提高粗煤气电收尘器性能的探讨

王自学， 李 丽， 樊 卉

（河钢邯钢邯宝钢铁有限公司， 河北 邯郸 056003）

高炉冶炼过程中要产生大量的煤气，这些荒煤气的含尘量很大（10～40 g/m3），必须经过净化处理后，使之含尘量降到10 mg/m3以下才可以回收利用。煤气含尘量的降低由电收尘器来完成。

电收尘器是利用静电力（库仑力）实现粒子与气体分离沉降的装置。其除尘过程可以分为粒子荷电、粒子沉降和粒子清除三个阶段。通过对含尘煤气施加一电位梯度有所变化的非均匀电场（直流高电压），使之在放电极的电晕区域内电离（含尘煤气在电场加压过程中，经历饱和区电子与中性原子的弹性碰撞，无声自发放电二次放电段和电晕区电离放电三个阶段），生成大量的自由电子和正离子，在库仑力的作用下，荷电离子被驱往集尘极，到达集尘极表面放出电荷而沉积其上，从而实现高炉煤气的净化处理，在这一过程中，电收尘器的收尘性能是直接制约高炉煤气净化系统净化能力的因素[1]。

影响电收尘器收尘性能的因素很多，其中粉尘的比电阻对电收尘器性能的影响最为突出。主要表现在两方面：第一，在通用的单区板式电收尘器中，电晕电流必须通过极板上的粉尘层传导到接地的电收尘极上。如果粉尘的比电阻值超过临界值时，电晕电流通过粉尘层就会受到限制，从而影响粉尘粒子的荷电量、荷电率和电场强度，最终导致电收尘器收尘效率的降低。第二，粉尘的比电阻对粉尘的黏附力有很大的影响，粉尘的高比电阻导致粉尘的黏附力特别大，以至于清除集电极上的灰尘层需要加大振打强度，使得灰尘出现大于正常情况下的二次飞扬，最终降低除尘效率。

1 影响电收尘器收尘效率的因素

根据多依奇一安德森方程式：

η为收尘效率；S为总集尘极板面积；Q为含尘气体的流量；wp为粒子有效驱进速度（在工业电除尘器中，有效驱进速度大致范围是0.2～2.0 m/s）。

可以归纳出影响电收尘效率的因素为如下几方面：

1）粉尘特性的影响，粉尘特性有粉尘粒径、粉尘浓度和粉尘黏附性。粉尘粒径对粒子的有效驱进速度和除尘效率影响很大，其关系如图1、图2所示。粉尘黏附性过强会造成电晕线肥大和集尘极板粉尘堆积，影响电场临界电晕电压，降低收尘效率。

图1 驱进速度与粒径的关系

图2 除尘效率与粒径的关系

2）含尘煤气的性质。含尘气体的性质包括温度、湿度、压力、组成和气流通过收尘器的速度等几方面。

3）粉尘的比电阻。其中以粉尘比电阻对电收尘器收尘效率的影响最大。

电收尘器运行的最适宜比电阻范围一般为104～2×1010Ω·cm。如果比电阻过低，带负电的粒子到达集尘极后，释放负电荷的同时又感应了正电荷，在斥力的作用下，粒子会重返气流或跳跃式地沿着极板表面前进，从而降低收尘效率，甚至造成灰尘的二次飞扬。反之，如果粒子比电阻过高，则到达集尘极的粒子释放电荷很慢，甚至有残余电荷。这样会排斥随后而至带同性电荷的粒子，并影响其沉降。而且随着极板上粉尘层的不断变化，在粉尘层和极板之间形成了一个电压降，以至于粉尘层空隙中的气体被电离，即反电晕，其结果使集尘电场强度减弱，影响了粒子的沉降和收尘效率。

2 影响粉尘比电阻的因素

影响粉尘比电阻的因素很多，但在实际情况下决定于粉尘和气体的温度和成分。粉尘比电阻随温度和成分的变化而变化。当温度超过225℃以后，粉尘的比电阻随温度的升高而降低（粉尘导电主要靠粉尘自身内的电子或离子进行所谓容积导电），与含尘气体的成分无关；当温度低于140℃时，粉尘的比电阻随温度的降低而降低（粉尘导电主要靠尘粒表面吸附的水分和化学膜进行的所谓表面导电），并与含尘气体的成分有关，其关系如图3所示。

图3 温度-比电阻的关系

在容积导电占优势的高温范围内，粉尘比电阻就称之为容积比电阻，其值随温度升高而减小。同样道理，在表面导电占优势的低温范围内，粉尘比电阻称为表面比电阻，其值随温度升高而增大，随含水率增大而减小。如果在容积导电和表面导电的中间温度范围内，粉尘比电阻是容积比电阻和表面比电阻的合成。此时，粉尘的比电阻值将达到最高值，在高炉煤气净化系统中应当尽量避免这种情况的出现[2]。

3 降低粉尘比电阻的措施

由于粉尘高比电阻的存在，使得电收尘器的收尘效率受到了很大的影响。其影响曲线如图4所示。

图4 收尘效率-比电阻曲线

从图4可以看出，降低粉尘比电阻可以大幅度提高收尘效率。降低粉尘比电阻有三种途径。

3.1 进行调质处理

所谓调质处理就是向高炉煤气中加入导电性能好的物质，比如：炭黑、SO2、NH3、喷水和水蒸汽等。通过增加粉尘的导电性能，提高收尘效率。

3.2 采用高温电除尘器

粉尘有体积导电与表面导电两种机理。温度超过225℃时粉尘以体积导电为主；低于140℃时以表面导电为主。如果温度介于两者之间时，粉尘的比电阻值会达到最大值（见图3），通过提高温度就可以降低比电阻。

3.3 采用脉冲供电系统

常规电收尘器用自耦变压器人工降压，用机械整流器供电。这种供电方式要求供电电压尽可能高。但电压升高到一定值后，将产生火花放电，放电的同时极间电压下降。火花的扰动使极板上产生粉尘二次飞扬。

脉冲供电系统的简单原理是通过改变脉冲频率使电收尘器的电晕电流在很宽的范围内调节（与收尘器的电压无关）。因此可以将电晕电流调整到反电晕的极限，而不降低电压。

脉冲供电系统与传统供电系统相比具有两大优点：第一，可控制收尘器的火花率不超过限定值而输入功率保持最大的允许值；第二，可以避免人工控制时电压运行参数的漂移，避免由于频繁调节而出现的跳闸现象，使电收尘器在稳定状态下运行。通过采用脉冲供电系统可以增加电收尘器电场收集高比电阻粉尘的能力。

4 结语

粉尘的高比电阻是制约电收尘器收尘性能的重要环节。为了提高收尘效率，可综合采用以上三种途径来降低粉尘的比电阻值，尤其是改变脉冲频率对降低粉尘比电阻和提高电收尘器性能效果更明显。目前改变脉冲频率来降低粉尘比电阻已在高炉煤气除尘系统中有所应用，并取得良好效果。

[1]傅作保.工业废气净化技术[M].北京：冶金工业出版社，1975.

[2]余志祥.变频控制[M].北京：电子工业出版社,1982.