大气污染控制工程论文综述(电除尘器方面)

PAGEPAGE17电除尘器的运行因素分析及提效途径史志斌2014级环境科学摘要：随着社会的发展,空气污染越来越严重,人类环境保护意识日益增强对空气质量要求越来越高，而各类工业排放的烟尘是空气污染的主要来源。因此,烟气的清除对环境保护有着重要的意义。而电除尘器是利用电力将气体中的粉尘粒子分离出来的一种除尘设备,其应用日益广泛,用于各行业中高炉尾气除尘,能明显降低烟尘对大气的污染,但电除尘器设计参数多、结构复杂、影响因素多、行条件要求高,使电除尘存在着运行故障率较高、故障原因及部位不易查找、管理自动化程度不高等问题,从而导致工作人员不能及时发现并正确分析、判断故障的位置和原因,导致除尘效率下降,烟尘排放超标。本文对影响电除尘器收尘效率的一些因素进行了分析,指出了提高电除尘器运行性能的措施,为各行业除尘器安全、可靠、高效运行提供借鉴和参考。关键词：电除尘器运行因素提效途径电除尘器存在问题及改进措施1振打装置的运行方式对电除尘器的影响1.1存在问题一是振打系统故障频繁,二是振打清灰效果差。这二个问题归根到底都会引起阴、阳极积灰严重,直观表现为:运行电压低、电流小、闪络频繁。这是目前除尘器故障频率较高,影响除尘器良好运行的主要问题。振打清灰效果对除尘效率影响极大,振打清灰的作用在于使电场阴极和阳极始终处于清洁状态,保持电除尘器的再捕集能力,它是决定电除尘器能否保持长期稳定高效运行的关键因素。目前,电除尘器均采用振打方式清灰。在振打力度和均匀性都满足要求的情况下,振打制度(周期、时间、方式)是否合理对电除尘器除尘效率影响极大。振打周期对除尘效率的影响在于清灰时能否使脱落的尘块直接落入灰斗。1.2原因分析振打周期过长、极板积灰过厚,将降低带电粉尘在极板上的导电性能,降低除尘效率;振打周期过短,粉尘会分散成碎粉落下,引起较大的二次扬尘,即沉积在电除尘器收尘极上的粉尘再次被气流带出除尘器,尤其是末极电场的二次扬尘会大大降低电除尘器的效率。导致二次扬尘的因素有许多,如粉尘的比电阻过高,产生反电晕收尘电场的烟气流速分布不均或流速过高,而产生的紊流和涡流。因此,要求电场的烟气流速不超过1.5m/s,且尽可能使烟气流分布均匀,而振打清灰过频,是造成除尘器二次扬尘最主要的因素。其他原因包括：振装置发生故障,未及时发现和修复,引起极板、极线积灰严重,超标排放。振打不良,清灰效果差。主要是传递的振打加速度不够、或振打加速度衰减严重,影响除尘效果。日常运行操作环节问题,引起极板极线积灰不易振打清除1.3改进措施1.3.1更新所有阴、阳极振打装置。振打锤优化改进,增加锤重,使改造后的振打力度为阳极大于200g,阴极大于150g。1.3.2更新阴、阳极振打砧。优化承击砧的结构形式,使振打力能更直接作用于振打杆上,解决砧易脱落的问题,同时改变原来的阳极振打砧与振打杆的螺栓联接方式,在铆接后振打砧与振打杆要直接焊死,避免联接螺栓松动,影响振打力的传递。1.3.3对阳极板下部撕裂处进行修补与加固,以保证振打力由振打杆向极板方向的良好传递。1.3.4对除尘工提高操作水平,解决因操作不当引起影响清灰效果的问题,如:除尘器停运时,保持振打装置运行一段时间再停,检修时等电场冷却后再打开人孔。2．气流分布不均对电除尘器的影响2.1存在问题进口气流分布板大面积脱落,造成气流分布不均匀,降低了除尘效率,而且脱落的气流分布板常常会引起电场其他故障,影响电场安全运行,如脱落的分布板引起电场阴阳极短路搭桥、高速气流的冲刷引起极丝断线等故障。2.2原因分析进入电场的气流分布是否均匀,直接影响除尘效率。除尘效率随着气流速度的增加而降低,且为指数下降,低流速区除尘效率增高,但效率下降所增加的排放量将大于效率提高所减少的排放量,因而使总效率降低。2.3改进措施更新气流分布板,考虑耐磨和烧结机尾烟气的防腐,材质选用16Mn。