15第三节╲t影响电除尘器性能的主要因素

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1、第三节 影响电除尘器性能的 主要因素 影响电除尘器性能的因素很多，人们把这些众多因素大致归纳为如下五个方面 。 （1）粉尘特性。主要包括粉尘的化学成分、粒径分布，真密度和堆积密度， 粘附性和比电阻等； （2）烟气性质。包括烟气温度、压力、成分、湿度、流速和含尘浓度等； （3）结构因素。包括电晕线的几何形状、直径、数量和线间距；收尘极的形 式，极板断面形状、极板间距、极板面积；电场数、电场长度；供电方式；振打 方式；气流分布装置；外壳严密程度；灰斗形式和出灰口锁风装置等。 （4）操作因素。包括伏安特性、漏风、气流短路、粉尘二次飞扬和电晕线 肥大等。 （5）电气与控制特性。包括高压供电质量、低压控

2、制特性以及控制方式等。 特别是粉尘和烟气的特性，对电除尘器的性能影响尤为显著。因为烟尘发生装 置的类型、结构、燃料的种类、过量空气系数、燃烧方式以及其它条件的不同， 电除尘器的性能有显著变化。因此，电除尘器与其它除尘装置一样，即使有良好 的除尘性能，但是由于外界条件的变化，也会往往达不到预期的效果。而且电除 尘器对外界条件的变化较其它除尘装置更为敏感。所以在设计或选用电除除器之 前应充分熟悉和掌握影响电除尘器性能的诸多因素，才能保证电除尘器的安全稳 定高效运行。 一、粉尘特性的影响1. 粉尘粒径分布粉尘的粒径分布对电除尘器除尘效率有较大影响。这是因为荷电粉尘的驱进 速度随粉尘粒径的不同而变化。

3、驱进速度与粒径大小成正比。通常粉尘的粒径越 大，其除尘效率越高。但是在实际生产中，即使粉尘粒径分布相同，而粉尘的成 分、物理和化学性质若有差异，驱进速度也不尽相同。粉尘粒径越细其附着性越 强，吸附在电极上的细粉尘不容易振打下来，这样会使电除尘器的性能降低。在 确定电除尘器满足粉尘排放标准的能力时，所考虑的粉尘粒径分布应该比现有的 稍小一些，为的是留有安全裕度，以保证在操作条件发生变化，排出的粉尘浓度 也不致于超出国家规定的排放标准。2. 粉尘真密度和堆积密度粉尘真密度的影响虽然不象靠重力和离心力进行分离的机械收尘装置那样重 要，但是已经分离出来的粉尘在落入灰斗时也要靠重力，所以粉尘真密度对电除

4、 尘器性能的影响也应加以考虑。 所谓堆积密度是指固体微粒的集合体，测出包括粒子间气体空间在内的体积并 取固体粒子的质量求得的密度，粒子间的空间体积与包括粒子群在内的全部体积 之比，通常称为空隙率，用字母P表示。空隙率、真密度与堆积密度a之间的关 系用下式表示：（3-72）真密度对一定的物质而言是一定的，而堆积密度a则与空隙率P有关，随着 充填程度不同而有大幅度的变化。如果与a之比越大，则由于粉尘再飞扬而对除 尘性能的影响也就越大。当/a比值在l0左右时，由于烟气的偏流或漏风对粉尘再 飞扬的影响会很大。所以在电除尘器的设计与运行时对此应予以足够的重视。3. 粉尘的粘附性由于粉尘有粘附性，可使微细

5、粉尘颗粒凝聚成较大的粒子，这对粉尘的捕集 是有利的。若粉尘的粘附性强，粉尘会粘附在电极上，即使加强振打力，也不容 易将粉尘振打下来，就会出现电晕线肥大和收尘极板粉尘堆积的情况，影响工作 电压升高，致使除尘效率降低。所以设计电除尘器时，对粉尘的粘附性应予以充 分考虑。粉尘的粘附力从微观上看，包括分子力，毛细粘附力和静电力。分子力的计 算实际上由于假设条件缺乏可靠性，除特殊情况外，分子力几乎不起多大作用。 静电力很小也可不予考虑。而毛细粘附力则是不应忽视的，因为工业窑炉排出的 烟气中，往往含有水分，无水硫酸或具有凝聚性的有机物质。尘粒之间或尘粒与 器壁表面都存在粘附力，粉尘受潮或干燥，都将影响粉尘

