后尘粒粒径均是电凝并系数的函数。如果采用强电离放电、高气压非平衡等离子体物理等新成果，可以大幅度地增加等离子体浓度、尘粒荷电量，进而提高了烟尘电凝并速率、尘粒粒径，反过来又促使已增粗的尘粒荷电量大幅度增加。可见，在除尘过程中电凝并对除尘性能起着叠加倍增的效果。

预荷电技术是一种利用电凝并技术使粉尘荷电量增加，提高除尘效率的方法。在电除尘器前端安装预荷电凝并装置，可使高浓度微小颗粒产生更显著的凝并效果［8］，再结合高气压非平衡等离子体物理研究的新成果，提高带电粒子浓度，增强电凝并作用，进而提高电除尘器性能［9］。

电除尘器进口喇叭内预置电场技术提供一种合理利用电除尘器进口喇叭空间的方案，在不增加阻力的情况下，在其内设置预荷电电场，在保证气流均匀进入电场的同时，对粉尘进行荷电、凝并、起到一级预收尘的作用，并尽可能提高其除尘效率。注意事项:对于改造项目来说，进口内置电场的施工比较麻烦，特别是起吊点的设置、安装脚手架、安全网等人身安全设施及设备必须防护到位。施工时要校核喇叭口的强度，保证喇叭口结构安全，同时确保第一排支架安全，应对一电场灰斗强度及一电场输灰的输送能力进行检测，保证灰斗安全，并要保证多收集下来的灰及时被送走，尽量不要储存在灰斗里。设计时应充分做好气流分布模拟，安装时就进行现场的测试调整，保证电场气流分布均匀。结构上保证悬吊可靠，阴极系统固定牢固，不因气流及振打导致摆动，振打系统运行可靠。

4 结语

电除尘器进口喇叭内预置电场技术对电除尘器技改项目来说是一种突破。不增加系统阻力，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。适用于新建工程，也适合旧设备提效改造，安装方便，结构适用性强，制造成本低，性价比高，是值得推广使用的实用技术。

［1］Truce R，Crynack R，Wilkins J，et al.Indigo凝聚器:减少电除尘器可见排放物的有效技术［C］.第11届全国电除尘学术会议论文集，郑州:2005.

［2］王彦斌，梁可新，刘政潮.电除尘器前端预荷电技术试验研究［C］.第13届中国电除尘学术会议论文集，青岛:2009.

［3］依成武，蔡灏兢，路淼，等.电除尘器中粉尘预荷电的试验研究［J］.安徽农业科学，2007，35(4):1249－1250，1253.

［4］闫克平，王荣华.双极性电晕放电凝并电除尘方法及其设备［P］.200410066936.0，2004－10－09.

［5］张芝涛，白敏菂，白敏冬，等.在烟道中产生高数密度离子方法［P］.200710010257.5，2007－10－10.

［6］兰州电力修造厂.双极电压静电凝聚器［P］.200820129755，2008-12-23.

［7］梁可新，马 进，柯小民，等.电除尘器预荷电装置［P］.ZL 200820221828.X，2008－09－29.

［8］Kildeso J，Bhatiav K，Lind L，et al.An experimental investigation for agglomeration of aerosols in alternating electric fields［J］.Aerosol Science and TechlloIogy，1995，(22):422－430.

［9］白敏菂，邱秀梅，杨波，等.模拟烟道中粉尘粒子的荷电凝并实验研究［J］.河北大学学报(自然科学版)，2007，27(6):610－614.

The research of Electrostatic Precipitation frontend pre－charging technology

Electrostatic Precipitation frontend refers mainly to the flue gas inlet trumpet pipe and inlet stack.Through arranged pre－charging electric field in the inlet trumpet pipe，the uniform airflow into the electric field can be guaranteed，while the dust can be charged and coagulated at the same time.It can increase the dust collection area，improve the dust efficiency by applied the above method.Through the analysis of Indigo coagulator，ESP dust pre－charging experiment and domestic patents，the ESP inlet trumpet pipe within a preset electric field technology is presented.Its industrial application has been done and achieved better effect.

Electrostatic Precipitation;pre－charging;frontend electric field;high frequency power source

X701.2

B

1674－8096(2012)01－027－03

2011-09-16;

2011-12-23

解标(1974-)，男，安徽灵壁人，硕士，工程师，从事烟气净化除尘设备、烟气生物法脱硫、脱硝技术、污水净化技术、系统仿真与模拟、专家远程诊断系统研究。E－mail:bxieb@163.com