4 电除尘器4.1 系统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 4.1.1 电除尘器的特点1．除尘效率高，可以达到99%以上 2．阻力小，一般在150～300Pa 之间 3．能耗低，处理1000m3烟气大约需要0.2～0.6kW 4．处理烟气量大，单台电除尘器的烟气处理量可达106 m3/h 5．耐高温普通钢材制作的电除尘器可以在350℃下运行 4.1.2 电除尘器的类型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4.1.3 除尘机理4.1.3.1 电除尘的基本过程阳极（接地）阴极（放电极）带电粒子被电极吸附通过振打使粉尘落下灰处理设备灰 斗图4－1 电除尘过程示意图含尘烟气 电除尘过程由三个基本阶段组成：粉尘荷电、除尘、清除所捕集的粉尘。
如图4－1所示具体过程是，烟气通过进风管道经风口封头进入电场，在进口封头上装有气流分布装置，气流分布装置的作用是使进入电场的烟气流速均匀，使粉尘荷电充分并减少因流速不均引起的窜流与二次飞扬烟气进入电场后，在高压电的作用下粉尘被荷电并捕集到电极上，由于工业电除尘器采用负电晕，则放电极带负高压，放电极又称为阴极，它们与大、小框架及高压引入装置，一起构成阴极系统极板为正极又称阳极且接地，它们成排固定在大梁上，由于粉尘主要由极板吸附，故极板又称为极尘极或收尘板阴、阳极之间高压直流电源由整流变压器提供（常用T/R表示），其电压等级由阴、阳极之间的距离（称异极距）决定，标准中规定，同极距为300mm（则异极距为150mm）的电除尘器选用60kV或66kV的电压等级，同极距为400mm一般采用72kV电压等级，整流变压器有几组抽头供运行时按实际需求选取，标准中的电压等级是可选取的最高电压同极距300mm与400mm是目前最常见的二种规格电场串联时，沿烟气前进方向，称为第一、第二……第n电场，电场串联数一般为二～五电场粉尘被电极吸附后，通过振打使其落入灰斗中目前常见的振打型式有：顶部电磁铁振打，顶部脱钩锤式振打，顶部传动挠臂锤式振打与侧向传动挠臂锤式振打。
灰落入灰斗后有定期（或自动）排灰与连续排灰两种方式，定期（或自动）排灰的优点是在灰斗里形成一定的灰封，有利于克服因灰斗出口处的漏风而引起的二次飞扬在出灰方式上有湿出和干出两种，湿出时灰通过排灰阀进入冲灰水箱后由水力冲至灰水池，干出灰是通过气力或螺旋等输送装置送至料仓或灰库最终净化后的烟气经出口封头束流后进入后级烟道，出口封头前若有格栅，对改善电场中烟气均匀分布有一定作用4.1.3.2 气体的电离气体的电离是电除尘工作原理的一个重要组成部分负电性气体分子是指电子附着容易的气体，负电性气体得到电子后就成为工业电除尘器中起主要作用的荷电粒子―负离子，工业烟气除尘中象二氧化碳、氧、水气之类负电性气体是大量存在的，负电性气体是粉尘荷电的中间媒介借助图4－2，我们能更好地阐述气体电离过程电流是电荷的定向流动，当高压直流电加到电除尘器电场的正、负两极时，电晕极表面的电场强度与电极间形成的电流关系也由图4－2表示出来由于电场强度与施加的电压有着直接的联系，电场强度随着电压的升高而增大，故可以定性地、粗略地将图4－2曲线认定作空载电场中电压与电流的关系 图4－2 气体电离曲线 AB段，此时气体导电是借助于大气中所存在的少量自由电子与离子，在烟气或自然界空气中，由于宇宙射线和分子热运动等作用，会产生极少量的游离的电子和离子，当电场两极间施加的电压较低时，两极间会出现随电压同步增加的微弱的电流，此电流在电除尘器供电装置的电流测量仪表中是毫无反映的，图中只是定性地表示了该电流，通常此时的气体被看作是绝缘的，这些少量的电子与离子随着电压的增加，获得的动能不断升级。
