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技術(shù)文章電除塵行業(yè)聲波清灰器的應(yīng)用
更新時間：2016-08-25 點擊次數(shù)：5971次
摘要：通過聲波清灰器在某燃煤電廠電除塵器中的應(yīng)用，介紹了聲波清灰器的工作原理，并將聲波清灰技術(shù)與機械振打清灰技術(shù)進行了對比試驗，證明了應(yīng)用聲波清灰技術(shù)輔助機械振打清灰可以有效提高電除塵器的除塵效率。（Application of Sonic Dust Cleaner in ESP）
1 電除塵器工作原理
我國從事電除塵技術(shù)的研究起步較晚，到了20世紀70年代，電除塵器才在我國得到應(yīng)有的重視和比較廣泛的采用。電除塵器是一種用于捕集細微粉塵的除塵器，利用直流高壓電源在電暈極和收塵極之間產(chǎn)生的強電場使氣體電離，產(chǎn)生電暈放電，進而使懸浮塵粒荷電，并在電廠力的作用下，將懸浮塵粒從氣體中分離出來并加以捕集的除塵裝置。電除塵器有許多類型和結(jié)構(gòu)，但其基本設(shè)計原理都是相同的。用電除塵器的方法分離，捕集氣體中的懸浮塵粒主要包括以下幾個過程：
（1）施加高電壓產(chǎn)生強電場使氣體電離，產(chǎn)生電暈放電；
（2）懸浮塵粒的荷電；
（3）荷電塵粒在電場力的作用下向電極運動；
（4）荷電塵粒在電廠中被捕集；
（5）電極清灰；
2 電除塵器電極清灰方法
當電除塵器極板收集的塵粒層較厚時，會使擊穿電壓降低，電暈電流減小，塵粒的有效驅(qū)進速度下降，嚴重影響電除塵器的除塵效率。因此，有效及時的清除極板表面的積灰，是保證電除塵器運行的重要條件。電極的清灰方法主要有濕式清灰，機械清灰和聲波清灰3種。后兩種均屬于干式清灰，其優(yōu)點是清灰裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，易于維護，且清除下來的灰塵便于處置和利用，但存在的主要問題是在清灰過程中會產(chǎn)生二次揚塵。
2.1 聲波清灰原理
聲波清灰是通過聲波發(fā)生器把壓縮空氣變?yōu)榫哂幸欢芰康膹娐暡伻腚姵龎m器的電場內(nèi)，進行傳播。聲波到達電除塵器的極板極線后，轉(zhuǎn)化為機械能，與灰塵形成高速周期振蕩，抵消氣流中粉塵的表面粘附力，以阻止粉塵相互之間結(jié)合成一層硬殼。同時聲波還能使已經(jīng)結(jié)塊的粉塵層疏松，使粉塵較容易地從電極或構(gòu)件上脫落，從而達到清除積灰的目的。
聲波清灰的本質(zhì)是“波及”，由于聲波是傳播（直達，反射和折射等），因而作用力的方向具有多向性，作用范圍廣，而其他清灰方式的作用力是“單向“的。所以輔以聲波清灰會有很好的效果，但同時聲波清灰也比較容易引發(fā)集中的二次揚塵。
2.2 機械振打清灰原理
機械振打清灰時，當極板受到振打力時，極板將振打力傳遞給灰層，在振打力的作用下客服灰層的摩擦力及粘附力脫離極板。振打清灰效果取決于振打的強度和振打周期。振打強度和周期應(yīng)控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，使極板上留有極薄的一層塵粒，否則加重二次揚塵和結(jié)構(gòu)的損壞。
3 聲波清灰與機械振打清灰方式的對比試驗
某發(fā)電廠在1號爐南側(cè)電除塵器在機械振打的基礎(chǔ)上加裝了聲波清灰系統(tǒng)，北側(cè)電除塵器未安裝聲波清灰系統(tǒng)，僅適用機械振打的清灰方式。為了對比兩種清灰方式電除塵器的效率，在相同鍋爐運行工況下，對南，北兩側(cè)的電除塵器同時測試除塵效率。
該機組鍋爐設(shè)備為東方鍋爐廠制造生產(chǎn)的超高壓參數(shù)，自然循環(huán)，一次中間再熱，采用四角燃燒方式，固態(tài)排渣煤粉爐，制粉系統(tǒng)為中間存儲倉式乏氣送粉。該鍋爐除塵器共有10臺高壓電源，每臺主變擔負南北兩側(cè)電除塵器的各一個供電分區(qū)，公20個供電分區(qū)。前12個供電分區(qū)的二次供電電壓不小于48kV，二次供電電流不低于1A，后8個供電分區(qū)的二次供電電壓不小于52kV，二次供電電流不小于1A。
鍋爐主要參數(shù)如下：
| 機組電負荷：200MW | 額定蒸發(fā)量：670t/h |
| 汽包工作壓力：15.19MPa | 過熱器出口壓力：13.27MPa |
| 再熱蒸汽出口壓力：2.5MPa | 過熱蒸汽溫度：540℃ |
| 再熱蒸汽出口溫度：540℃ | 給水溫度：240℃ |
| 給水壓力：17.46MPa | 排煙溫度：140℃ |
| 燃料消耗量：77.7t/h |
