清灰方式对电除尘器清灰效果的影响分析

朱婉莹，王 榜，黄悦峰，张启鹏，朱运林

（广西大学机械工程学院，广西制造系统与先进制造技术重点实验室，广西 南宁530004）

清灰效果对电除尘器的除尘效率有着显著的影响，有效地清灰是保障电除尘器持续高效地运行的重要一步，如果没有把电级上的积灰清除干净，将引起供电功率下降从而导致电除尘器的除尘效率降低[1]。机械清灰、湿式清灰和声波清灰这三种不同清灰方式是市面上电除尘器主要采用的除尘方式。本文通过对这三种电除尘器性能特点的比较，为不同场合应选择哪种电除尘器提供借鉴。其中机械振打清灰方式因其装置构造简单、动力消耗低、维护管理方便被广泛使用，根据振打清灰原理，分析对电除尘器效率影响的主要因素，提出优化方案，以达到提高电除尘器除尘效率，优化其性能的目的。

1 电除尘器清灰方式

1.1 湿式清灰

湿式电除尘器通过颗粒物荷电将灰尘吸附于极板，并通过水流将吸附在极板上的灰尘清除。溢流法和喷淋法是湿式清灰的两种主要方法。其中溢流法是通过溢流水形成的从上到下连续不断的水膜把收尘电级表面的粉尘带走，而喷淋法是利用喷嘴向除尘器内喷雾，水滴沉降在收尘级表面，将粉尘一起带走[2]。主要优点有：①因为粉尘被水膜捕集，可以避免二次扬尘，又因为水是比较好的导电体，所以避免了电阻率大的问题。②湿式电除尘器在捕集烟尘的同时还可以把空气中的SO2、SO3、HF和HCL等有害气体清除一部分。主要缺点有：①水流稍有不均匀，就会在极板上造成局部的干区。干湿交界处会出现粉尘堆积，导致电气条件发生变化，在不太高的电流、电压下会出现频繁的火花放电。②经湿式电除尘器处理后的气体被水气饱和后，可能带有酸性而且气体温度低，排入大气不能很好地扩散。结果，冷凝物降落下来可能对周围环境造成不良影响。③湿式电除尘器可能产生严重的腐蚀，需要采取预防措施[3]。

1.2 声波清灰

声波清灰是通过声波发生器把压缩空气变成具有一定能量的强声波馈入除尘器电场空间，所用声波到达除尘器的极板后，转化为机械能，与沉积粉尘形成高速周期震荡，抵消气流中粉尘的表面黏结力，阻止粉尘相互之间结合成一层硬壳，同时，声波使已结块的尘层疏松，从而使粉尘从极板上脱落。主要优点有：①声波清灰是对整个电除尘器内部的清灰，有效作用范围大，具有“全面性”。②声波清灰的机理是“波及”，其作用力是“交流”量，作用力的方向具有多向性。而振打清灰的作用力是“直流”量，作用力的方向具有单向性，所以声波清灰具有更好的清灰效果。主要缺点有：①粉尘层由于受到声波的直接作用，高速周期振荡的声压下，相互之间的黏结力会有所抵消，容易松散，形成粉尘的二次飞扬。同时，已从板面脱离正沉降的沉团和正向电机移动的粉尘离子也会受到声波的作用，引起粉尘的二次飞扬。②“声波泄漏”是客观存在的问题，因此，声波清灰技术对密闭工作的要求很高[3]。

1.3 机械清灰

利用重力、惯性力及离心力等作用，将粉尘与气体分离开来的设备，称为机械式除尘装置，其主要类型有重力除尘装置、惯性除尘装置及旋风除尘装置三种。这类除尘装置的造价比较低，维护管理方便，耐高温，耐腐蚀性，适用于含湿量大的烟气，因而广泛应用于工业生产中[4]。但一般来说，这类除尘装置对大粒径粉尘具有较高的分离效率，而对小粒径尘粒的捕获率相对较低，因而这类除尘装置常在去除大颗粒粉尘及除尘效率要求不高的场合下使用，有时也作为多级收尘系统的前置预收尘装置。主要优点有：①结构简单，投资少，耐高温耐腐蚀，适用范围广。②对大粒径粉尘具有较高的分离效率。主要缺点有：①被振打下来的粉尘易被粉碎，引起二次扬尘问题。②对小粒径尘粒的捕获率相对较低[3]。

