提高粗煤氣電收塵器性能的探討

王自學， 李 麗， 樊 卉

（河鋼邯鋼邯寶鋼鐵有限公司， 河北 邯鄲 056003）

高爐冶煉過程中要產生大量的煤氣，這些荒煤氣的含塵量很大（10～40 g/m3），必須經過凈化處理后，使之含塵量降到10 mg/m3以下才可以回收利用。煤氣含塵量的降低由電收塵器來完成。

電收塵器是利用靜電力（庫侖力）實現粒子與氣體分離沉降的裝置。其除塵過程可以分為粒子荷電、粒子沉降和粒子清除三個階段。通過對含塵煤氣施加一電位梯度有所變化的非均勻電場（直流高電壓），使之在放電極的電暈區域內電離（含塵煤氣在電場加壓過程中，經歷飽和區電子與中性原子的彈性碰撞，無聲自發放電二次放電段和電暈區電離放電三個階段），生成大量的自由電子和正離子，在庫侖力的作用下，荷電離子被驅往集塵極，到達集塵極表面放出電荷而沉積其上，從而實現高爐煤氣的凈化處理，在這一過程中，電收塵器的收塵性能是直接制約高爐煤氣凈化系統凈化能力的因素[1]。

影響電收塵器收塵性能的因素很多，其中粉塵的比電阻對電收塵器性能的影響最為突出。主要表現在兩方面：第一，在通用的單區板式電收塵器中，電暈電流必須通過極板上的粉塵層傳導到接地的電收塵極上。如果粉塵的比電阻值超過臨界值時，電暈電流通過粉塵層就會受到限制，從而影響粉塵粒子的荷電量、荷電率和電場強度，最終導致電收塵器收塵效率的降低。第二，粉塵的比電阻對粉塵的黏附力有很大的影響，粉塵的高比電阻導致粉塵的黏附力特別大，以至于清除集電極上的灰塵層需要加大振打強度，使得灰塵出現大于正常情況下的二次飛揚，最終降低除塵效率。

1 影響電收塵器收塵效率的因素

根據多依奇一安德森方程式：

η為收塵效率；S為總集塵極板面積；Q為含塵氣體的流量；wp為粒子有效驅進速度（在工業電除塵器中，有效驅進速度大致范圍是0.2～2.0 m/s）。

可以歸納出影響電收塵效率的因素為如下幾方面：

1）粉塵特性的影響，粉塵特性有粉塵粒徑、粉塵濃度和粉塵黏附性。粉塵粒徑對粒子的有效驅進速度和除塵效率影響很大，其關系如圖1、圖2所示。粉塵黏附性過強會造成電暈線肥大和集塵極板粉塵堆積，影響電場臨界電暈電壓，降低收塵效率。

圖1 驅進速度與粒徑的關系

圖2 除塵效率與粒徑的關系

2）含塵煤氣的性質。含塵氣體的性質包括溫度、濕度、壓力、組成和氣流通過收塵器的速度等幾方面。

3）粉塵的比電阻。其中以粉塵比電阻對電收塵器收塵效率的影響最大。

電收塵器運行的最適宜比電阻范圍一般為104～2×1010Ω·cm。如果比電阻過低，帶負電的粒子到達集塵極后，釋放負電荷的同時又感應了正電荷，在斥力的作用下，粒子會重返氣流或跳躍式地沿著極板表面前進，從而降低收塵效率，甚至造成灰塵的二次飛揚。反之，如果粒子比電阻過高，則到達集塵極的粒子釋放電荷很慢，甚至有殘余電荷。這樣會排斥隨后而至帶同性電荷的粒子，并影響其沉降。而且隨著極板上粉塵層的不斷變化，在粉塵層和極板之間形成了一個電壓降，以至于粉塵層空隙中的氣體被電離，即反電暈，其結果使集塵電場強度減弱，影響了粒子的沉降和收塵效率。

2 影響粉塵比電阻的因素

影響粉塵比電阻的因素很多，但在實際情況下決定于粉塵和氣體的溫度和成分。粉塵比電阻隨溫度和成分的變化而變化。當溫度超過225℃以后，粉塵的比電阻隨溫度的升高而降低（粉塵導電主要靠粉塵自身內的電子或離子進行所謂容積導電），與含塵氣體的成分無關；當溫度低于140℃時，粉塵的比電阻隨溫度的降低而降低（粉塵導電主要靠塵粒表面吸附的水分和化學膜進行的所謂表面導電），并與含塵氣體的成分有關，其關系如圖3所示。

圖3 溫度-比電阻的關系

在容積導電占優勢的高溫范圍內，粉塵比電阻就稱之為容積比電阻，其值隨溫度升高而減小。同樣道理，在表面導電占優勢的低溫范圍內，粉塵比電阻稱為表面比電阻，其值隨溫度升高而增大，隨含水率增大而減小。如果在容積導電和表面導電的中間溫度范圍內，粉塵比電阻是容積比電阻和表面比電阻的合成。此時，粉塵的比電阻值將達到最高值，在高爐煤氣凈化系統中應當盡量避免這種情況的出現[2]。

3 降低粉塵比電阻的措施

由于粉塵高比電阻的存在，使得電收塵器的收塵效率受到了很大的影響。其影響曲線如圖4所示。

圖4 收塵效率-比電阻曲線

從圖4可以看出，降低粉塵比電阻可以大幅度提高收塵效率。降低粉塵比電阻有三種途徑。

3.1 進行調質處理

所謂調質處理就是向高爐煤氣中加入導電性能好的物質，比如：炭黑、SO2、NH3、噴水和水蒸汽等。通過增加粉塵的導電性能，提高收塵效率。

3.2 采用高溫電除塵器

粉塵有體積導電與表面導電兩種機理。溫度超過225℃時粉塵以體積導電為主；低于140℃時以表面導電為主。如果溫度介于兩者之間時，粉塵的比電阻值會達到最大值（見圖3），通過提高溫度就可以降低比電阻。

3.3 采用脈沖供電系統

常規電收塵器用自耦變壓器人工降壓，用機械整流器供電。這種供電方式要求供電電壓盡可能高。但電壓升高到一定值后，將產生火花放電，放電的同時極間電壓下降。火花的擾動使極板上產生粉塵二次飛揚。

脈沖供電系統的簡單原理是通過改變脈沖頻率使電收塵器的電暈電流在很寬的范圍內調節（與收塵器的電壓無關）。因此可以將電暈電流調整到反電暈的極限，而不降低電壓。

脈沖供電系統與傳統供電系統相比具有兩大優點：第一，可控制收塵器的火花率不超過限定值而輸入功率保持最大的允許值；第二，可以避免人工控制時電壓運行參數的漂移，避免由于頻繁調節而出現的跳閘現象，使電收塵器在穩定狀態下運行。通過采用脈沖供電系統可以增加電收塵器電場收集高比電阻粉塵的能力。

4 結語

粉塵的高比電阻是制約電收塵器收塵性能的重要環節。為了提高收塵效率，可綜合采用以上三種途徑來降低粉塵的比電阻值，尤其是改變脈沖頻率對降低粉塵比電阻和提高電收塵器性能效果更明顯。目前改變脈沖頻率來降低粉塵比電阻已在高爐煤氣除塵系統中有所應用，并取得良好效果。

[1]傅作保.工業廢氣凈化技術[M].北京：冶金工業出版社，1975.

[2]余志祥.變頻控制[M].北京：電子工業出版社,1982.