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1、第二章 静电除尘器第一节 电除尘器概述我国电力生产以火电为主，目前在全国发电量中，火电占80左右，火电机组中90为燃煤机组。煤炭燃烧产生的烟尘，不仅污染环境，影响人类健康，同时也给生产带来很大损失，为此必须装置除尘器对烟尘加以捕集。在众多类型的除尘器（旋风除尘器、水膜除尘器、布袋除尘器、电除尘器等）中，静电除尘器是一种较理想的除尘设备。静电除尘器主要有以下几个特点：1） 除尘效率高，可以达到99以上。2） 阻力小，一般在150300Pa 之间。3） 能耗低，处理1000m烟气大约需要0.20.6Kw。4）处理烟气量大，单台电除尘器的烟气处理量可达106m/h。5）耐高温。普通钢材制作的电除尘器
2、可以在350下运行。静电除尘器有以下几种类型：1）按收尘极的型式分有板式和管式两种。2）从气流方向上可分为卧式电除尘器和立式电除尘器。3）按粉尘荷电区、分离区的布置不同可分为单区和双区电除尘器。4）按照沉积粉尘的清灰方式可分为湿式和干式电除尘器。电除尘器为板式、卧式、干式、单区静电除尘器。1.1 电除尘器工作原理：在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通过施加高压直流电，维持一个足以使气体电离的电场。气体电离后产生的电子、阴离子和阳离子，吸附在通过电场的粉尘上，使粉尘荷电。荷电粉尘在电场力的作用下，向电极性相反的电极运动而沉积在电极上，从而达到粉尘和气体分离的目的。当带有离子的颗粒到达极板
3、时就释放离子，而颗粒依附在极板上，随着越来越多的烟尘颗粒的依附，极板上就形成了块状的尘埃，这时再通过振打机构，使块状尘埃掉落至灰斗，从而达到除尘的目的。如上所述，电除尘就是利用强电场，使气体电离，即产生电晕放电，使粉尘荷电，并在电场力的作用下，依附到极板上，将粉尘从气体中分离出来的除尘装置。电除尘分离烟气中的悬浮尘粒大体上包含了以下五个物理过程：1） 施加高电压产生强电场使气体电离，产生电晕放电；2） 悬浮尘粒荷电；3） 荷电尘粒在电场力的作用下向电极运动；4） 荷电尘粒在电场中被捕集；5） 振打清灰。静电除尘器的收尘过程如图11 所示：图1-1 静电除尘过程这是五个既复杂又相关的物理过程。它
4、是在电晕极（阴极）与收尘极（阳极）之间施加了足够高的直流电压，使两极间产生极不均匀的电场。电晕极附近的电场强度最高，使电晕极周围的气体电离，即产生电晕放电。电晕放电就是在相互对置着的电晕极和收尘电极之间，通过高压直流建立起极不均匀的电场，当外加电压升到某一临界值，即电场达到气体击穿的强度时，在电晕极附近很小范围内会出现蓝白色辉光，并伴有嗞嗞的响声，这种现象称为电晕放电。这是由于电晕极处的高电场将其附近的气体局部击穿所引起的，外加电压越高，电晕放电越强烈。在产生电晕放电之后，在极间电压继续升高到某值时，两极之间产生一个接一个的瞬时的、通过整个间隙的火花闪络和噼啪声，闪络是沿着各个弯曲的或多或少成
5、枝状的窄路贯穿两极，这种现象称为火花放电，火花放电的特征是电流迅速增大。在火花放电之后，若再提高电压，就会使气体间隙强烈击穿，出现持续的放电，爆发出强光和强烈的爆炸声并伴有高温。这种强光会贯穿电晕极与收尘极两极之间整个间隙，这种现象称其为电弧放电。它的特点是电流密度很大，而电压降很小。为保证电除尘器的安全及稳定运行，要使其保持在电晕放电范围内。电晕放电后，气体被电离产生大量自由电子和正离子，在电晕外区由于自由电子动能的降低，不足以与气体发生碰撞电离而附着在气体分子上形成负离子，负离子在电场力的作用下向收尘极运动，在电场空间充满了大量负离子，当含尘气体通过电场时，负离子与粉粒碰撞并附着其上实现了