3．烟气性质对电除尘器效率的影响3.1存在问题烟气的性质主要是指烟气的温度压力、湿度、烟气流速和烟气含尘浓度,它分别对电除尘的效率产生影响。3.2原因分析由于电厂采购的煤种变化大,燃煤量、灰份波动造成锅炉的烟气量、排烟温度及粉尘浓度等发生变化,造成除尘器设计工况与实际运行产生偏差,超出除尘器设计收集粉尘能力。加之简易脱硫系统投运将使烟气温度降低,湿度增大。烟气温度除对电除尘结构有影响外,主要对粉尘比电阻和除尘效率有影响,粉尘比电阻随温度升高而增加,降低烟气温度,可以降低粉尘比电阻,提高击穿电压和除尘效率。另外,虽然在极短时间内因烟气被调质而降低了煤灰比电阻,除尘效率会升高,但时间稍长,尤其长时间投运简易脱硫,若烟气温度低于露点可使电场内部电场结露,水或硫酸凝结在尘粒之间及尘粒与电极之间,使其表面溶解,溶解的物质凝固或结晶,产生大的附着力,将造成电除尘器严重积灰,极板、极线结垢,瓷轴、绝缘套管爬电等,会降低除尘器的使用寿命。4．控制系统对电除尘效率的影响4.1存在问题设计中选择参数值有很多是经过试验所得,科学、准确性上明显不足。目前国内尚无煤质对电除尘特性影响的研究数据。整流设备额定电压与电流的选择是根据经验数据来确定,经验选择一般过大,其弊端是:电压选择过高,实际送不上,可控硅导通角被压缩,调整后的峰值,使电场过早击穿,造成火花频繁,降低除尘效率;电流选高了,整流内阻小,工作不稳定,火花多,降低除尘效率;阻尼电阻烧毁机率加大,电除尘器投入率降低。4.2原因分析电除尘的电控装置的性能对电除尘器的除尘效率有着重要的影响。在其它条件不变的情况下,电除尘的除尘效率取决于除尘的驱进速度,电除尘器的收尘效率与电场的驱进速度成正比,驱进速度与驱进功率成正比,而驱进功率又是由二次电压和二次电流确定的,因此,要保证电除尘器的收尘效率,就要保证二次电压和二次电流达到一定值;又因二次电压和二次电流与一次电压和一次电流成正比关系,所以只要控制电场的一次电压和一次电流不低于某一个值,就能很好地控制电除尘器的收尘效率。4.3改进措施因此,为保证供电电压保持在较高水平工作,就要求电控装置在除尘器条件发生变化时,能适应其变化,自动调节输出电压、电流,使电除尘器在快速跟踪方式下运行。要使电场电压达到最高,这对值班员来说,调节电压是不容易做到的,所以选择电控装置时,要选择自动高压控制装置,以防止手动调节不及时造成电场电压低而影响电除尘器的除尘效率。5．温度及漏风率对电除尘器的影响5.1存在问题漏风不仅会增加电除尘器的烟气处理量,而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。5.2原因分析电除尘器多为负压操作,如果密封不好就会从外部漏入冷空气,严重的漏风不但增加了电除尘器的负荷,更为严重的后果是由于冷气的侵入而使烟气结露,腐蚀内部构件及壳体,而且粉尘变潮而增大振打清灰的难度,收尘效果恶化。壳体漏风主要是人孔门、孔的漏风,隔离开关室门、人孔门变形关闭不严密,门、孔的密封条破损或老化。现有的除尘灰卸灰制度是每天放空灰仓,形成卸灰阀漏风。从灰斗或排灰装置漏入空气,造成收下的粉尘产生再飞扬,而且还会使灰受潮、粘附灰斗造成卸灰不流畅,甚至产生堵灰。振打杆窜出壳体部位、闸板阀、卸灰阀和除尘器的各联接部位、壳体腐蚀脱焊等,都有可能成为漏风点。5.3改进措施5.3.1将现有的电场单层检查门改为双层人孔门,有效降低或消除检查门的散热效应。5.3.2更换阴极振打小室、隔离开关室等门、孔的老化的密封条,提高各处的密封性能。5.3.36．制订科学的放灰制度,放灰要求保留一定的灰封。6．操作、维护和管理6.1存在问题操作工不能根据工况条件适时调整运行参数,影响除尘效果。很多操作工存在一种认识上的误区,即电除尘器运行后,无论工况条件如何,就无须调整了,殊不知这样会对除尘器带来损害和影响。