电除尘行业声波清灰器的应用

摘要：通过声波清灰器在某燃煤电厂电除尘器中的应用，介绍了声波清灰器的工作原理，并将声波清灰技术与机械振打清灰技术进行了对比试验，证明了应用声波清灰技术辅助机械振打清灰可以有效提高电除尘器的除尘效率。（Application of Sonic Dust Cleaner in ESP）
1 电除尘器工作原理
我国从事电除尘技术的研究起步较晚，到了20世纪70年代，电除尘器才在我国得到应有的重视和比较广泛的采用。电除尘器是一种用于捕集细微粉尘的高效除尘器，利用直流高压电源在电晕极和收尘极之间产生的强电场使气体电离，产生电晕放电，进而使悬浮尘粒荷电，并在电厂力的作用下，将悬浮尘粒从气体中分离出来并加以捕集的除尘装置。电除尘器有许多类型和结构，但其基本设计原理都是相同的。用电除尘器的方法分离，捕集气体中的悬浮尘粒主要包括以下几个过程：
（1）施加高电压产生强电场使气体电离，产生电晕放电；
（2）悬浮尘粒的荷电；
（3）荷电尘粒在电场力的作用下向电极运动；
（4）荷电尘粒在电厂中被捕集；
（5）电极清灰；
2 电除尘器电极清灰方法
  当电除尘器极板收集的尘粒层较厚时，会使击穿电压降低，电晕电流减小，尘粒的有效驱进速度下降，严重影响电除尘器的除尘效率。因此，有效及时的清除极板表面的积灰，是保证电除尘器高效运行的重要条件。电极的清灰方法主要有湿式清灰，机械清灰和声波清灰3种。后两种均属于干式清灰，其优点是清灰装置结构相对简单，易于维护，且清除下来的灰尘便于处置和利用，但存在的主要问题是在清灰过程中会产生二次扬尘。
2.1 声波清灰原理
      声波清灰是通过声波发生器把压缩空气变为具有一定能量的强声波馈入电除尘器的电场内，进行全方位传播。声波到达电除尘器的极板极线后，转化为机械能，与灰尘形成高速周期振荡，抵消气流中粉尘的表面粘附力，以阻止粉尘相互之间结合成一层硬壳。同时声波还能使已经结块的粉尘层疏松，使粉尘较容易地从电极或构件上脱落，从而达到清除积灰的目的。
声波清灰的本质是“波及”，由于声波是全方位传播（直达，反射和折射等），因而作用力的方向具有多向性，作用范围广，而其他清灰方式的作用力是“单向“的。所以辅以声波清灰会有很好的效果，但同时声波清灰也比较容易引发集中的二次扬尘。
2.2 机械振打清灰原理
机械振打清灰时，当极板受到振打力时，极板将振打力传递给灰层，在振打力的作用下客服灰层的摩擦力及粘附力脱离极板。振打清灰效果取决于振打的强度和振打周期。振打强度和周期应控制在适当的范围内，使极板上留有极薄的一层尘粒，否则加重二次扬尘和结构的损坏。
3 声波清灰与机械振打清灰方式的对比试验
某发电厂在1号炉南侧电除尘器在机械振打的基础上加装了声波清灰系统，北侧电除尘器未安装声波清灰系统，仅适用机械振打的清灰方式。为了对比两种清灰方式电除尘器的效率，在相同锅炉运行工况下，对南，北两侧的电除尘器同时测试除尘效率。
      该机组锅炉设备为东方锅炉厂制造生产的超高压参数，自然循环，一次中间再热，采用四角燃烧方式，固态排渣煤粉炉，制粉系统为中间存储仓式乏气送粉。该锅炉除尘器共有10台高压电源，每台主变担负南北两侧电除尘器的各一个供电分区，公20个供电分区。前12个供电分区的二次供电电压不小于48kV，二次供电电流不低于1A，后8个供电分区的二次供电电压不小于52kV，二次供电电流不小于1A。
锅炉主要参数如下：