6、粘附力的变化。此外粉 尘的几何形状、粒径分布等其它物性对粘附性也有影响，如粉尘的比表面积对粘 附性的影响就比较大。粉尘粒径越小，比表面积越大。粒子表面的自由能被看成 是原子、分子的凝聚能，所以粒子群的总表面能就可表示为表面自由能和全表面 积的乘积，这意味着粒子的总表面能决定粒子表面的活性。所以比表面积对粉尘 的附着性和凝聚性有比较大的影响。 4. 粉尘的比电阻 粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的指标，它对电除尘器性能的影响主要表现在两 个方面。一是电晕电流必须通过极板上的粉尘层传导到接地的收尘极上，若粉尘 的比电阻超过临界值时，电晕电流通过粉尘层就会受到限制，这将影响到电晕放 电特性，最终影响除尘

7、效率；二是粉尘的比电阻对粉尘的粘附力有较大的影响， 高比电阻粉尘的粘附力大，清除电极上的粉尘层要增大振打强度，这将导致比正 常情况下的二次飞扬大，最终也影响到除尘效率。 （1）粉尘比电阻的定义 由电工学得知各种物质的电阻与其长度成正比，与其截面积成反比，并和温度 有关。用R代表一种材料在某一温度下的电阻，则有下列关系：（3-73） 由此可知，粉尘的比电阻就是其后度和横截面积各为1单位时的电阻。比电阻的 倒数又称为电导率。 沉积在电除尘器收尘极表面上的粉尘必须具有一定的导电性，才能传导从电晕放 电产生大量的离子流。根据理论和实践得知，其最小的电导率为10-10-1cm-1。和 普通金属相比，这是

8、很微弱的电导率，但是比良好的绝缘体的电导率要大得多。 工业窑炉产生的粉尘，其比电阻的范围很广，从炭黑的10-3-cm到石灰石粉尘的 1014-cm（温度100C）。根据粉尘的比电阻对电除尘器性能的影响，大致可分 为三个范围：104-cm，比电阻在这一范围内的粉尘，称为低比电阻粉尘； 10451010-cm，比电阻在这一范围内最适合于电除尘，称为中等比电阻 粉尘； 51010-cm，比电阻在这一范围内的粉尘，称为高比电阻粉尘。 实验室内测定的比电阻值与烟道工况比电阻值是有差异的。由于烟气中的水分 、SO3等成分起降低比电阻的作用，因此工况比电阻要低些。虽然实验室内测定 的比电阻值具有重要的参考价

9、值，但是从电除尘技术的实际及直接应用的角度考 虑，现场比电阻的测量数据能够更真实地反映电除尘器运行状态下的飞灰特性。 （2）粉尘比电阻对电除尘器性能的影响 低比电阻粉尘到达收尘极后能迅速放电，由于静电感应获得与收尘极板相同极 性的正电荷，当正电荷形成的排斥力大得足以克服粉尘的粘附力时，则已经沉积 在极板上的粉尘将脱离收尘极板而重返气流，在空间又与负离子相碰撞而荷电， 这些荷负电的尘粒再次向收尘极板运动，结果形成在收尘极板上的跳跃现象。用 电除尘器捕集石墨粉尘、炭黑粉尘，都可以观察到这一现象。如不采取相应措施 ，用电除尘器捕集低比电阻粉尘不能得到预期效果。 高比电阻粉尘到达收尘极后放电困难，形成

10、的粉尘层电阻较大，使后续荷电粒 子放电更加困难，造成粉尘层表面有较密的负电荷分布，它们排斥荷电粒子向收 尘极板靠拢，并对电场产生抑制效果，在同样电压下电晕电流明显下降。这种现 象随着粉尘比电阻的增大而加剧，最终发生反电晕现象。粉尘层可用电阻和电容并联组成的等效电路来模拟。静态分析， 当板电流密度为j的电流通过厚度为的粉尘层到达极板时，会在粉尘层上产生U 的电压降：（3-74）当j达到一定数值时，因值高，尘层间的电压可高达使尘层空 隙内的气体击穿（尘层内气体击穿强度与粉尘粒度、粉尘和气体的成分等有关， 一般工业烟尘为（1020kV/cm），并产生火花放电，即发生反电晕现象。 动态分析要考虑到电容

11、有一个充电过程，使尘层加上的U电压值需要较通 常充电周期大得多的时间，使得有可能通过控制输入来避免完全反电晕现象的出 现。反电晕发生后，极板的尘层处就产生类似于放电极附近发生的电晕电离，在 黑暗中可观察到由反电晕引起的收尘极尘层表面出现的漫射光或众多的电晕光点 。反电晕出现后，电压迅速下降而电流上升，并很快发生击穿。反电晕出现时电 流增大的原因是由于此时放电极与收尘极均出现电晕电离，使电荷载体增加，并 且反电晕产生的大量正离子与电场中的负电荷中和，使空间电荷效应减弱。击穿 电压降低的原因一方面是反电晕区域的存在相当于缩短了异极间距（在电晕电离 区域气体是导电的），另一方面也是因为反电晕使原空间