如:阴雨天时因电场漏风引起电场闪络拉弧严重,这时往往须调低参数运行,在天气转晴时再调高参数运行。因此在工况条件无法人为调整控制时,往往应通过及时调试电除尘器高低压设备的工作参数,使电除尘器最大限度地适应当前工况条件下的运行。6.2原因分析定期的点检、维护制度执行得不好,或未及时处理故障,影响除尘效果,甚至造成电场不能完全投运。6.3改进措施在目前主机生产节奏加快的情况下,主机停机检修周期长时间短,必须充分利用主机停机检修机会,同步做好检修、电场检查、高压绝缘件的擦拭等工作,通过严格的维护保养制度和切实可行的检修规程来保障除尘器长期高效安全的运行。二、影响运行参数的原因分析1、反电晕对运行参数的影响电除尘器最适合的粉尘比电阻范围为1*10-1*10(∧.㎝),而实际粉尘比电阻经测试为2*10-5*10（∧.㎝),超过此临界值则为高比电阻粉尘。所谓反电晕就是指沉积在收尘极表面上的高比电阻粉尘层所产生的局部放电现象。当粉尘比电阻超过临界值后,电除尘器的性能就随着比电阻的增高而下降。比电阻超过临界值,采用常规电除尘器就难以达到理想的效果。这是因为:若沉积在收尘极上的粉尘是良导体,则不会干扰正常的电晕放电,当如果是高比电阻粉尘,则电荷不易释放。随着沉积在收尘极上的粉尘层增厚,释放电荷更加困难。此时一方面由于粉尘层未能将电荷全部释放,其表面仍有与电晕极相同的极性,便排斥后来的荷电粉尘。另一方面由于粉尘层电荷释放缓慢,于是在粉尘间形成较大的电位梯度。当粉尘层中的电场强度大于其临界值时,就在粉尘层的孔隙间产生局部击穿,产生与电晕极极性相反的正离子,所产生的正离子便向电晕极运动,中和电晕区带负电的粒子。其结果是电流大幅度增大,电压降低。运行参数极为不稳,电除尘性能显著恶化。如果粉尘比电阻不太高,则沉积在收尘极上的粉尘层中的电压降对空间电压的影响可或略不计。但是随着比电阻的升高,若超过临界值1*10(.㎝)后,则粉尘层中的电压变得很大,达到一定程度致使粉尘层局部击穿,并产生火花放电,即通常所说的反电晕现象。概括地说,反电晕对电流!电压特性最明显的影响是:降低火花放电电压,使二次电压降低;形成稳定的反电晕陷口而发生电流的突变或非连续性,使运行参数及为不稳;最大电晕电流大为增加,在即将发生火花放电时,二次电流为正常电流值的几倍。防止和减弱反电晕的措施是:设法降低粉尘比电阻,使粉尘层不被击穿。主要方法有以下几种:对烟气进行调质处理(其中有增湿处理、化学调质处理);采用高温电除尘器;采用宽间距电除尘器;采用高压脉冲供电系统,是彻底消除反电晕,解决高比电阻粉尘不易捕集的最有效的手段。2．电晕线肥大和阳极板粉尘堆积对运行参数的影电晕线越细,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,若粉尘的粘附性很强,不容易振打下来,于是电晕线的粉尘越集越多,即电晕线变粗,大大地降低电晕放电效果,这就是电晕线肥大;粘附性很强的粉尘有时还会在阳极板上堆积起来。以上两种情况都会使运行参数明显降低。其产生的原因主要有以下几方面:除尘器低负荷或停止运行时电除尘的温度低与露点,水或硫酸凝结在尘粒之间及尘粒与电极之间,使其表面溶解,当除尘器再次运行时,溶解的物质凝固或结晶,产生大的附着力。由于粉尘的性质而粘附,探索使用合适的煤种加以解决。部分极板、极丝腐蚀严重,吸附在表面上的粉尘振打不易清除,虽然利用停炉机会更换部分阴极丝,但腐蚀的阳极板需等到大修才可更换。漏风使冷空气从检查门、烟道、伸节、绝缘套管等处进入电场,不仅会增加烟气处理量,而且会由于温度下降出冷凝水,引起电晕极结灰肥大、绝缘套管爬电和腐蚀等后果。振打强度不够或打故障,造成电晕线肥大和阳极板粉尘堆积,影响电流电压的升高。3．