影响水泥窑头电除尘器收尘效率的因素

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中图分类号：TQ 72.688. 文献标识码：B 文章编号： 008-0473(20 6)02-006 -0 DOI 编码： 0. 6008/ki. 008-0473.20 6.02.0 2

影响水泥窑头电除尘器收尘效率的因素

侯广超1、2 杨建玺1

1. 河南科技大学机电工程学院，河南 洛阳 471003；

2. 河南中材环保有限公司，河南 平顶山 467002

摘 要 电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子(尘粒或液滴)的装置，其效率受粉尘比电阻、电源、清灰控制、内部件变形、电除尘器规格、制造安装质量、气流分布及设备漏风等因素的影响。当前水泥窑头电除尘器使用中出现的问题，大部分是项目操作不当造成的，并不是电除尘器技术本身不适用或达不到引起的。

关键词 电除尘器 收尘效率 反电晕 比电阻 高压电控 气流分布

0 引言

我国在大型窑炉烟尘治理方面，电除尘器的应用已极其普遍，钢铁、电力、建材、有色冶金等行业，对电除尘器的设计、制造及使用维护都积累了大量成熟的经验。但当前，电除尘器技术遇到了前所未有的挑战。就水泥行业来说， 2005年之前，窑头和窑尾烟气的粉尘治理绝大多数使用电除尘器，2005年之后，国家实施<50 mg/Nm 3排放标准，新建项目大多放弃电除尘器而选用袋式除尘，许多已有的电除尘器也改造成袋式除尘器或电袋复合除尘器。造成这一现象的原因：其一是环境保护法规对废气中粉尘含量的排放指标有所提升并且还有进一步提高的趋势；二是袋除尘技术的发展和应用已取得丰硕的成果，正逐步扩大和占领大型废气处理市场；三是现役电除尘器的工作效率受工况条件等各种因素的影响，难以稳定实现达标运行。2013年，最新颁布的GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》又将排放标准提高到<30 mg/Nm 3，部分地区执行 <20 mg/Nm 3的标准。

无可否认，受商业利益驱动，各大设计院所和电除尘器制造商对电除尘器的技术问题较少投入精力开展研究和探讨，而是把主要目光放在如何获取商机和商业利益方面，以致于把原先用来做电除尘器试验的装置废弃不用甚至予以拆除，也就难免在电除尘器技术研发和创新方面收效甚微[1]。

就现有电除尘器而言，仍有一定的潜力可

挖。当前电除尘器使用中出现的问题，大部分是项目操作不当造成的，并不是电除尘器技术本身不适用或达不到要求引起的。值得欣慰的是，电除尘器技术发展到今天，对应用中存在的技术难题，都有了系统有效的解决方案，从而提高了电除尘器的性能。

本文从电除尘器的原理入手，对影响水泥窑头电除尘器收尘效率的因素进行逐一分析，以期找到提升收尘效率的途径。1 电除尘器的工作原理

电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置，如图1。含尘气体在不均匀高压强电场中发生电离，气体中的粉尘荷电并在电场力作用下沉积于相反电极，粉尘从含尘气体中分离出来。与其他除尘器的根本区别在于：除尘过程的分离力（主要是静电力）直接作用在尘粒上，而不是作用在整个气流上。

图1 电除尘器工作原理

电除尘器完成粉尘捕集主要有以下五个过

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程：

（1）当含尘烟气通过两极之间后，外部电源向电场施加直流高电压产生强电场使气体电离，产生电晕放电；

（2）电晕产生的电子和正负离子就会吸附到粉尘的表面使粉尘荷电；

（3）荷电粉尘在电场力的作用下会向与其极性相反的方向移动；

（4）荷电尘粒最后被极性相反的极捕获，完成了粉尘与气体的分离，即除尘作用；

（5）当两极（阴、阳极）上的粉尘积到一定厚度时会影响电晕放电和其它粉尘的运动，通过振打装置将沉积在两极上的粉尘清除掉使两极再生，即振打清灰。

以上就是电除尘器工作的五个过程，即电晕放电、粉尘荷电、向两极运动、沉积到两极上和振打清灰。

2 影响水泥窑头电除尘器收尘效率的因素2.1 比电阻的影响

粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的指标，对电除尘器性能的影响最为突出。沉淀在电极表面的粉尘必须具有一定的导电性，这样才能传导从电晕放电到大地的离子流，使吸附在电极上的粉尘释放电荷并通过振打机构达到清灰目的。

导电性不良的尘粒在阳极板沉积后，由于电荷不容易释放，极板粉尘层逐渐增厚，在粉尘层间发生局部放电，反而从阳极板上放射出大量的正电离子的尘粒，这种现象称之为反电晕。实践证明这是因为粉尘的比电阻超过5×1010 Ω·cm所致，当粉尘的比电阻超过1011 Ω·cm时，反电晕现象就更加严重了，见图2。始发的反电晕会导致火花放电电压的降低，严重的反电晕能使阳极板上产生大量的正离子放电，与来自阴极的负离子尘粒中和，而变成中性分子的尘粒随气体携出电除尘器以外，收尘效率消失殆尽。反电晕放电时，尘粒电荷将大大减少，而正电性和中性尘粒的数量可能相等，甚至超过负离子的数量。由此可见，粉尘的比电阻是影响电除尘器性能的重要因素。一般认为，粉尘的比电阻值在104至5×1010 Ω·cm范围内是中阻值，不易出现反电晕现象。

从图2可以看出，当粉尘的比电阻低于104 Ω·cm 时，粉尘因频繁的荷电及放电，而发生跳跃现象，进而逃逸出电除尘器，此时的收尘效率低下。而当粉尘比电阻高于1011 Ω·cm，粉尘荷电不稳定，收尘效果下降。当比电阻高于1013 Ω·cm时，粉尘出现反电晕现象，电除尘器丧失功能[2]。

图2 比电阻和收尘效率的关系

国家在严格控制水泥熟料生产粉尘污染的同时，对水泥窑废气中的余热通过低温余热发电技术加以利用，既实现了能量的合理利用，又能在某种程度上减少火电生产造成的污染。在政策扶持下，低温余热发电给水泥熟料生产企业带来很好的经济回报。始料所不及的是：在水泥窑废气余热得到有效利用之际，窑头、窑尾电除尘器的出口废气粉尘排放浓度大幅增加。其原因，是由于烟气温度以及烟气含水率的改变使得烟气中的粉尘导电性发生了改变（见图3），粉尘在静电除尘器内捕集效率大幅下降。

图3 水泥窑头熟料粉尘比电阻与废气温度及

废气含水率的关系

从图3可以看出，对窑头电除尘器而言，当烟气温度在180～200 ℃以上时，粉尘的导电性尚可，按传统选型设计的电除尘器在设备状态完好情况下可获得预期的收尘效率；在环保标准提高的情况下，经过适当改进也能达到期望的效果。经过余热发电，虽然烟气温度降低使工况烟气量有所减少，含尘浓度也有一定程度的降低，但粉尘导电性的降低使实际收尘效率下降，粉尘逃逸量大幅增

加。