旋转电极式电除尘器技术研究

陈招妹,郦建国,王贤明,刘 云

(浙江菲达环保科技股份有限公司,浙江诸暨 311800)

旋转电极式电除尘器技术研究

陈招妹,郦建国,王贤明,刘 云

(浙江菲达环保科技股份有限公司,浙江诸暨 311800)

简要阐述了旋转电极式电除尘器的原理、结构、应用及特点,并总结出其除尘效率计算公式。研究结果表明:该技术能最大限度的减少二次扬尘,显著降低电除尘器出口排放浓度,对高比电阻粉尘有很好的收尘效果。与其他除尘器比较,旋转电极式电除尘器节省场地、空间和能源,性价比高,具有较广阔的应用前景。

电除尘器;旋转电极;二次扬尘;比电阻

0 引言

近年来,大气污染问题引起了全球的日益关注。2005年,美国规定新源排放限值为 20mg/m3,欧盟规定新建大型燃烧装置排排放限值为 30mg/m3。我国于 2004-01-01出台了火电厂粉尘排放标准,其要求粉尘出口排放限值为 50mg/m3,国标《火电厂大气污染物排放标准》(征求意见稿)拟将粉尘最高排放标准提高至 30mg/m3。目前,国内部分地区燃煤电厂的排放限值已低于 30mg/m3,预计在不久的将来我国会出台更为严格的排放标准。我国工业的快速发展,导致了更为严重的环境污染,因此,为实现我国经济可持续发展,开发除尘效率更高的高效除尘设备已经迫在眉睫。

粉尘的高比电阻和二次扬尘这两方面很大程度影响了电除尘器的除尘效率,也是目前常规电除尘器面临的主要技术难点。高比电阻粉尘易引起反电晕,使电除尘器收尘效果大幅下降;而采用常规振打方式来清理阳极板粉尘时,有一部分被收集到的粉尘会返回到气流,最终逸出电除尘器,致使出口排放增加,在高效电除尘器出口的烟尘中,约有 50%的粉尘是由振打造成的二次扬尘。

国外从 20世纪 70年代就开始研发具有先进清灰技术的电除尘器,其中日本日立公司首次研发出移动电极式电除尘技术 (MEEP),该技术能有效解决常规电除尘器的上述两个技术难题:一方面通过使用旋转钢刷和可移动的阳极板,使极板始终保持清洁,有效防止了反电晕,这种移动电极技术对收集高比电阻粉尘非常有效;另一方面由于不采用常规振打清灰方式,有效避免了二次扬尘。与传统的固定电极式电除尘器相比,移动电极不但结构紧凑,而且还能够降低电能损耗[1-2]。

1 旋转电极式电除尘器

1.1 工作原理

旋转电极式电除尘器的除尘原理与常规电除尘器的完全相同,只是两者的清灰方式不一样。常规电除尘器采用振打、声波等方式来达到清灰的目的,而旋转电极式电除尘器是将收尘极做成可以上下移动的形式,再利用安装在灰斗中 (非电场区域)的旋转刷子刷掉被捕集的粉尘,从而可以有效清除常规清灰方式难以清除的粉尘,始终保持收尘极表面相对清洁,防止了反电晕的产生。

1.2 技术特点

旋转电极式电除尘器是一种新型电除尘器,结构上需与固定电极式电除尘器结合,其特点为:

(1)由于能保持阳极板的永久清洁,电除尘器长期运行,性能不会下降,电除尘器的选型不必留余量;避免反电晕效应,能有效地解决高比电阻粉尘的收尘问题。

(2)能最大限度地减少二次扬尘,从而大幅提高除尘效率,显著降低电除尘器出口排放浓度,能保持出口排放浓度在 30mg/m3以下。

(3)可使电除尘器小型化,如四电场电除尘器采用旋转电极只要三电场 (二个固定电极电场,一个旋转电极电场),节约场地。

(4)特别适合于老机组电除尘器改造,只需将末电场改成旋转电极式电场,不需另占场地。

(5)与布袋除尘器相比,阻力损失小,维护费用低,运行允许的烟气温度高,运行烟气温度设计最大值为 350℃,有在 330℃长期运行的实例,并且有着较高的性价比。

1.3 典型结构

旋转电极式电除尘器典型结构如图 1所示。靠近烟气入口端的第一和第二电场中布置的是固定电极系统,出口端电场中布置的是旋转电极系统。

图 1 旋转电极式电除尘器典型结构

旋转式电除尘器的电极系统,阳极板被划分成条状并通过链条连接在一起,在驱动链轮的驱动下慢慢的转动;阴极线安装在电场的旋转阳极板之间。当烟气通过电场时,带负电荷的粉尘在电场力的作用下积聚到旋转电极阳极板上。并且在粉尘层变厚引起反电晕之前,就通过旋转钢刷将附着在旋转阳极板上的粉尘剥离。

1.4 固定电极电场与旋转电极电场结合效率

为了使旋转电极电场使用更可靠、性能更好,与其相结合的常规型固定电极电场作为前级除尘器,从而降低了旋转电极电场的粉尘浓度。前几级收集的粉尘比较粗且比电阻相对较低,这样,粉尘通过机械振打很容易清除。旋转电极式电除尘器主要是利用传统固定电极电场作为前端电场,旋转电极电场作为末端电场。利用旋转电极电场的特点,将末端电场设计成旋转电极电场,可提高除尘效率。另外,电除尘器改造时,在末端增加一个旋转电极电场的效果也是很好的。

根据固定电极电场和旋转电极电场相结合的情况,通过对旋转电极型电除尘器测量结果进行研究,总结出了一个除尘效率公式。电除尘器的除尘效率公式可以通过多依奇(Deutsh)效率公式来表示。考虑到粉尘粒度大小分布情况,马茨 (S.Matts)对多依奇 (Deutsh)效率公式进行了修正,如式 (1)所示。目前,这个公式主要用于电除尘器的选型设计。

在这个修正公式中马茨 (S.Matts)引入了一个系数 k作为一个粉尘粒度的分布函数。如果是燃煤锅炉的飞灰,那么系数 k假设为 0.5[3]。驱进速度当量值ωk和系数 k可以对粉尘通过相应的比集尘面积 f时的进、出口粉尘浓度进行测量,从而得出的公式 (2)和公式 (3)来计算:

式中:P1和 P2是通过式 (4)计算出的穿透率,P表示比集尘面积 f1和比集尘面积 f2对应出口粉尘浓度Co与入口粉尘浓度 Ci之比。

师：今天我们要学习的《负荆请罪》一文，和平常学的课文有什么不一样的地方？请大家睁大眼睛，去发现、寻找。

对于固定电极电场和旋转电极电场结合的电除尘器的情况,固定电极电场和旋转电极电场的粉尘驱进速度ωk是不同的。

可以认为,旋转电极和固定电极电场的系数 k是一样的,而由于粉尘通过固定电极电场和旋转电极电场时的粉尘粒度分布情况是不一样的,当固定电极和旋转电极结合时的除尘效率公式通过式 (1)转化成式 (5):

式中:ωk1为固定电极电场的粉尘驱进速度;ωk2为旋转电极电场的粉尘驱进速度;f2为固定电极电场的比集面积;f3为旋转电极电场的比集尘面积。

通过公式 (6)可以计算出ωk2:

由此得出,结合固定电极电场和旋转电极电场的粉尘驱进速度,其除尘效率可以通过式 (5)计算出。这个计算方法适用于固定电极电场和旋转电极电场相结合的联合型电场[4]。