6、粉尘荷电。荷电粉尘在电场中受电场力的作用被驱往收尘极，经过一定时间后到达收尘极表面，释放出所带离子而沉集其上。收尘极表面上的粉尘沉集到一定厚度后，用机械振打（或电磁振打）将其清除掉，使之落入下部灰斗中。另外，电晕区内的正离子在电场力的作用下向邻近的电晕极运动，在运动的过程中，烟气中的尘粒碰撞使其荷电，荷正电荷的尘粒受电场力驱动沉集在电晕极上，电晕极上附着的粉尘量比收尘极要少得多。电晕极隔一段时间也需要进行振打清灰，以便保持良好的放电性能。正离子碰撞电晕极会打出二次电子，以提供电晕放电必需的电子源。那么电场内是怎样完成粉尘捕集的呢？在电晕极和收尘极之间施加一定电压时产生了一个极不均匀的电场，靠近
7、曲率较大电极的强电场区域内（称为电晕区），自由电子获得了足够的能量，它和气体分子碰撞而产生正离子和新的电子，而产生新生的电子立刻又参与到碰撞电离中去，使得电离过程加强，生成更多的正离子和电子。这样，由于在电子的行程上，新生成的电子不断参加碰撞电离，结果气体中的电子象雪崩似的增长，形成电子崩，迁移率较大的电子集中在“崩”的头部，迅速向阳极方向发展，而正离子则留在“崩”尾向阴极加速并撞击阴极使其释放出达到自持放电所必需的工况电子。这样，在电晕极附近的狭小区域就产生了放电条件，形成电晕，这就是电晕形成的机理。在强电场区以外（电晕外区），电子逐渐减慢到小于碰撞电离所必需的速度（多次碰撞后动能减小），并
8、附着在气体分子上形成负离子向阳极运动，其运动速度和它们的电荷及电场强度成比例。这些气体离子构成了电晕外区的电晕电流，含尘的烟气进入电场，其中的尘粒将被负离子碰撞而荷电，形成带负电的尘粒。而荷负电尘粒在电场力作用下向阳极运动并被吸附，从而达到收尘目的。图1-2 气体电离及粉尘荷电过程实践证明：静电场场强越高，电除尘器效果越好，且以负电晕捕集灰尘效果最好。电除尘设计为高压负电晕电极结构型式。第二节 电除尘器结构特点电除尘器主要由两大部分组成，一部分是电除尘器本体，烟气在其中完成净化过程；另一部分是产生高压直流电的供电和低压控制装置。电除尘器本体也称为机械部分，从结构来分可划分为内件、外壳和附属部件
9、。内件主要部件包括阴极系统、阳极系统、槽形板系统、振打装置；外壳主要部件包括进口封头、出口封头、储灰系统、壳体和屋顶；附属部件包括保温结构、支承、接地和走梯平台等。图2-1 卧式电除尘结构简图1.灰斗；2.进气箱；3.分布板振打；4.进口烟道；5.分布板；6.阴极吊挂；7.人孔；8.内外顶盖；9.阳极；10.顶盖保温层；11.阴极振打；12.阴极；13.阴极支架；14.出口分布板；15.出口气箱；16.人孔门；17.阳极振打；18.平面轴承；19.保温毡；图2-2 静电除尘器结构图图2-3 板式静电除尘器组成结构图每台炉配两台电除尘器，每台电除尘器为双室四电场。所谓台就是具有一个完整的独立外壳
10、的电除尘器。而在电除尘器内部由外壳（或隔墙）所围成的一个气流的流通空间称为室。一般电除尘器为单室，我公司是把两个单室并联在一起，故称为双室电除尘器。沿烟气流向将各室分为若干区，每一区有完整的收尘极和电晕极，并配以相应的一组高压电源装置，称每个独立的区为收尘电场。卧式电除尘一般按烟气流向设置两个、三个、四个或五个电场。2.1 电除尘器本体一、 内件：阴极系统包括电晕线、电晕线框架、框架吊杆及支持套管、电晕极振打装置等部分。阴极系统是产生电晕、建立电场的最主要构件，它决定了放电的强弱，影响烟气中粉尘荷电的性能，直接关系着除尘效率。另外它的强度和可靠性也直接关系着整个电除尘器的安全运行，所以电晕极系
11、统是电除尘器设计、制造、和安装的关键部件，必须选配良好的线性，合理的结构和适宜的振打。在安装时要保证严格的极间距，保证整个电晕极系统与除尘器其它部件的良好绝缘和足够的放电距离。电晕线越细，起晕电压越低。我公司阴极系统由阴极吊挂、上横梁、竖梁、上、中、下部框架、阴极线等零部件组成。阴极吊挂常用结构型式包括绝缘套管和阴极绝缘支柱。阴极线是专用设备制成的放电极，在一、二电场采用RSB 芒刺线，三、四、五电场采用不锈钢螺旋线。RSB 芒刺线不仅具有传统RS 芒刺线所具有不断线、不变形、刺尖上下不易积灰、振打性能好、放电强度大的优点，而且还克服了其放电均匀性差，平均电场强度弱的缺点。使得RSB 芒刺线既