電除塵器技術(shù)參數(shù)如下：
| 臺數(shù)：2臺 | 電場數(shù)：5個 |
| 處理煙氣量：1600000m³/h | 每臺電除塵器煙氣流通面積：205㎡ |
| 電場內(nèi)煙氣流速：1.08m/s | 同極間距：406mm |
| 通道數(shù)：2*34個 | 陽極板高度：14.84m |
| 陽極板形式：BE | 長高比：1.25 |
| 陽極板總有效面積：37571㎡ | 電場總有效長度：18.616m |
| 陰極線形式：V15 | 陰極線總長度：79904m |
| 比集塵面積：84.53㎡ | 煙氣停留時間：17.2s |
| 驅(qū)進速度：6.53cm/s | 電除塵器本體漏風(fēng)率：< 3% |
電除塵器本體阻力：< 260pa | 電除塵器入口含塵濃度：< 20g/Nm³ |
| 電除塵器出口含塵濃度：< 100mg/Nm³ | 設(shè)計除塵效率：99.60% |
| 灰斗數(shù)量：2*18個 | 灰斗加熱形式：蒸汽加熱 |
| 灰斗料位計形式及數(shù)量：阻尼式 16臺 | 振打形式：頂部電磁振打 |
3.1 兩種清灰方式下除塵效率測試工況對比：
兩種清灰方式下除塵效率實驗同時進行，鍋爐在實驗期間運行穩(wěn)定，南北兩側(cè)排煙溫度基本相同，兩側(cè)送引風(fēng)機擋板開度，電流大致相同。實驗期間的鍋爐運行參數(shù)見表1，電除塵器運行參數(shù)見表2。從表2中實驗期間電除塵器一，二次電壓和一，二次電流記錄數(shù)據(jù)上看，使用聲波清灰方式的一側(cè)一至五電場的二次電流平均值分別高出使用機械振打清灰方式的一側(cè) 0A，0.6，0.9，0.29A，0.1A。
表一 實驗期間鍋爐主要運行參數(shù)
| 項目 | 平均值 | |
| 主蒸汽量/(t/h) | 北 | 286 |
| 南 | 314 | |
| 主蒸汽壓力/MPa | 13.03 | |
| 主蒸汽溫度/℃ | 北 | 536 |
| 南 | 533 | |
| 給水壓力/MPa | 14.13 | |
| 給水溫度/℃ | 234 | |
| 排煙溫度/℃ | 北 | 140 |
| 南 | 139 | |
| 1號引風(fēng)機 | 電流/A | 66 |
| 擋板開度/% | 96.7 | |
| 2號引風(fēng)機 | 電流/A | 66 |
| 擋板開度/% | 98.4 | |
| 1號送風(fēng)機 | 電流/A | 16 |
| 擋板開度/% | 94.3 | |
| 2號送風(fēng)機 | 電流/A | 17 |
| 擋板開度/% | 96.9 | |
表二 實驗期間電除塵器主要運行參數(shù)
| 電場編號 | 記錄參數(shù) | 北側(cè)（未裝聲波清灰器） | 南側(cè)（加裝聲波清灰器） |
| 一電場 | 一次電壓/V | 210 | 290 |
| 一次電流/A | 207 | 253 | |
| 二次電壓/kV | 49 | 57 | |
| 二次電流/A | 0.8 | 0.8 | |
| 二電場 | 一次電壓/V | 247 | 280 |
| 一次電流/A | 140 | 267 | |
| 二次電壓/kV | 63 | 51 | |
| 二次電流/A | 0.5 | 1.15 | |
| 三電場 | 一次電壓/V | 160 | 252 |
| 一次電流/A | 63 | 273 | |
| 二次電壓/kV | 46 | 47 | |
| 二次電流/A | 0.2 | 1.15 | |
| 四電場 | 一次電壓/V | 303 | 260 |
| 一次電流/A | 207 | 302 | |
| 二次電壓/kV | 60 | 46 | |
| 二次電流/A | 0.9 | 1.19 | |
| 五電場 | 一次電壓/V | 368 | 275 |
| 一次電流/A | 193 | 272 | |
| 二次電壓/kV | 56 | 45 | |
| 二次電流/A | 1.05 | 1.15 |
3.2 實驗結(jié)果
參照相關(guān)國家標準，在相同鍋爐運行工況下，南，北兩側(cè)的電除塵器效率的實驗結(jié)果見表三，四。
表三 北側(cè)電除塵器（未裝聲波清灰）的測試數(shù)據(jù)
| 項目 | 入口1 | 入口2 | 出口1 |
| 標干煙氣流量/(Nm³/h) | 173 120 | 198 629 | 379 960 |
| 煙氣動壓/Pa | 49 | 66 | 64 |
| 煙氣靜壓/kpa | -1.46 | -1.39 | -1.5 |
| 煙氣全壓/kpa | -1.43 | -1.34 | -1.45 |
