预荷电收尘装置改善电除尘收尘效率的研究

林航英，陈晓雷，章华熔

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

1 引言

电除尘器在工业化烟气除尘中发挥着巨大的作用，特别是在燃煤电厂烟气除尘中。电除尘器进口喇叭作为入口烟道与除尘器的过渡段，担负着将入口烟道内的高风速气流转化为除尘器运行所需低风速气流的作用，同时，为了使进入除尘器的气流、粉尘及温度场分布更加均匀，通常在进口喇叭内部增设三层气流均布装置。通过上述技术特点可知，在相当于除尘器一个电场长度的空间内，仅仅只布置三层气流均布板，造成进口喇叭空间的极大浪费[1，2]。同时，随着烟尘排放标准的不断提高，现有燃煤电厂老旧机组场地条件限制与超低排放的矛盾更显突出，如何有效利用进口喇叭现有空间以进一步提高电除器收尘性能成为各设备厂家研究的方向。

2 现有技术方案及技术缺陷

2.1 现有技术方案

常规气流分布板作为气流均布的一种手段，其作用仅仅只是让烟气进入除尘器之前由无序状态转化为有序状态，无法对粉尘进行捕集。电除尘器理想的收尘情况是进口喇叭内均流过的烟气进入除尘器电场内部后，其携带的粉尘通过阴极放电获得自由电荷，从而实现粉尘荷电。但在实际运行过程中，粉尘荷电需要一定的时间，在此时间内，粉尘将被电场内的高风速裹挟向电场后部移动，从而出现在某段时间范围内，粉尘只荷电而不被收集的现象。在这段粉尘只荷电不收尘的时间内，除尘器电场内部前2—3块阳极板收尘效果有限，造成设备总集尘面积的浪费，除尘效率降低。而现有技术往往只是在进口喇叭内部布置三层气流均布板，虽然能够有效解决气流偏流问题，但无法实现让粉尘预先荷电。

国内外部分设备厂家也注意到该空间的利用价值，先后推出了如凝并式气流分布板装置、筛网状气流均布板装置、电湍耦合强化凝并技术等[3]。前者充分利用了粉尘的凝并特性，使粉尘在进入除尘器前预先“长大”，后者则利用筛网孔径小的原理，实现粉尘预先拦截，更有甚者，将除尘器第一电场前分布板拆除，利用原两层分布板空间位置布置一个小型电场，从而实现增大集尘面积的目的。

2.2 现有技术缺陷

无论是凝并式气流分布板还是筛网状气流分布板，其原理都是机械除尘，存在一定的局限性。例如，筛网状气流分布板在长时间运行后会造成筛网堵塞、除尘器运行阻力增加、能耗增大等一系列问题。

利用原两层分布板空间布置小型电场的措施虽然能够增加除尘器的集尘面积，但该方式是在拆除一层分布板的条件下实现的，气流的均匀性将受到极大的影响，从而导致气流大幅偏流，非但无法提升除尘效率，反而可能导致除尘效率下降。

3 预荷电收尘装置研究

3.1 研究目的

基于现有各种形式分布板存在的技术缺陷以及增设小型电场存在的技术弊端，预荷电收尘装置作为一种理想的方式被提出。其研究的目的一方面需要解决气流分布板不收尘的问题，实现气流分布板既有气流分布的效果，又有粉尘收集的能力；另一方面需要使粉尘在进入除尘器前实现预荷电，释放电场内部前2—3块阳极板的收尘面积，保证阳极板的有效利用，提高除尘效率。另外，由于气流分布板兼具一定的收尘能力，而且释放了电场内部前2—3块阳极板，后续电场所需集尘面积可以适当降低，有利于实现除尘设备的小型化。

3.2 预荷电收尘装置组成

该预荷电收尘装置主要可分为预荷电装置和收尘装置两个部分。

预荷电收尘装置见如图1。

图1 预荷电收尘装置示意

3.3 预荷电收尘装置工作原理

在电除尘器停炉检修中发现，电场内部第一电场前端阳极板往往比其他阳极板更干净，收尘情况的差异说明前端阳极板在工作过程中未起到应有的收尘作用。同时通过气流模拟实验证明，烟气在通过进口喇叭后进入电场内部还能保持较高的流速，粉尘在第一电场前端阳极板完成收尘工作之前就会被高风速带入后部电场，造成前2—3块阳极板收尘能力下降，除尘效率降低。

预荷电收尘装置充分利用进口喇叭内部空间，采用“W”型凝并式气流分布板代替常规气流分布板，该分布板能够使粉尘实现一定程度的“长大”，而且烟气通过该多孔板后，气流分布更均匀，气流均布系数由常规的0.2提升至0.12[4]（见图2）。

图2 “W”型凝并式气流分布板示意

在“W”型凝并式气流分布板前设置板前预荷电装置，该板前预荷电装置由阴极框架、绝缘系统及顶部电磁锤振打系统等组成（见图1），使分布板在进行流场稳流及浓度场二次分配的基础功能上兼具有一定的收尘能力。板前预荷电装置与“W”型凝并式气流分布板组合成类似于阴阳极配的形式（见图3），含尘烟气经过上述组合区域时，粉尘实现荷电并被“W”型凝并式气流分布板收集。板前预荷电装置及“W”型凝并式气流分布板装置顶部均设有顶部电磁锤振打装置，实现定时清灰。

图3 预荷电与收尘装置形成的极配形式

该板前预荷电装置可以根据除尘器入口粉尘浓度的高低及入口烟气流速的大小灵活布置层数，可以为3层结构，也可以单独布置于第3层分布板前（见图4）。

图4 预荷电装置布置情况

由于前级荷电后的粉尘被部分捕集且在通过气流分布板后电荷会有一定的“丢失”，在第3层凝并式进口多孔气流分布板后设置加强型预荷电装置，使荷电能力最大限度得到强化，该板后加强型预荷电装置由阴极框架、阴极线、绝缘系统及顶部电磁锤振打系统等组成。含尘烟气流经该装置后实现最大能力的荷电，并直接进入第1电场内部，使第1电场内前2—3块阳极板收尘能力得到最大程度释放，除尘设备相对可以更小型化。该板后加强型预荷电装置顶部设有电磁锤振打装置，可以实现定时清灰。

供电电源可采用独立电源，也可以与第1电场共用。当采用独立电源供电时，极距可以根据粉尘特性进行灵活调整。当与第1电场共用电源时，极距需与第1电场保持一致，同时，为避免板前预荷电收尘装置运行故障对第1电场的影响，两者间需设置隔离开关柜，保证两个系统能够单独独立运行。

4 结语

电除尘器使用预荷电收尘装置，其预荷电装置可以使粉尘进入除尘器电场内部前实现荷电，结构方面可分为板前预荷电和板后加强型预荷电装置，可以根据除尘器入口粉尘浓度的高低来设置板前预荷电装置的层数，布置灵活。其收尘装置不仅具有气流均布和粉尘凝并的作用，而且能与预荷电装置形成阴阳极配形式，实现对粉尘的预先收集，释放除尘器内部电场的收尘面积，利于设备小型化。在实际应用中，该技术与部分新技术组合，实现了4电场出口≤25mg/Nm3的排放要求，极大地节省了投资成本。