12、能适应不同工况的要求，而且又具有放电均匀性好、尘粒荷电迅速充分、平均电场强度大的优点。在芒刺线的主干管背部有背刺，主要是为了改善电晕电流的密度的均匀性，增强平均电流密度，可有效提高除尘效率。不锈钢螺旋线的放电强度较弱，但均匀性好，特别适宜低浓度、细粉尘的捕集。它的高电压低电流的特性，也能有效抑制高比阻粉尘工况中反电晕现象的产生，对原材料、加工、安装要求严格，只有各个环节严格把关才能最大限度地防止断线。极线采用进口的高镍不锈钢，不易粘灰，制造成本较高。阳极系统由若干排极板与电晕极相间排列共同组成电场，是使粉尘沉积的重要部件，它直接影响电除尘器的效率。我公司阳极系统由阳极悬挂装置、阳极板和撞击杆等
13、零部件组成。阳极系统采用大C 型极板。大C 型极板具有良好的收尘性能，能有效地降低二次粉尘，具有刚度大，振打性能好的特点。另外，大C 型板的独特设计能有效增大收尘极面积。收尘极面积是指收尘极板的有效面积。由于极板的两个侧面均起收尘作用，所以两面的面积均应计入。每一排收尘极板的收尘面积为电场长度与电场高度的乘积的二倍。每一个电场的收尘面积为一排极板的收尘面积与电场通道数的乘积。一个室的收尘面积为单电场收尘面积与该室电场数的乘积。一台电除尘器的收尘面积为单室收尘面积与室数的乘积。槽形板系统排列在最后一个电场的出口端，是由除尘器出气烟箱前平行安装的两排槽形板组成。在电除尘电场内，由于气流涡流现象，总
14、有一些微小粉尘从电场逸出，流向出气烟道和出气管道。此外，在靠近电场出口部分的极板在振打时会产生粉尘的二次飞扬，这些粉尘一般不会重新沉积到收尘极上，因此在出口烟箱前加装不带电的槽形板对这些粉尘有再次捕集的作用。同时它还具有改善电场气流分布和控制二次扬尘的功能。所以它对提高除尘效率有显著作用。在槽形板装置上装设振打设备，以清除板上的积灰。振打装置，即电除尘振打清灰机构，它是保证电除尘器连续运行的重要设备。当尘粒沉积在阳极收尘板上，达到一定的厚度就需要振打清灰，以恢复收尘能力。烟气中的粉尘有一部分带上正电荷，会积附到阴极系统上，同样需要通过振打清灰，恢复阴极线的放电能力。电除尘器就是要靠“振打系统”
15、振打，把附着在极线、极板上的尘粒振落到除尘器灰斗，由输灰系统把灰运送到灰库或灰场。如果阳极收尘系统清灰效果不佳，阳极板上剩留的粉尘层形成较大的电压降，会减少作用于烟气的电场强度，从而影响收尘效果。严重时还会产生反电晕，使收集到阳极板上的粉尘又返回到烟气中。阴极系统清灰效果如果不佳，阴极线被粉尘层包围后，就不能有效地放出电子使烟气中的粉尘充分荷电，严重时就会产生电晕封闭，导致二次电流很小，收尘效率很低。合理的振打清灰能力除了与电除尘器结构有关外，还与煤种有关。我国大部分动力煤灰分高，粉尘粘性大，要求电除尘器振打清灰力大。振打清灰主要有两种方式：电磁振打和机械振打，前者具有结构简单、检修方便、电除
16、尘器尺寸小、成本低的优点；缺点是被振打体质量大、振打清灰力小、漏风率高、二次扬尘大。当粉尘粘性较大时，特别是大型除尘器，极板、极线上的灰就会清不下来，从而影响除尘效率。因此通常采用的是机械振打装置。机械振打装置包括阳极振打和阴极振打。阳极振打由阳极振打传动装置、振打轴系和尘中轴承等零部件组成。阴极振打由阴极振打传动装置、竖轴、大小针轮、振打轴系和尘中轴承等零部件（顶部传动）或阴打传动装置、振打轴系和尘中轴承等零部件（侧部传动）组成。在槽形板处一般还设置槽形板振打。尘阴、阳极振打均采用侧面摇臂锤旋转振打机构。由于阴极振打尘中轴承固定在带有负高压的阴极系统构件上，所以阴极振打轴端串连有一支用来绝缘的电瓷传轴，以便隔离高压电。投入振打时，同一电场中阴、阳极振打不能同时敲打；前后电场阳极（阴极）振打不能同时敲打；末电场阳极振打与槽形板振打不