比较上述三种不同清灰方式的电除尘器，可以看出：湿式清灰需要对极板冲洗系统精心设计，以保证整个收尘极板表面上水流均匀，从而顺利清尘，同时需要对防腐、生垢以及污泥处理等问题加以考虑；声波清灰由于起步较晚，一些技术问题难以解决，所以相对而言发展较慢，应用范围没有湿式清灰和机械清灰广泛；机械清灰由于其结构简单，维护方便，在工业生产中得到广泛应用。在机械清灰中最常使用的是振打清灰，但振打清灰容易引起粉尘二次飞扬。既要清灰效果好，又要二次扬尘小，是振打清灰技术的关键。下面着重研究影响振打清灰效果的相关因素，提高电除尘器除尘效率，优化其性能。

2 振打清灰及相关要素分析

2.1 振打清灰电除尘器的原理

振打清灰是用一较小物体（锤）去打击一很大物体，使受振动体产生冲击振动，振打接触时间很短，一般在0.1～0.2 ms.因此，即使耗用能量很小，瞬时冲击力却很大。这种瞬间敲击脉冲力是由无限多个简谐力叠加而成，作用在受振物体上，引起一连串的谐振反应。高频谐振能使受振物体获得较大的振打加速度。电极上的粉尘层获得的惯性力克服了作用在粉尘层上的电场力和黏附力使粉尘脱落。

振打清灰电除尘器因其耗用能量少，清灰效果好，因此得到广泛的应用，国内大部分电除尘器是采用振打方式来清灰的。其中，从振打方式上主要分为两种，一种是挠臂锤机械振打，一种是电磁锤式顶部振打。挠臂锤机械振打装置由电动机通过减速带驱动传动轴转动，轴上的锤头提升到最高势能位置时回转下落，振打阳极板排下端振打杆的砧板。各排阳极板的振打互相错开一定时间依次进行。电磁振打装置是通过凸轮，电磁锤振打器将振打杆提升到一定高度，然后自由下落撞击阳极板排。

2.2 振打清灰的主要影响因素分析

2.2.1 振打制度

振打制度（振打时间及间隔）是振打清灰效果的一个重要决定性因素。合理的振打制度应该是根据粉尘堆积到适当厚度再进行振打。若两次振打的时间间隔太短，在收尘极板表面上尚未形成适当厚度的粉尘层，粉尘层很容易被击碎成单个粉尘颗粒，再次被气流带走，降低电除尘器的除尘效率。相反，若两次振打的间隔时间太长，粉尘层在收尘极堆积太厚，将会使振打的惯性力减少，从而使粉尘不易脱落极板[5]。因此，每台电除尘器都存在一个最佳的振打清灰制度。通过试验来确定振打间隔时间及振打力，以保证振打时产生的二次扬尘最少。对运行基本一致的电除尘器，在7种不同振打的类型下，同日内两次实测，数据列于表1.

表1 不同振打制度下电除尘器的除尘效率[2]

从表1中可以看出，振打制度对除尘效率的影响很大，在测试的几种振打制度中，连续振打的效果最差。前面振打时间间隔短，后面振打时间间隔长，振打效果最好。遇到粉尘细、黏附性强、黏度大的工况，可适当缩短振打时间，以防止电极板严重积灰[5]。

2.2.2 振打强度

振打强度同样对清灰效果起决定性作用。振打强度一般用极板面的法向产生的振打加速度表示。极板的振打加速度应恰到好处，过大会使极板上剥落的粉尘不能形成片状或团状落下，细小的尘粒容易被气流带走，使二次飞扬加剧，同时，振打力太大将使锤头与振打砧的寿命缩短，极板连接系统产生松弛，反过来导致极板振打加速度减少。相反，振打力不足，极板上积灰越来越多，导致除尘效率下降。为了达到上述目的，必须使极板上每点的振打加速度均大于某一数值，该值是使粉尘从极板上脱落的最低值，或称最小振打加速度。一台电除尘器，若没有类似的数据可借鉴，则需对收尘极板和放电线进行振打加速度测定，以检验能否达到要求的最小的振打加速度和被测平面上振打加速度分布的均匀程度。

