電除塵器前端預荷電技術研究

解標，王強，李泓，廖瑜

(1.合肥工業大學，安徽合肥 230009;2.南京國電環保設備有限公司，江蘇南京 210044; 3.國電宣威發電有限責任公司，云南宣威 655400)

電除塵器前端預荷電技術研究

解標1，王強2，李泓3，廖瑜3

(1.合肥工業大學，安徽合肥 230009;2.南京國電環保設備有限公司，江蘇南京 210044; 3.國電宣威發電有限責任公司，云南宣威 655400)

電除塵器前端主要是指進口喇叭及進氣煙道，在進口喇叭內設置預荷電電場，可以保證氣流均勻進入電場的同時，對粉塵進行荷電、凝并，起到一級預收塵的作用，以增加收塵面積，提高除塵器的除塵效率。通過分析Indigo煙道凝聚器、進口喇叭內置電場技術、電除塵器中粉塵預荷電試驗研究及國內專利技術成果基礎上，提出電除塵器進口喇叭內預置電場技術，并取得比較好的應用效果。

電除塵器;預荷電;前置電場;高頻電源

0 引言

電除塵器的前端主要是指進氣喇叭及進氣煙道。在煙氣系統中其構造性的作用是使煙氣系統密封并使煙氣從一次風機出口過渡到電場，進氣喇叭功能性的作用是使進入電場的氣流分布均勻。進氣煙道短的有幾米長則數十米，進口喇叭長度一般也有4m左右，兩者的內部空間為布置荷電極及收塵極等裝置并開發其功能提供了可能。

粉塵預荷電是指在粉塵進入電除塵器之前通過預加電場使粉塵顆粒先帶上一部分電荷，能有效增加粉塵的荷電量，特別適用于微小粉塵的捕集。同時預荷電還可以使粉塵顆粒發生碰撞、接觸、粘附和聚合成較大顆粒的粒子，從而進一步增加粒子的荷電量，這樣有利于電除塵器除塵效率的提高。

1 相關技術研究

1.1 INDIGO－煙道凝聚器技術［1］

1.1.1 原理

Indigo凝聚器含有兩項專利技術，一是流動凝聚(FAP)，二是雙極靜電凝聚(BEAP)，能使細塵附著到粗塵上，從而為電除塵器所撲集。

流動凝聚(FAP)是基于強化粉塵顆粒流動使大小不同的粒子有選擇性地混合，增強粗、細粒子之間的物理作用。從而促使粉塵顆粒相互碰撞，形成聚合的粒團，減少細粒子的數目。雙極靜電凝聚過程(BEAP)，有兩個關鍵作用:一是雙極荷電器有一組正、負相間的平行通道，氣體和灰塵通過時，按其通道的正或負，分別獲得正電荷或負電荷。這樣，粉塵一半荷正電，一半荷負電;二是對粒徑有選擇性的混合系統(SSMS)，既能使氣體中荷正電的細粒子與從相鄰負極性通道流出的荷負電的粗粒子混合，又能使荷負電的細粒子與荷正電的粗粒子混合。

1.1.2 結構及安裝

Indigo凝聚器安裝在電除塵器前面邊長5m的進口煙道處，其中氣體流速常達10m/s以上。高流速可以使其極板不需要振打就能保持潔凈。對于100MW的發電機組，Indigo凝聚器只需5kW左右的電力。對于引風機，增加的阻力不過200Pa。

1.1.3 研發及應用情況

全尺寸原型Indigo凝聚器的構思和試驗始于1999年，其后的各項試驗持續到2002年。三年的試驗中獲得了大量數據。據此，2002年開發了商業的Indigo凝聚器，同年11月在進行原型機試驗的澳大利亞Vales Point電廠，建造了第一套實用裝置。

2004年7月，Indigo科技公司(澳大利亞)、Indigo科技公司(美國)、艾尼科環保技術公司(美資)以及蘭州電力修造廠共同參加研究并開展有關Indigo凝聚技術在中國應用的問題。

1.1.4 Indigo凝聚器優點分析

Indigo凝聚器設計原理比較科學，但是其設置在進氣煙道中的預先荷電凝聚裝置，煙道截面本身就很有限，其構造本身占據一定的空間，使煙道的凈流通面積減小，對煙道氣流流速的影響比較大。另外，粉塵對結構件的磨損也是比較嚴重的，還可能導致煙道下部積灰，造成煙道阻力增大，不一定能保證其長期高效運行。Indigo凝聚器對粉塵凝并作用及粉塵的驅進速度的影響目前尚無法定量計算，在保證相同的除塵效率時相應的對后續電場可以節省多少收塵面積，也無法定量計算，對實際工程而言用在改造項目上更合適。Indigo凝聚器為國外技術，成本較高，有對其優化和國產化的必要。

