高浓度电除尘器关键结构的设计

水泥行业由于生产规模的扩大及节能降耗的需要，改进了传统的工艺设计，使电除尘器在生产，工艺中变成了直接处理高浓度烟尘(600～1 000g/nm3)的生料收集器；电力行业由于干法、半干法烟气脱硫装置的运行，使经脱硫运行后的烟气含尘浓度也达到了800 g／Nm3以上。无论在水泥工业或电力工业中，高浓度电除尘器都是生产工艺中不可缺少的晕要设备，它运行的好坏将直接关系到企业的生产。虽然用电除尘器处理高浓度粉尘在我国还是一一个新的课题，但归根结底其本质是解决效率问题。根据高浓度电除尘器所面临的问题和对影响电除尘器效率的主要因素进行分析可知，高浓度电除尘器的没计关键在于解决好两个问题：(1)高效捕集烟气中的粉尘；  (2)有效清除捕集到电极上的粉尘。 
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高效捕集结构的设计   

对常规电除尘器而言，其入口含尘浓度般小超过80 g／Nm3，而高浓度电除尘器的人口含尘浓度高达600～1 000 g/nm3如此高浓度的烟气如果直接进入收尘电场，不仅会使电场负荷过大，而且也极易形成电晕封闭现象而使除尘效率急剧下降。因此，克服电晕封闭成为保证高效捕集的首要条件。 

1．1设置预收尘装置     

为使高浓度电除尘器在工作时不发生电晕封闭现象，首先可通过在电除尘器入口处设置预收尘装置(图1)来降低进入收尘电场的粉尘浓度。设置预收尘装置并不是指增加新的设备，而是通过对进气口内气流均布装置进行改进，利用粉尘的扩散、碰撞、沉降、惯性等原理，既要使得高浓度粉尘在未进入电场时就已经开始被收集，从而最大程度地降低进入收尘电场的粉尘浓度，以减轻电场的负荷，又要保证进入电场的气流分布均匀。   

为达到上述目的，首先选用上进气方式，因为L进气可更允分地利用气流的转向及粉尘的惯性收    
集尽可能多的粉尘。其次在进气广上部加装了两层交错布置的槽型折射板，主要目的在：f起到改变气流方向及预除尘的效果。当烟气由上部引入进气口后，自上而下的气流…于槽型折射板的阻碍作用发乍碰撞并转向，粉坐在槽型折射板问相互碰撞、凝聚。由于管路截面的突然扩大，造成烟气流速从l 5～20ms迅速降低至l In／s左右。此时，粗颗粒粉尘会由于重力的作用而与气流分离，沉积下来。同时当气流进入进气【_]底部时，由于面积的收缩而使气体发生强烈的湍流，从而加剧粉尘的碰撞、凝聚，约有20％～30％的粉尘经惯性碰撞而在重力和惯性力的作用下沉降下来。     

接着，在进气口中部采用了垂直折叶板。折叶板又称垂直折板形式的均布板，常做成直角结构。当气流流经折叶板时，由于折叶板的导流作用，一方面使气流产生 90。的偏转，改变含尘气体的分散与均布：另一方面由于碰撞作用，能使气流中的粉尘颗粒失去动能，在重力的作用下沉降下来。一般情况下，通过以上两级预收尘，可以使进入第一电场的粉尘浓度降低40％。50％。   

最后，在进气口尾部设置了一层多孔分布板作为气流均布装置，主要目的是通过增加局部阻力，把分布板前面大规模的紊流分割开来，在短距离内减弱紊流的强度，使进入电场的气流接近层流状态，从而提高除尘效率。 

  
因高浓度粉尘进入电场后粉尘浓度梯度变化很大，在电场横断面的粉尘浓度呈现上小下大的分布规律，为有利于粉尘的捕集，电场下部的气流速度应低于平均流速。因此，应采用上部开孔率高于下部开孔率的设计。为方便安装，多孔分布板由许多块小分布板组合而成，每个单块的分布板通过定位销被定位于竖立的支承型钢上。分布板与支承型钢为活动连接，以免因热膨胀而使分布板产生变形。     

通过以上设计，可以使进入电场的粉尘浓度大幅降低，并使气流速度沿电场截面合理分配，从而提高除尘效率。 

1-2设置前置灰斗     
高浓度的含尘气体在进入收尘电场前经过三次气流均布后，因惯性力的作用在进气口下部沉集了大量粉尘。为避免粉尘在进气口底板堆积造成部分断面气流不畅，气流分布不均，影响除尘效率，在进气口下部增加了4个前置灰斗，将由预除尘装置收集下来的粉尘及时通过前置灰斗及其下面的输灰系统运走。 