12、负电荷效应带来的电场 均匀性减弱。反电晕发生后，正离子首先会将已接近收尘极板的粉尘上的负电荷 中和掉，使其失去带电性甚至使其带上正电向放电极移动再去中和别的负电荷， 也会在向放电极驱进过程中与大量用来除尘的负离子复合，从而使得除尘效率大 幅度下降。此时电场的功耗中有一部分起与除尘不利的作用，而真正用于除尘的 电晕功率大幅度下降。 （3）影响粉尘比电阻的因素 1）温度对粉尘比电阻的影响粉尘比电阻随温度的变化而变化，比电阻和温度关系的典型曲线如图3-17所 示。温度超过200后，比电阻随温度的升高而降低，与烟气的成分无关。温度 低于100时，比电阻随温度的降低而降低，并与烟气的湿度和其它成分有关。

13、 图3-17 粉尘比电阻随温度变化的典型曲线 2）影响体积比电阻的因素在分析粉尘导电的过程中，可 将粉尘的比电阻看成是两种独立的 导电机理，一种导电是通过粉尘层 的内部（体积导电）；一种是沿粉 尘粒子的表面（表面导电），并与 吸附在粉尘层表面的气体和冷凝物 质有关。哪种导电机理占主要地位 ，这主要取决于电除尘器的实际运 行情况。一般情况下，这两种导电 机理都是重要的。体积导电只与粉 尘粒子的化学成分有关，而表面导 电则与粉尘粒子和烟气的化学成分 有关。大量研究证明，体积导电可以是离子导电或电子导电，金属卤化物中的离子 导电是常见的例子。电子导电在很多物质中都可产生，诸如金属氧化物和氧化硅 等，

14、这些物质是工业气体净化中经常遇到的。 飞灰的体积导电与温度有关，温度增高会将较大的热能传给粉尘，使可供粒子 层导电的离子数量增多，这就有利于增加粉尘层的导电率。粉尘的体积比电阻也 与其孔隙率有关。因为在一定体积内空隙率多物质就少，粉尘比电阻就较高。 3）影响表面比电阻的因素表面导电需要在粉尘表面建立一个吸附层。如果烟气中含有冷凝物质（水 或硫酸），若温度足够低，便能在粉尘表面形成吸附层，此时表面导电将是主要 的。水分和化学反应物质诸如氧化硫和氮等，通常许多工业气体中都含有这两种 物质。 当温度低于露点时，粉尘表面的物理吸附及冷凝加快，使表面比电阻降低。有 时即使温度高于露点很多，被吸附物质也会

15、沉积在粉尘表面形成表面导电通道。 飞灰比电阻随水分含量的增加而衰减，而且温度较低时更为显著。煤的含硫量 对飞灰比电阻有较大的影响，含有硫的煤燃烧时产生二氧化硫，在正常情况下， 大约SO2有0.51氧化成SO3，如果温度足够低，SO3吸附在飞灰上就能大大地 降低飞灰的比电阻。所以，含硫量高的煤所烧成的飞灰其比电阻比含硫量低的煤 要低。另外，烟气中的SO3 与水蒸气形成硫酸蒸气，使烟气露点提高，对导电有 利。 （4）降低粉尘比电阻的措施 研究克服和解决高比电阻粉尘对电除尘器的影响一直是发展电除尘技术的主要 课题。一方面为了控制SO2排放而大量燃用低硫煤，造成的飞灰比电阻提高；另 一方面，粉尘排放标

16、准也日益严格，因此，进一步提高电除尘器的除尘效率势在 必行。目前从技术上解决高比电阻粉尘产生的反电晕问题，主要措施是使沉积在 收尘极板上的粉尘层不被击穿，要满足这一要求，必须降低粉尘层的电晕电流或 粉尘比电阻。 为了降低粉尘的比电阻，国外很早就已采用了在烟气中加入调质剂的技术，提 高粉尘的表面导电性，降低粉尘的比电阻。往烟气中喷入SO3是改善粉尘比电阻 的传统方法，但常用的SO3处理价格昂贵。最有希望的方案是在省煤器的一个旁 路烟道内放置一种触媒，使烟气中的SO2氧化为SO3，经过触媒的旁路烟气量为总 烟气量的1%3%，旁路烟气再引入空气预热器后的主烟道中，由于SO3的作用， 使粉尘比电阻降低。另外，在美国利用添加Na进行高温电除尘器的性能改善，已 确认取得显著成果，这是因为添加Na盐或Na离子，在收尘极上的灰层中，离子 载体起了作用。 加拿大采用烟道喷NH3进行烟气调质，澳大利亚在烟气中加入三乙胺，均收到 了良好效果。但是，由于技术和经济上的原因，大规模采用的并不多。目前，国 内外一直在研究费用