振打加速度的测定方法及步骤：测定收尘极或放电极构件上某一点的振打加速度，需要在该点安装一个加速度计，并将加速度计的引线接在电荷放大器上，电荷放大器的输出线接在冲击式电压表的输入插头内（如图1所示）。构件受冲击时产生的振打加速度变为电信号，经过电荷放大器放大，在电压表上读数。测量振打加速度的主要步骤：

图1 振打加速度测定系统

（1）振打系统样品的确定。确定某一组电除尘器作为样品进行测定时，应根据测定的目的来选择。如果要了解板面加速度的大小，可选择积灰适中的一组极板；如果要确定某种粉尘所需要的振打加速度值，则选择板面积灰不超过要求厚度的一组极板。

（2）测点布置。9 m以下的极板，每隔1.5 m布置一个测点；9 m以上的极板，每隔2 m布置一个测点。在极板与冲击杆连接处，应根据需要来确定每个样品的测点。

（3）加速度计的安装。由于现场条件不同，加速度计与极板的连接方式可用螺栓，也可用粘连剂。

（4）测试记录。测定时，应对板排逐块逐点进行，同时作好记录。每点记录3次。可从中看出振打力的稳定性和重复性。

（5）振打效果的判定。从清灰的角度来判定振打效果时，为使粉尘的二次飞扬降低到最小程度，仅用最小振打加速度来衡量是不全面地，还必须使极板的振幅与频率不处于极大值和极小值。从振打加速度分布均匀性的角度来判定振打效果时，可采用均方根值法进行计算：

式中，σ为加速度分布均方根；g为板面测点加速度的平均值；gi为第i点的加速度值；n为测点数。

σ值愈小，加速度分布愈均匀。我国大小不同的电除尘器的实测结果，σ值一般在30%～70%之间，因此，σ值小于45%可认为加速度分布是比较均匀的[5]。

用模拟试验的方法确定最小振打加速度。各种粉尘最小振打加速度均不相同，通过模拟试验的方法来确定粉尘的最小振打加速度。模拟试验装置如图2所示。

图2 电除尘器振打试验系统

试验是在常温下进行的，粉尘未经任何处理，在极板上堆聚厚度为2～4.9 mm.测得几种粉尘的振打力与剥落率分别见表2及图3.

表2 极板清灰剥落率与振打力关系

图3 各种粉尘剥落率与振打力的关系

由表2和图3可以看出，不同粉尘粒子在不同振打力下的剥落率各有不同，所以振打清灰要考虑的另外一个重要因素是粉尘粒子的性质。粉尘层作为整体之所以能黏附在收尘极上，是因为有电力、极板表面与尘粒之间的黏附力和范德华力作用的结果，其中电力是通过粉尘层的离子电流所产生的。对于离子电流所产生的电力，能使高电阻率粉尘牢牢地附着在电极上，需要较强的振打冲击力；对于像锅炉飞灰这样低电阻率粉尘，附着力不强，就不需要较强的振打冲击力。

3 结束语

本文通过对湿式清灰、声波清灰和机械清灰三种不同清灰方式的电除尘器应用和性能方面优缺点的比较，为电除尘器的选择提供了参考。并根据不同粉尘粒子的性质，确定了对清灰效果起决定性作用的振打制度和最小振打加速度，找出了优化方案。

参考文献：

[1]王俊民.电除尘工程手册[M].北京：中国标准出版社，2007.

[2]黎在时.电除尘器的选型安装与运行管理[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3]唐敏康.高压静电场中粉尘离子的电气性能[M].北京：化学工业出版社，2010.

[4]闫克平.电除尘技术发展与应用[J].高电压技术，2017，43（2）：476-486.

[5]ZHU J，HAO Q，YAO Y，et al.Effects of high-voltage pow er sources on fine particle collection efficiency with an indus trial electrostatic precipitator[J].Journal of Electrostatics，2012，70（3）：285-291.