电晕闭塞对运行参数的影响当含尘气体通过电场空间时,粉尘粒子与其中的游离离子碰撞而荷电,于是在电除尘器内便出现两种形式的电荷!!!离子电荷和粒子电荷。故电晕电流一方面是由于气体离子的运动而形成,另一方面是由粉尘粒子运动而形成,但是粉尘粒子大小和质量都比气体离子大得多,所以气体离子的运动速度为粉尘离子的数百倍(气体离子的平均速度为70~90m/s,而粉尘离子的速度小于60m/s)这样,由粉尘离子所形成的电晕电流仅占总电晕电流的1~2%,随着烟气中含尘浓度的增加,粉尘离子的数量也增多,以致由于粉尘离子形成的电晕电流虽不大,但形成的空间电荷却很大,接近于气体离子所形成的空间电荷,严重抑制电晕电流的产生,使尘粒不能获得足够的电荷,以致二次电流大幅度的下降,若含尘浓度太大时,可能使电流趋于零,使运行参数明显下降、收尘效果明显恶化,这种现象称为电晕闭塞。其产生的原因主要有以下几方面:烟气含尘浓度大。烟气流速(电场风速)增加,也会在不同程度上产生电晕闭塞现象。。4．高压短路对运行参数的影响高压短路直接影响电除尘运行参数,发生高压完全短路后,二次电流I2上升,二次电压U2=0,相应的电场失去除尘作用,为防止短路电流烧毁电场或损坏整流变,必须紧急停相应的控制柜,可见:高压短路对电除尘运行参数影响最大。高压短路时的现象和原因主要有以下几方面:运行中的电除尘器当二次电流I2上升,二次电压U2下降(有时U2=0)就有高压短路的可能;当I2.U2的变化值不大,则是由于烟气条件发生了变化,导致负荷加重,导致外部回路的压降降低,或是由于整流变二次输出抽头位置不合适以及电场绝缘降影响电除尘器运行参数的主要原因及对策低的原因,此时应从电场本体上查出绝缘降低的原因,调整锅炉运行工况,或改变整流变的二次抽头位置。当U2下降较大,二次电流表、二次电压表反向大幅度摆动时,即二次电压表瞬间下降至零值,而二次电流表瞬时大幅度上升时,此时多是由于电场本体内部阴极线或阳极板断裂或开焊,异极距在烟气流动条件下时大时小,甚至短路(此时I2至表头,U2=0)整流变噪声忽大忽小,温升较高,从设备安全角度应紧急停高压柜运行,待停炉后处理电除尘本体。较正常值偏大,U2=0表针无摆动,其原因大多是:电场内极板、极线完全短路或积灰短路、高压电缆对地击穿;电场或阴极绝缘瓷瓶严重受潮或进水绝缘降低甚至到0、进水使阴极绝吊杆在运行中放电而碳化完全失去绝缘作用,造成高压短路,高压瓷瓶破裂。几种电除尘器提效的途径电除尘器电晕线的改型为减小烟气含尘浓度大的影响,利用大修将电除尘的电晕线由锯齿线改为适于捕集高浓度粉尘的芒刺线,改造后电晕闭塞现象明显减少。在正常情况下芒刺线比星形线产生的电晕电流高1倍左右,而起晕电压却比其它形式都低。此外由于芒刺尖端产生的电子和离子流特别集中在尖端的伸出方向,增强了电风可减弱和防止粉尘浓度大时出现的电晕闭塞现象。同时强烈的离子流可产生数米的电风从而提高粉尘的驱进速度,提商除尘效率。因而芒刺形电晕线最适用于净化含尘浓度较高的烟气。2.利用余热发电尾排蒸汽改善电除尘效率4.5MW余热电站投入使用后，SP炉将大量水蒸气外排至大气中。考虑到湿度能降低烟气温度、减小粉尘比电阻，于是在外排压力蒸汽风包管道上，接一Φ50mm管道，管道的另一端入电除尘器烟气进口端。同时，在电除尘器进口管道处开一Φ1000mm孔洞，并在其端口安装一型SND-QTJ100-0.6的调节型电动阀门，用于进口温度＞160℃的情况下开启备用，二者都位于电除尘器进口热电偶的前端。其蒸汽流量和冷风流量分别由各自阀门控制。下图为窑尾除尘系统流程示意图：效果:1)生产正常时，窑工况稳定，增湿塔的喷水量及蒸汽阀门开度基本不变，此时电除尘器因增加了蒸汽量，电场内温度相应降低，增湿塔的喷水量根据热电偶温度反馈，要比原先际喷水（雾）量少0.1～0.7m3/h，为生产创造了三个有利条件：①增湿塔出口气体温度可相应提高，能为生料磨供应更多热能；②防止了增湿塔湿底事故发生；③水分子始终处于“蒸汽”状态，不用担心被雾化“还原”成水滴，从而使电除尘器结露。