1.2 進口喇叭內置電場

1.2.1 電除塵器前端預荷電技術試驗研究［2］

試驗中采用圓鋼針刺線與孔板配置的新型結構，經過電氣性能試驗研究，找出其板電流密度的分布及起暈電壓、閃絡電壓、閃絡電流等相關電氣性能參數，對于指導電除塵器前端預荷電技術選擇線距、放電板型、同極距等都具有一定的意義。

1.2.2 進口喇叭內置電場結構

工程應用中常會發現，第一電場前一、二塊陽極板(長度500～1000mm)不收塵。原因是粉塵荷電后，在電場風速的帶動下，向后流動，隨電場力的作用，逐漸趨向陽極板，造成前一、二塊陽極板很難收到粉塵，使實際的比集塵面積參數比設計的要小。為了充分發揮陽極板的收塵作用，提高陽極板的收塵效率，根據靜電除塵原理，在電場的前置煙箱內靠近第一電場處設計了預荷電裝置，既在第三層孔板平面前加設一排陰極線框架，陰極線采用針刺線，對孔板所在平面放電。當含塵煙氣通過這個電場區域時，使粉塵荷電，荷電粉塵通過孔板時部分粉塵被孔板收集，其余大部分進入第一電場，可被前一、二塊陽極板收集。陰極線框架和第三層孔板頂部均設有振打裝置，定時進行清灰振打。第三層孔板收塵，可提高除塵器整機的收塵效率。

電除塵器前端預荷電結構是由一套完整的集塵極和放電極其相關的電源設備組成。

1.2.3 電流密度均勻性試驗及結論

式中:σ＇為電流密度分布均勻性;n為測量斷面測點總數;ji為各測點所示電流值，mA;j為測量極板平均電流值，mA。

由試驗結果可知，隨著板線間距的增大，閃絡電壓、電流均升高。板面電流密度分布均勻性較好，板線間距250mm比200mm時板面電流密度分布均勻性較好。試驗中，比較預荷電裝置開啟與關閉時，保持進口粉塵濃度相同，均為15g/m3，處理相同煙氣量，且電場電源供電相同。當開啟預荷電裝置時，除塵效率為97.58%;關閉預荷電裝置時，除塵效率為95.39%。從測得的除塵器效率可知，加裝預荷電裝置對除塵器除塵效率是有利的。

1.3 電除塵器中粉塵預荷電試驗研究［3］

采用線管式預荷電器對粉塵顆粒在不同條件下的荷電量進行研究，并在不同條件下對其預荷電性能進行了對比試驗。結果發現，采用直流和脈沖電壓供電時，在電壓達到臨界值之前，顆粒的荷電量均隨電壓升高而增大，脈沖電壓供電方式荷電量升高較快，荷質比高出直流電壓荷電1個數量級;負電暈放電的顆粒荷電量明顯高于正電暈放電;電暈放電的荷電量隨顆粒粒徑的增大而增大;預荷電器中的荷電理論計算必須考慮粒子密度及其輸運項。

2 相關技術國內專利

2.1 雙極性電暈放電凝并電除塵設備［4］

雙極性電暈放電凝并電除塵設備使用單臺高壓電源，正負電暈同時產生，荷電凝并在同一室進行，成本低、荷電效率高。鍋爐排放的含塵煙氣在煙道中先經過正負電暈放電區，使煙氣中的粉塵微粒帶上正負電荷后相互凝并聚集成為大顆粒，再進入電除塵器進行除塵。除塵后的煙氣經煙囪外排。高壓電源結構采用半波整流雙極性電源、單相全波整流雙極性電源、三相全波整流雙極性電源、高頻高壓直流電源和高壓脈沖電源。

2.2 在煙道中產生高數密度離子方法［5］

鍋爐排放的含塵煙氣進入安裝在進氣煙道上的高數密度離子發生裝置，采用直流、窄脈沖電暈流光放電。電離具有動量為1×10－22～40×10－22g·m/s的煙道中氣體分子，離子密度達到107～1011cm3。高數密度離子發生裝置為粉塵進入電除器前預荷電凝聚提供了必需的基礎條件。