1．3采用恰当的极配形式     

极板电流特性，包括电流密度分布和伏安特性，直接影响到电除尘器的除尘效果。因此，为使电除尘器达到高效捕集的目的，极配形式的选择是至关重要的。    
 

国外某研究机构在实验室中对不同断面的极板进行了电流密度分布试验，试验时极板上和极线上都附有一层高比电阻粉尘，测试结果表明，平板型的电流密度分布最差，C型和CSW型的也不理想，只有ZT24型极板的较接近理想断面极板的电流密度分布，具有良好的电性能。    
 

ZT24型极板是鲁奇公司开发的理论上最接近理想断面的极板，这种极板断面的形成，是该公司根据管式电除尘器中电力线径向对称并指向圆筒内壁、极板表面各点到放电极距离相等的现象，将其断面逐步加以改变而成。由图2 n-n]‘见，理想圆弧部分由圆弧切线形成钝角的直边所代替，其尖端被削平，其断面像梯形，形状像拉丁字母z，德文中梯形的第一个字母为T，故命名为ZT型极板。又因l块zT型极板对2根放电极线(2根极线问的距离为24 cm)，因此称之为ZT24型极板。河南中材环保有限公词自1 984年引进德国鲁奇公司的电除尘技术后，日前已具有2条用来生产ZT24型极板的专用轧机生产线，因此确定极板形式为Z124型。 

 
在极线的选择方面，以往大量试验资料表明，芒刺型电晕线在工作时，在刺尖能产生强烈的尖端放电，尖端放电时产：生的强烈电风能够促进带电粉尘向收尘极运动，不仅能增大驱进速度，还可有效地避免在处理高浓度粉尘时出现的电晕封闭现象。由多伊奇公式可知，各处理风量和收尘面积。定的情况下，驱进速度越高则除尘效率亦越高。因此对于相同规格型号的电除尘器而言，使用芒刺型电晕线可获得较高的除尘效率。：芒刺型电晕线的种类很多，有WS芒刺线、RS：芒刺线、锕骨针芒刺线、V型芒刺线等等。V型线的主要形式有V0线、V l 5线、V25线、V40线等，在芒剌长度方面，V40线>V25线>V15线>V0线。通过对儿种不同V型芒刺线做的试验结果表明，芒刺的刺越长，电晕电流越大，电风强度也越强。     

因此，对处理高浓度粉尘而言，zT24型极板配V型芒刺线是一种较佳的极配形式。并且在高浓度电除尘器的设计中，应根据电场内粉尘浓度的分布规律，在不同的粉尘浓度处设置不同芒剌长度的极线，浓度越高芒刺越长，从而取得最佳的除尘效果。1-4防止气流旁路的改进设计     

通常情况下，电除尘器的壳体内壁四周都设置有阻流板，迫使气流通过收尘电场而被捕集。对于高浓度电除尘器，防Il卜气流旁路尤为重要，如果仅有0．5％的气流产牛旁路，出气口的含尘浓度将大大增加，从而降低除尘效率。如风量按850000 m3／h、入口含尘浓度按800 g／n"l一汁算，出L1的含尘浓度将达4 000 m/Nm3，是国家标准的40倍，此外，每年因气流旁路造成的排尘量高达24 480 t，显然，这将给企业带来巨大的经济损失，同时也造成严重的环境污染。在防止气流旁路的措施中，除了常规的两侧边缘挡风板、顶梁下阻流板、灰斗阻流板的设计外，还在第一、二电场之间，新增加了梯形截流墙的设计，梯形截流墙的高度约为电场高度的1／3，如图3所示。这种设计思路，除考虑防止气流旁路外，最主要的目的在于起到阻挡第一电场的高浓度带电粒子进入第二电场，以降低后置电场的粉尘浓度的作用，从而达到高效收尘的目的。

     
1．5增强设备的密封性能   

设备密封性能的好坏，决定了在负压操作条件下漏风量的多少。如果壳体密闭不严，就会从外部漏入冷空气，不仅会使除尘器处理的烟气量增大，增加工作负荷，而且会降低烟气的温度，使粉尘的比电阻增高，并在内部产生结露和粉尘结块现象，从而降低除尘效率。   