2）在生产不正常时，这种改造更体现了它的优越性。比如，窑系统出现故障止料停窑，这时Ｃ1出口温度高，而余热电站也随之停止发电，向外排出压力更高、流量更大的水蒸气供给电除尘器使用，这时，可根据电除尘器进出口的温度，调节蒸汽阀门开度与增湿塔的喷水量，以达到排放要求。3）当生料磨停磨时，因不再需求热源烘干，为降低电除尘室内风速（电收尘电场风速设计要求小于1m/s，以便有效捕获粉尘）,就要相应减小废气排风机（Y4-73-11）的进口阀门开度，收尘室内将积聚大量热而使温度升高，此时由于喷入了蒸汽以及冷风阀的开启，从而使温度得到有效控制，大大提高了粉尘的收尘效率。改造后，通过中控操作员与现场巡检工加强监管，粉尘排放指标都能控制在标准范围以内。3．利用SO3烟气调质提高电除尘器的除尘效率3．1烟气调质系统的组成及工艺流程烟气调质系统的组成烟气调质系统的组成及工艺流程烟气调质系统的组成为:硫磺储罐、硫磺给料泵、风机空气系统、空气加热器、硫磺燃烧器、SO3转化器和喷射系统。如图1:它的工艺流程为,在硫磺储罐中用蒸汽盘管加热熔化硫磺并使其保持熔融状态,蒸汽要保持130~160摄氏度,而液态硫磺在130~140摄氏度的范围是其最佳的保存温度,在硫磺储罐上有两个液下硫磺加料泵向烟气调质系统集成箱给料。两加料泵为一用一备。在集成箱上装有气套质量流量计/变送器,硫磺流量通过流量计把与硫磺流量成比例的信号(即流量控制的反馈信号)传输到其控制单元的PLC。除硫磺储罐和硫磺给料泵以外,所有用来操作SO3烟气调质系统的都在系统集成箱上。系统集成箱的工艺空气由主风机提供,风机流量通过工艺空气温度控制阀门控制。在燃烧室中的硫磺和经电加热器加热至315摄氏度以上温度的热空气(低于315摄氏度系统将连锁停止)混合燃烧,只要热燃烧空气够用,硫磺就自然燃烧。转化器为单级的圆筒形式,竖直向下注入式。转化器为实现SO2氧化成SO3提供足够的停留时间和反应空间。转化器装有催化剂V2O5,SO2转化成SO3效率可达95%,在这个产生SO3的放热反应中不会消耗催化剂,转化器的入口温度不得低于370摄氏度。生成的SO3被工艺空气通过喷射系统喷入烟气中。系统根据给煤量信号自动调节硫磺的流量(也可以切至手动来调节硫磺的流量),SO3的喷射浓度由运行人员提前输入设定,SO3的喷射浓度设定在0~2510-6之间。为格控制SO3的转化率,同时考虑到硫磺的易燃特点和SO3的腐蚀性以及硫氧化物对人体和设的危害,系统用温度及其他多个信号实现连锁保护;此外,为了防止烟气的低温腐蚀,当排烟温度低于120摄氏度时系统会自动停止喷射SO3,同时打开吹扫阀对SO3喷射管道进行吹扫,防止管道被腐蚀。3.2改造效果改造前后电除尘除尘效率对比经调研后对托电的灰进行了采样,并在美国进行了调质试验,当采用SO3向烟气进行喷射,可明显降低比电阻,从不同的煤样燃烧试验(大矿煤及小窑煤)可以发现,当向烟气中喷射一定浓度的SO3可以将比电阻等级降到1010~1011!cm之间,可以明显提高电除尘器的捕集粉尘效果,提高电除尘效率,确保粉尘排放达到环保要求。SO3烟气调质系统使用后在3号炉电除尘除尘效率达到99.77%~99.80%,4号炉电除尘除尘效率达到99.46%~99.48%,可见效果非常显著。在2006年1月,经内蒙古环境监测中心站测定,3号炉烟尘排放浓度为12.3~52.3mg/m3,4号炉烟尘排放浓度为10.6~49.4mg/m3,效果显著。此外,SO3烟气调质系统对烟气中的硫化物的排放不会对人及外界环境产生害,SO3气体的活性极强,以酸雾的形式喷入烟气中,被灰尘完全混合,并被电除尘捕获,而对人体和环境有