2.3 雙極高壓靜電凝聚器［6］

極高壓靜電凝聚器結構特征是正極性電暈極、接地極、負極性電暈極交替布置，構成雙極性荷電區;布置在雙極性荷電區后部的混風段置有一組按一定規則排列的角形板、圓管、或槽形板。雙極高壓靜電凝聚器布置于入口前的煙道上，能夠減少含塵煙氣中細微粒含量，提高電除塵器的除塵效率，特別是減少PM2.5微塵的排放量。

2.4 電除塵器預荷電裝置［7］

在電除塵器進氣煙箱內部第三層氣流均部板平面前加設一排陰極線框架及其頂部電磁振打系統，陰極線布設在框架上，陰極線采用針刺線，并單獨增設供電電源。該裝置能使粉塵在進入第一電場前就荷上電，可被前一、二塊陽極板收集。陰極框架和第三層氣流均布板頂部均設有頂部電磁振打器，定時進行清灰振打提高電除塵器的除塵效率。

3 技術應用

電凝并理論認為，煙塵的荷電量是電凝并系數的主要參量，而電凝并速率、凝并后塵粒粒徑均是電凝并系數的函數。如果采用強電離放電、高氣壓非平衡等離子體物理等新成果，可以大幅度地增加等離子體濃度、塵粒荷電量，進而提高了煙塵電凝并速率、塵粒粒徑，反過來又促使已增粗的塵粒荷電量大幅度增加。可見，在除塵過程中電凝并對除塵性能起著疊加倍增的效果。

預荷電技術是一種利用電凝并技術使粉塵荷電量增加，提高除塵效率的方法。在電除塵器前端安裝預荷電凝并裝置，可使高濃度微小顆粒產生更顯著的凝并效果［8］，再結合高氣壓非平衡等離子體物理研究的新成果，提高帶電粒子濃度，增強電凝并作用，進而提高電除塵器性能［9］。

電除塵器進口喇叭內預置電場技術提供一種合理利用電除塵器進口喇叭空間的方案，在不增加阻力的情況下，在其內設置預荷電電場，在保證氣流均勻進入電場的同時，對粉塵進行荷電、凝并、起到一級預收塵的作用，并盡可能提高其除塵效率。注意事項:對于改造項目來說，進口內置電場的施工比較麻煩，特別是起吊點的設置、安裝腳手架、安全網等人身安全設施及設備必須防護到位。施工時要校核喇叭口的強度，保證喇叭口結構安全，同時確保第一排支架安全，應對一電場灰斗強度及一電場輸灰的輸送能力進行檢測，保證灰斗安全，并要保證多收集下來的灰及時被送走，盡量不要儲存在灰斗里。設計時應充分做好氣流分布模擬，安裝時就進行現場的測試調整，保證電場氣流分布均勻。結構上保證懸吊可靠，陰極系統固定牢固，不因氣流及振打導致擺動，振打系統運行可靠。

4 結語

電除塵器進口喇叭內預置電場技術對電除塵器技改項目來說是一種突破。不增加系統阻力，不增加斷面氣流速度，改善氣流分布，對氣流分布起非常重要的調整作用。適用于新建工程，也適合舊設備提效改造，安裝方便，結構適用性強，制造成本低，性價比高，是值得推廣使用的實用技術。

［1］Truce R，Crynack R，Wilkins J，et al.Indigo凝聚器:減少電除塵器可見排放物的有效技術［C］.第11屆全國電除塵學術會議論文集，鄭州:2005.

［2］王彥斌，梁可新，劉政潮.電除塵器前端預荷電技術試驗研究［C］.第13屆中國電除塵學術會議論文集，青島:2009.

［3］依成武，蔡灝兢，路淼，等.電除塵器中粉塵預荷電的試驗研究［J］.安徽農業科學，2007，35(4):1249－1250，1253.

［4］閆克平，王榮華.雙極性電暈放電凝并電除塵方法及其設備［P］.200410066936.0，2004－10－09.

［5］張芝濤，白敏菂，白敏冬，等.在煙道中產生高數密度離子方法［P］.200710010257.5，2007－10－10.

［6］蘭州電力修造廠.雙極電壓靜電凝聚器［P］.200820129755，2008-12-23.

［7］梁可新，馬 進，柯小民，等.電除塵器預荷電裝置［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，楊波，等.模擬煙道中粉塵粒子的荷電凝并實驗研究［J］.河北大學學報(自然科學版)，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

解標(1974-)，男，安徽靈壁人，碩士，工程師，從事煙氣凈化除塵設備、煙氣生物法脫硫、脫硝技術、污水凈化技術、系統仿真與模擬、專家遠程診斷系統研究。E－mail:bxieb@163.com