本体的漏风主要来自壳体部件与部件间的现场连接焊接处、制造过程中部分部件的焊接处和开孔处。为增强设备的密封性能，减少漏风，设计时应考虑尽可能减少现场安装焊接工作量，对于侧板、梁柱的焊接应采用气密性焊接，并按一定的规范进行焊缝密封性检验。在人孔门的设计上采用双层人孔门，人孔门的密封全部采用密封性能良好、在高达350℃的温度下长时间不老化的硅橡胶密封条，以确保整体的密封性。   

实践表明，排灰装置往往是主要的漏风点，如果从排灰装置漏人空气，将会造成粉尘的二次飞扬，从而降低除尘效率。为解决漏风问题，一方面，拉链机壳体联接处需采用密封焊接，其头、尾的检查门要妥善关闭；另一方面，在拉链机下部串联了2台回转下料器，并且要求转向相反，从而保证了电除尘器灰斗下部的气密性，提高了除尘效率。 

2有效清灰结构的设计   

粉尘附着在电极上后，必须通过振打装置的周期振打将积附在极板、极线上的粉尘振落下来并经灰斗排出，才可保证电除尘器的可靠高效运行。 

2．1振打锤的改进设计   
原阴阳极系统的振打锤为夹板锤，组合零件较多，不但装配费时，而且在运行一段时间后，夹片受冲击易开口，出现掉锤现象，导致极板、极线积灰，影响除尘效率。现改为整体切割锤，锤的转动部分用弹性套作为滑动轴承，锤头和锤轴的联接采用管卡式结构，故安装方便，运转可靠，可避免运转中掉锤的故障。此外，与夹板锤相比，在保持相同振打力的前提下，整体切割锤具有较小的回转半径，可节省电场空间。改进前、后的锤见图4所示。

 
2．2收尘极振杆的改进   

原收尘极振打杆是由2根扁钢通过夹块与极板夹紧联接，这种结构的振打杆振打效果不理想，且易变形。根据鲁奇公司的试验结果，钢管对振打力的传递效果明显优于扁钢，因此改进后的振打杆采用钢管上焊接联接板的形式与收尘极板联接，这种振打杆刚度大，传递到收尘极板上的法向振打加速度大而且均匀，如图5所示。图5中测试的极板为15 m高电场长度 
计量单位：重力加速度g，即9.81m／s。

 
采用管式振打杆时ZT极板法向加速度的分布图的ZT24型极板，振打锤重量为6．1 kg，电场长度为5．76 m，振打杆为钢管式振打杆，从图5中可以看出，极板右排上方的加速度最小，但仍有250×9．8 1 m／s2，这一数值对于实现良好清灰已经足够。2．3收尘极板悬吊方式的改进  收尘极板原来采用双点吊挂方式，但在实际应用中发现，由于加工和安装的误差及ZT24型极板的相互扣接的结构特点，很容易造成事实上的单点受力，容易使极板排在工作中产生偏移或极板间产生内应力，甚至造成振打后极板不能复位，影响了电场内的放电效果和振打力的传递。因此将极板的悬吊采用整体挂板，单点中心吊挂，这样不仅可以省去1套挂板，便于安装，而且可使极板振打时移动更为灵活，有利于振打力的传递及振打加速度在极板上的均匀分布，提高振打清灰的效果。 

2．4放电极振打方式的改进   
放电极原振打方式为顶部凸轮提升振打机构，通过顶部凸轮的转动将振打锤围绕放电极锤轴旋转一定的角度，然后依靠锤自由下落时的冲击对框架进行振打。由于每一个电场内的所有放电极振打锤提升角度是相同的，因此对一个电场内的每排框架而言是同时振打的，这样做不仅冲击力太大易造成高压支承绝缘子破损，绝缘瓷轴折断，而且在安装时不易保证锤同时作用于振打砧，实质上削弱了阴极振打力，易产生局部极线包灰现象，降低除尘效率。为此将顶部凸轮提升振打改为侧部挠臂锤振打，单个挠臂锤每旋转360。振打一次对应的单排框架，并且由于相邻锤之间错开一定的角度，避免了振打力同时作用于所有单排框架上，使得每个电场内阴极框架整体冲击力大大减小，不但保护了顶部支承绝缘子，而且还加强了每排阴极框架的振打力，从而保证了放电极的清灰效果。