机组电负荷：200MW	额定蒸发量：670t/h
汽包工作压力：15.19MPa	过热器出口压力：13.27MPa
再热蒸汽出口压力：2.5MPa	过热蒸汽温度：540℃
再热蒸汽出口温度：540℃	给水温度：240℃
给水压力：17.46MPa	排烟温度：140℃
燃料消耗量：77.7t/h

 电除尘器技术参数如下：

台数：2台	电场数：5个
处理烟气量：1600000m³/h	每台电除尘器烟气流通面积：205㎡
电场内烟气流速：1.08m/s	同极间距：406mm
通道数：2*34个	阳极板高度：14.84m
阳极板形式：BE	长高比：1.25
阳极板总有效面积：37571㎡	电场总有效长度：18.616m
阴极线形式：V15	阴极线总长度：79904m
比集尘面积：84.53㎡	烟气停留时间：17.2s
驱进速度：6.53cm/s	电除尘器本体漏风率：< 3%
电除尘器本体阻力：< 260pa	电除尘器入口含尘浓度：< 20g/Nm³
电除尘器出口含尘浓度：< 100mg/Nm³	设计除尘效率：99.60%
灰斗数量：2*18个	灰斗加热形式：蒸汽加热
灰斗料位计形式及数量：阻尼式  16台	振打形式：顶部电磁振打

3.1 两种清灰方式下除尘效率测试工况对比：
 两种清灰方式下除尘效率实验同时进行，锅炉在实验期间运行稳定，南北两侧排烟温度基本相同，两侧送引风机挡板开度，电流大致相同。实验期间的锅炉运行参数见表1，电除尘器运行参数见表2。从表2中实验期间电除尘器一，二次电压和一，二次电流记录数据上看，使用声波清灰方式的一侧一至五电场的二次电流平均值分别高出使用机械振打清灰方式的一侧 0A，0.65A，0.95A，0.29A，0.1A。
                                 表一 实验期间锅炉主要运行参数

项目		平均值
主蒸汽量/(t/h)	北	286
	南	314
主蒸汽压力/MPa		13.03
主蒸汽温度/℃	北	536
	南	533
给水压力/MPa		14.13
给水温度/℃		234
排烟温度/℃	北	140
	南	139
1号引风机	电流/A	66
	挡板开度/%	96.7
2号引风机	电流/A	66
	挡板开度/%	98.4
1号送风机	电流/A	16
	挡板开度/%	94.3
2号送风机	电流/A	17
	挡板开度/%	96.9

表二 实验期间电除尘器主要运行参数

电场编号	记录参数	北侧（未装声波清灰器）	南侧（加装声波清灰器）
一电场	一次电压/V	210	290
	一次电流/A	207	253
	二次电压/kV	49	57
	二次电流/A	0.8	0.8
二电场	一次电压/V	247	280
	一次电流/A	140	267
	二次电压/kV	63	51
	二次电流/A	0.5	1.15
三电场	一次电压/V	160	252
	一次电流/A	63	273
	二次电压/kV	46	47
	二次电流/A	0.2	1.15
四电场	一次电压/V	303	260
	一次电流/A	207	302
	二次电压/kV	60	46
	二次电流/A	0.9	1.19
五电场	一次电压/V	368	275
	一次电流/A	193	272
	二次电压/kV	56	45
	二次电流/A	1.05	1.15