BC段，当电压达到VB′时，随着电压的上升，电子同时获得更大的动能，但由于受到气体分子平均自由行程的限制，只能与气体分子作弹性碰撞，总的行进速度无法提高，故电流暂中止上升CD段，当这极少量的电子在VC′电压作用下被加速达到一定电能时，能够使与其碰撞的原子逸出电子（发生电离），各种不同气体电离需要不同的能量，称为气体的电离性电离过程是比较复杂多样化的，电子碰撞中性气体分子并使气体分子电离，气体分子逸出电子后带正电成为正离子，正离子与电子在电场力的作用下按同性相斥、异性相吸原理相向而行，从而产生电流，可以说气体开始导电此时的电离因故称为碰撞电离VC′称为临界电离电压电离发生在放电极附近，是因为放电极的尖端效应使其附近电场强度特别高，电子能够获得足够的动能使气体发生电离，离开此区域后，电子在向正极行进过程中被负电性气体分子俘获结合成负离子，或迳直到达正极碰撞电离发生后，随着电压的增加，电离过程愈加激烈，电流迅速增加，这时不仅是作为发射源的原始存在的电子参与电离，而且被激发出来的电子及曾参与电离的电子都可能继续参与电离，从而使电荷数目迅速增加，使电流较电压增加更快，曲线向上弯曲DE段，为电晕电离阶段，VD′称为起晕电压。
其实，从碰撞电离到电晕电离，并没有一个明显的界限，这里面有一个从量变到质变的过程，电晕电离的最大特点是正离子参与了气体的电离不同的放电极具有不一样的起晕电压，如表4-1所列为国内几种常见的放电极在常规大气条件下的起晕电压EF段，过了E点，电晕区迅速扩大，致使电极间产生火花，若不立即加以控制，会迅速出现闪络并发展到两极间出现电弧，此时电流迅猛增加而电压下降，其对电极产生的电流与对电源的冲击是我们不希望的表4-1常见的放电极的起晕电压序 号名 称起晕电压（kV）1星形线352锯齿线203角钢芒刺线204管状芒刺线155方体芒刺线186十齿芒刺线157鱼骨针刺线15从以下几个方面可进一步了解电晕电离的特点1．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 2．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3．电晕有正电晕与负电晕之分，放电极接高压直流电源的负极产生负电晕，接正极产生正电晕在一般的工业除尘条件下，负电晕可以获得比正电晕明显高的击穿电压与电压强度，同时由于电场分布相对均匀，也可以得到较高的电晕电流，这对提高电除尘效率是十分必要的4.1.3.3 粉尘的荷电电晕放电后，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 4.1.3.4 粉尘的捕集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，靠近电晕区的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，从而达到收尘目的气体电离及粉尘荷电过程如图4－3所示。
图4－3 气体电离及粉尘荷电过程示意图4.1.3.5 粉尘的振打荷电粉尘达到电极后，在静电力和粘附力的作用下附集在电极上形成一定厚度的尘层，工业电除尘器中通常设计有振打装置，能给电极一个足够大的加速度，在已捕集的粉尘层中产生惯性力，用来克服粉尘在电极上的附着力，将粉尘层打下来吸附力中的静电力与电场强度、粉尘层所荷电荷及比电阻等因素有关4.1.4 我厂三期机组电除尘系统概述国电北仑三期1000MW机组所配电除尘器为三室五电场，采用菲达ALSTOM-FLAKT的电除尘技术每台炉配两台除尘器，除尘效率为99.75% 针对本工程，电除尘制造厂家（菲达公司）在设计、配置上进行了优化考虑：1．采用阻流加导流的气流分布板技术，结合厂内气流分布模型试验，保证烟道和电场内气流分布均匀，电场内气流分布的均匀性保证 σ<0.2 2．先进的选型和设计技术从源头保证除尘器高效、安全、稳定、可靠运行3．优化极线的极配型式，充分保证收尘效率4．合理的结构、振打和密封技术，保证漏风率<1%4.2 设备规范和结构特点4.2.1 电除尘设备规范电除尘设备规范如表4-2所列表4-2 电除尘技术规范名 称单 位设备规范备 注静电除尘器型式 干式、卧式、板式浙江菲达数量台/每台炉2 入口烟气温度℃118 入口烟气量Nm3/s·每台407设计煤种，BMCR工况414校核煤种1，BMCR工况415校核煤种2，BMCR工况入口含尘量g/Nm323.7设计煤种29.2校核煤种110.6校核煤种2除尘效率%≥99.83设计煤种≥99.81校核煤种≥99.75保证效率本体阻力Pa< 200。