| 測點處煙氣流速/(m/s) | 9.60 | 11.22 | 11.05 |
| 煙氣溫度/℃ | 138 | 146 | 144/ |
| 采樣截面面積/㎡ | 9.3 | 9.3 | 18 |
| 大氣壓力/kpa | 89.62 | 89.62 | 89.62 |
| 煙氣含濕量/% | 6.8 | 6.8 | 6.8 |
| 煙氣含氧量/% | / | / | 4.1 |
| 過量空氣系數(shù) | / | / | 1.2426 |
| 測試工況下濕煙氣流量/(m³/h) | 321 408 | 375 646 | 716 040 |
| 實測煙塵濃度（mg/Nm³） | 29 893 | 30 323 | 122 |
| 折算煙塵排放濃度（過量空氣系數(shù)為1.4）（mg/Nm³） | / | / | 108 |
| 電除塵器效率/% | 99.59 | ||
表四 南側(cè)電除塵器（加裝聲波清灰）的測試數(shù)據(jù)
| 項目 | 入口1 | 入口2 | 出口1 |
| 標干煙氣流量/(Nm³/h) | 177 452 | 208 102 | 398 959 |
| 煙氣動壓/Pa | 53 | 71 | 70 |
| 煙氣靜壓/kpa | -1.41 | -1.4 | -1.44 |
| 煙氣全壓/kpa | -1.37 | -1.35 | -1.39 |
| 測點處煙氣流速/(m/s) | 10.05 | 11.56 | 11.40 |
| 煙氣溫度/℃ | 147 | 139 | 137 |
| 采樣截面面積/㎡ | 9.3 | 9.3 | 18 |
| 大氣壓力/kpa | 89.62 | 89.62 | 89.62 |
| 煙氣含濕量/% | 6.8 | 6.8 | 6.8 |
| 煙氣含氧量/% | / | / | 4.4 |
| 過量空氣系數(shù) | / | / | 1.2651 |
| 測試工況下濕煙氣流量/(m³/h) | 336474 | 387029 | 738720 |
| 實測煙塵濃度（mg/Nm³） | 30160 | 28406 | 65 |
| 折算煙塵排放濃度（過量空氣系數(shù)為1.4）（mg/Nm³） | / | / | 59 |
| 電除塵器效率/% | 99.77 | ||
4 實驗分析
影響電除塵器性能的因素有很多，可大致歸納為4大類：粉塵特性；煙氣性質(zhì)；本體結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能；供電控制質(zhì)量。此次實驗檢測樣品為同一臺鍋爐的2臺電除塵器，該條件保證了此次對比實驗的粉塵特性相同，2臺電除塵器的本體結(jié)構(gòu)，供電質(zhì)量大致相同。從實驗測試的數(shù)據(jù)可以看出煙氣性質(zhì)也大致相近，北側(cè)（未安裝聲波清灰系統(tǒng)）平均煙氣溫度為142℃，平均煙氣流速為10.41m/s,入口平均煙塵濃度為30108mg/Nm³，處理煙氣量為697054m³/h(標干煙氣量為371 749Nm³/h)。 南側(cè)（加裝聲波清灰系統(tǒng)）平均煙氣溫度為143℃，平均煙氣流速為10.81m/s,入口平均煙塵濃度為29283mg/Nm³，處理煙氣量為723503m³/h,(標干煙氣量為385554Nm³/h)。從上述實驗工況描述可以看出此次實驗得出的數(shù)據(jù)是具有可比性的。
從實驗結(jié)果上看，加裝聲波清灰系統(tǒng)的一側(cè)除塵效率略高于僅使用機械振打清灰方式的一側(cè)0.18%，出口煙塵濃度降低49mg/m³。
從實驗期間除塵器參數(shù)來看，北側(cè)除塵器（未裝聲波清灰）二次電流值大多比南側(cè)（加裝聲波清灰）除塵器要低，而極板積灰過多，電暈線肥大，放電不良及振打裝置故障或周期過長，都可能是導(dǎo)致二次電流值偏低的原因。
5 結(jié)論
在該電廠的特定工況條件下，可以看出加裝聲波清灰的效果要比單獨機械振打清灰效果好。在聲波有限作用范圍內(nèi)，能作用到電除塵器內(nèi)的任何死角，聲波助清灰增大清灰強度，彌補了原機械振打機構(gòu)振打力定向傳遞且容易衰減的缺陷，使電除塵器極板，極線表面積灰層得到有效，及時清除，增加了電廠強度，增強了極板的收塵能力，使電除塵器的除塵效率得到提高。但聲波清灰要注意其聲波強度和使用頻率，避免電場內(nèi)煙塵二次飛揚。
但是 聲波清灰效果受煙塵工況特性的影響較大，當含塵介質(zhì)濕度小，吸濕性粉塵含量低，流動性好時效果明顯，而對于濕度較大的粘附性粉塵則效果不佳。所以，目前安裝在電除塵器中的聲波清灰器分布合理的情況下，可以輔助機械振打，彌補機械振打力不足，達到*清灰效果。