 3.2 实验结果
参照相关国家标准，在相同锅炉运行工况下，南，北两侧的电除尘器效率的实验结果见表三，四。
表三 北侧电除尘器（未装声波清灰）的测试数据

项目	入口1	入口2	出口1
标干烟气流量/(Nm³/h)	173 120	198 629	379 960
烟气动压/Pa	49	66	64
烟气静压/kpa	-1.46	-1.39	-1.5
烟气全压/kpa	-1.43	-1.34	-1.45
测点处烟气流速/(m/s)	9.60	11.22	11.05
烟气温度/℃	138	146	144/
采样截面面积/㎡	9.3	9.3	18
大气压力/kpa	89.62	89.62	89.62
烟气含湿量/%	6.8	6.8	6.8
烟气含氧量/%	/	/	4.1
过量空气系数	/	/	1.2426
测试工况下湿烟气流量/(m³/h)	321 408	375 646	716 040
实测烟尘浓度（mg/Nm³）	29 893	30 323	122
折算烟尘排放浓度（过量空气系数为1.4）（mg/Nm³）	/	/	108
电除尘器效率/%	99.59

表四 南侧电除尘器（加装声波清灰）的测试数据

项目	入口1	入口2	出口1
标干烟气流量/(Nm³/h)	177 452	208 102	398 959
烟气动压/Pa	53	71	70
烟气静压/kpa	-1.41	-1.4	-1.44
烟气全压/kpa	-1.37	-1.35	-1.39
测点处烟气流速/(m/s)	10.05	11.56	11.40
烟气温度/℃	147	139	137
采样截面面积/㎡	9.3	9.3	18
大气压力/kpa	89.62	89.62	89.62
烟气含湿量/%	6.8	6.8	6.8
烟气含氧量/%	/	/	4.4
过量空气系数	/	/	1.2651
测试工况下湿烟气流量/(m³/h)	336474	387029	738720
实测烟尘浓度（mg/Nm³）	30160	28406	65
折算烟尘排放浓度（过量空气系数为1.4）（mg/Nm³）	/	/	59
电除尘器效率/%	99.77

4 实验分析
影响电除尘器性能的因素有很多，可大致归纳为4大类：粉尘特性；烟气性质；本体结构参数及性能；供电控制质量。此次实验检测样品为同一台锅炉的2台电除尘器，该条件保证了此次对比实验的粉尘特性相同，2台电除尘器的本体结构，供电质量大致相同。从实验测试的数据可以看出烟气性质也大致相近，北侧（未安装声波清灰系统）平均烟气温度为142℃，平均烟气流速为10.41m/s,入口平均烟尘浓度为30108mg/Nm³，处理烟气量为697054m³/h(标干烟气量为371 749Nm³/h)。南侧（加装声波清灰系统）平均烟气温度为143℃，平均烟气流速为10.81m/s,入口平均烟尘浓度为29283mg/Nm³，处理烟气量为723503m³/h,(标干烟气量为385554Nm³/h)。从上述实验工况描述可以看出此次实验得出的数据是具有可比性的。
从实验结果上看，加装声波清灰系统的一侧除尘效率略高于仅使用机械振打清灰方式的一侧0.18%，出口烟尘浓度降低49mg/m³。
从实验期间除尘器参数来看，北侧除尘器（未装声波清灰）二次电流值大多比南侧（加装声波清灰）除尘器要低，而极板积灰过多，电晕线肥大，放电不良及振打装置故障或周期过长，都可能是导致二次电流值偏低的原因。
5 结论
在该电厂的特定工况条件下，可以看出加装声波清灰的效果要比单独机械振打清灰效果好。在声波有限作用范围内，能作用到电除尘器内的任何死角，声波助清灰增大清灰强度，弥补了原机械振打机构振打力定向传递且容易衰减的缺陷，使电除尘器极板，极线表面积灰层得到有效，及时清除，增加了电厂强度，增强了极板的收尘能力，使电除尘器的除尘效率得到提高。但声波清灰要注意其声波强度和使用频率，避免电场内烟尘二次飞扬。
但是 声波清灰效果受烟尘工况特性的影响较大，当含尘介质湿度小，吸湿性粉尘含量低，流动性好时效果明显，而对于湿度较大的粘附性粉尘则效果不佳。所以，目前安装在电除尘器中的声波清灰器分布合理的情况下，可以辅助机械振打，弥补机械振打力不足，达到*佳清灰效果。
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