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    摘要:本文介绍了电除尘器工作过程，分析了SP炉窑尾电除尘器本体可能存在的主要缺陷、原因及影响，提出了SP炉窑尾电除尘实现达标排放的总体方案。指出：本体状态完好是电除尘器实现达标排放的基础，运用MEC技术可使大多数现役SP炉窑尾电除尘器满足当前环保标准。
    §1 概述
　　一个除尘系统的运行效果，受到很多因素的影响：工艺操作因素，系统布置因素，设备构造因素（选型和设计）和电气因素等，而电除尘器的合理构造及状态完好是长期可靠运行的基础。
　　当前，窑尾余热利用成为水泥企业节能增效的亮点，大型水泥生产线纷纷投建余热发电锅炉。然而， SP炉的投运对窑尾电除尘器来说，意味着本已使用效果欠佳的出口粉尘排放浓度进一步恶化。对此，不少水泥企业已将窑尾电除尘改为袋收尘，虽然满足了环保标准，但增加了的改造投资和运行成本。
　　那么，有没有一种方法，仅通过对原有电除尘器的改造就能满足新的环保标准呢？
　　答案是肯定的。实例证明：通过对除尘系统内机械、电气、烟气条件三位一体优化改造，SP炉窑尾电除尘器的确能够实现达标排放。而且达标治理的费用和运行成本均低于电改袋。
    §2 电除尘工作过程
　　电除尘器的工作是一个复杂的过程。
　　如图1，通有高压直流电的阴极产生电晕使电场内的空气电离并产生大量的正、负离子，电晕区域很小，正离子很快被阴极吸附，负离子在电场力的驱动下向阳极［集尘极］迁移；含尘废气通过电场时，废气中的固体颗粒［粉尘］捕获离子从而荷电，荷电粉尘在紊流气流的作用下随机进入集尘极附近的层流区并在静电力的驱动下向极板迁移最终吸附于极板表面，极板表面的粉尘积聚到一定厚度之后再通过清灰使粉尘层从极板表面剥离落入灰斗，最后通过排灰机械输送到指定位置。
    图1.电除尘原理图
　　不难理解，电场工作过程的每一步如果不能顺利完成，最终的除尘效果都会受到很大影响。电场工作过程的有效进行，要求电除尘器本体构造合理并且完好保持，粉尘必须在较好工作条件下荷电和迁移，并能顺利被清除、落入灰斗和排出。
　　除尘效率的高低，在一定程度上取决于除尘空间的大小。但是，如果壳体漏风严重、极板极线大量变形或偏移错位、气流分布很不均匀、电场周围挡风阻流失落、清灰失效、排灰不畅、绝缘性能下降等，就不可能获得期望的除尘效果。此外，除尘效率同时还受到烟气条件、供电质量的影响。
　　收尘（把粉尘从烟气中分离出来）是电场工作的目标，但只是电场内部发生的一个事件。电场内发生的另一个事件是：被收集到极板表面的粉尘在气流吹扫下重又返回气流；极板表面的粉尘层在清灰剥离下落过程中，总有一部分散落后重又被气流扬起；壳体并非完全密闭空间，总有一定的漏风，外部空气通过这些缝隙或孔隙进入壳体内部，不单增大电除尘负荷（烟气量增大），还由于漏进来的空气流速极高（可达每秒数十米），使正在落入灰斗的粉尘再度扬起并直接带到电场出端。上述被已被收集的粉尘重新回到气流中的现象称二次扬尘。电场四周的非收尘区域总有少量气流通过，这部分烟气不经过收尘区域直接到达电场出端，形成烟气短路或旁路。气流短路和二次扬尘都使除尘效率降低，这是与收尘功能相背离的事件。
　　§3 本体形位缺陷对收尘效率的影响分析
　　如前所述，电除尘器机械［本体］状况的好坏直接影响除尘效率，是基础基本的因素，因为除尘的全过程都在本体内部完成。
　　由于历史的原因，实际的电除尘器在本体构造上都存在一定的缺陷；经过一段时间的使用，电除尘器不可避免地会出现形位上的变化。这些，都不利于收尘效率的保持。
　　电除尘器可能存在的主要缺陷及其对除尘效率的影响如下：