1.5 旋转电极式电除尘器配置及设计要点

(1)入口条件:旋转电极式电场的进口含尘浓度应控制在 1 g/m3以下,这既为了保证出口的最终排放,也是为了降低磨损,延长设备的使用寿命。

(3)适用情况:一般情况下,对于中、高比电阻粉尘,旋转电极式电除尘器均适用,且比电阻越高,使用优势性越明显。

(4)结构尺寸:有效电场长度一般为 3～4.5m。

(5)极板运动线速度:一般为 0.5～1.5m/min,粉尘比电阻高时移动速度取高值。

(6)烟气流速:因为旋转电极式电场布置在末级电场,其二次扬尘可以忽略不计。因此,可提高烟气流速,处理烟气的最高流速可达 1.7m/s。

(7)选型设计:因旋转电极的极板始终比较干净,不会产生反电晕现象,所以煤种对驱进的速度影响较小。旋转电极式电场的驱进速度一般为常规电除尘器的 2.5倍左右。

(8)除尘效率:旋转电极式电场的除尘效率约为95%。

2 旋转电极式电除尘器的应用

目前,旋转电极式电除尘器已有数十套投入工业应用,其应用范围涉及各个领域,如燃煤锅炉、烧结机、水泥窑、玻璃熔窑、流化床催化裂解装置等[5]。其中,最大应用项目为 1000MW机组燃煤锅炉。这些项目现都运行良好,绝大部分旋转电极式电除尘器排放浓度在 50mg/m3以下,有的排放浓度在 10mg/m3以下。

旋转电极式电除尘器主要应用于国外,国内2006年在常州广源热电厂 5、6号燃煤 75 t/h CFB锅炉 (焚烧城市污泥)安装了旋转电极式电除尘器。该电除尘器包括了两个固定电极式电场和一个旋转电极式电场,2006年底,常州市环境监测中心站的检测结果表明,出口粉尘排放浓度 21mg/m3,除尘效率达 99.89%,烟气林格曼黑度 <1。目前,该电除尘器已投运 3年,运行一直稳定,在保证稳定达标排放的前提下,很好解决了场地受限的难题[6-7]。

3 结语

目前,国内静电除尘器的应用一直处于主导地位,在长期的工作实践中积累了丰富的使用及维护经验,对电除尘器认知度高,容易接受。而旋转电极式电除尘器也是一种静电除尘器,不仅适用于高标准排放要求的新建项目,也特别适用于老旧电除尘器的提效改造。随着未来排放标准的日趋严格,这种新型的静电除尘器具有较为广阔的应用前景。

[1]Misaka T.近代应用型移动极板式电除尘器[C].第七届国际电除尘学术会议论文集,大连:1998.

[2]Misaka T.改善移动极板式电除尘器的可靠性[C].第十届国际电除尘会议论文集,广州:2006.

[3]何国良,赵锡勇,姚宇平,等.我国电力行业电除尘器与面袋除尘器的应用分析[J].电力环境保护,2007,23(6):4-6.

[4]ToshiakiMisaka.改善移动电极电除尘器的可靠性[C].第十届国际静电除尘学术会议论文集,广州:2006.

[5]ToshiakiMisaka,Yoshihiko,Mochizuki.移动极板式电除尘器的近期应用和运行成本[C].第十一届国际电除尘学术会议论文集,杭州:2008.

[6]Misaka T.移动电极电除尘器的最新应用和性能改进[C].第十一届全国电除尘学术会议论文集,杭州:2005.

[7]王三明.电除尘技术的发展与展望[J].环境保护,2005,(7):59-63.

Research on rotating electrode type electrostatic precipitator technology

The principle,structure,application and characteristic of a rotating electrode type electrostatic precipitato rwere introduced.The co llection efficiency formula for calculating the collect ion efficiency of the ro tating electrode type electrostatic prec ipitators was summ arized.The research on this electrostatic p recipitator show s:This techno logy can m in im ize the rapping re-entrainment.The em ission of electrostatic precipitator can be reduced significantly.The technology has good dust co llection effectiveness on high-resistivity dust.The precipitator can also save the field,space and power consumption.Compared w ith the o ther electrostatic precipitators,the rotating electrode type electro static precipitator established has more econom ical total cost,thus has w ider application pro spects.

ESP;rotating electrode;rapping re-entrainment;resistivity

X701.2

B

1674-8069(2010)05-018-03

2010-05-10;

2010-09-04

陈招妹 (1969-),女,浙江诸暨人,工程师,主要从事电除尘器设计及新产品研发工作。E-mail:czmfd@126.com