　　§3.1气流分布不均――烟气在各个通道内的流动速度不一致，则在电场内停留时间长短不一，引起每股气流的收尘效率不相同。收尘效率与进口浓度呈指数关系：
　　η=1-e-ωA/Q=1-e-2ωL/av 
　　式中，收尘效率η，驱进速度ω，集尘极总面积A，烟气流量Q，电场长度L，同极间距a，烟气在电场内的流速v。
　　可以推算：流速不均造成的综合结果，是总的收尘效率降低。
　　引起流速分布不均的原因有设计因素，也有维护方面的因素。设计因素包括：系统布置未考虑电除尘器入口前的烟气导流，或气流均布装置设计不合理。使用维护因素有：工艺系统出现过烟气温度过高的情况，使分布板发生变形甚至烧坏但没有及时有效地给予恰当处理，或烟气腐蚀性强，使分布板锈蚀损坏，或粉尘粘性大、发生堵塞。
　　§3.2极间距不均――直接影响放电效果。极间距不均匀时，有些放电点持续放电，而有些放电点始终形不成电晕。观察运行状况，工作电压电流偏低，收尘效率下降。
　　粉尘向极板的驱近速度与电场强度直接相关，电场强度又与极间距离相关。一个电场由若干个通道组成，电场理论最佳工作电压由设计异极间距决定，而实际运行电压由最小异极间距决定。电场工作电压U（kV）与异极间距d（cm）的关系是：U=（2～3）d。
　　可见，假如一个电场内存在一个通道或一个点极间距缩小3cm，该电场运行电压则降低6～9kV。我们知道，在电场伏安特性曲线工作段，工作电压的较小改变引起工作电流很大的变化。显然，这时整个电场的电晕功率很低，收尘效率大大降低。因为整个电场只有这一个通道或一个点有效放电，电场其他部位形不成足够强度的电晕电流，这种两极间距远低于设计值的部位我们称之为放电近点。放电近点对电场的有效工作极为不利。极端情况下，电场欠压短路、工作失效。
　　引起极间距不均的原因，一是阴极阳极安装位置未找准，二是阴极就位安装方法不当、造成两极相对位置偏差、将错就错调整极间距所带来的后遗症，三是人员进入电场内无意推拉引起。此外，两极变形也会造成局部极距不均，这种情况另行论述。
　　§3.3两极变形――极板、线框或电晕线变形严重时，局部极间距变小、形成放电近点，其对电场工作的影响与极间距不均相似。不同的是，个别点的板、线严重变形影响的是整个电场的运行，致使该电场工作电压工作电流都很低、并出现局部闪络击穿，严重影响运行参数和收尘效率。
　　引起两极变形的原因有制造方面的原因［轧制内应力没有消除］，也有安装方面的原因［安装时未按规定的要求组装、吊装和调整］。
　　当电场工作电压偏低时，应检查是否存在极板、线框和电晕线变形严重并予以处理。处理两极变形需聘请专业实施队伍完成。
　　§3.4振打杆前后窜位――振打杆前后窜位首先造成锤击位置偏移，阳极清灰效果不佳，极板积灰严重。振打杆窜位还引起放电点与极板的相对位置，造成放电效果的恶化，影响电场工作参数。
　　振打杆窜位是由于极板与振打杆联结螺栓强度等级不足或安装时螺栓拧紧力矩不够，还可能由于联结螺栓未能点焊牢固而松脱、长期振打引起窜位。
　　§3.5断线――电场内如有一根极线断掉，整个电场都不能投入运行。有断线时，临时处理方法是将断线去除。断线较多时，形成极线缺失。极线缺失使电场空间得不到充分利用。
　　极线缺失常因极线上下联接不牢固引起，腐蚀性烟气在滞流区域和有漏风点的位置，极线因腐蚀而锈断（又：此部位极板也会锈蚀严重甚至锈穿）。制作极线的材料有缺陷也可能产生断线。
　　§3.6极板极线严重积灰――极板严重积灰引起低电压低电流运行，收尘效率下降。极线严重积灰使工作电压上升而工作电流下降甚至为0，电晕放电不畅，粉尘菏电不充分，收尘效率降低。
　　窑尾电收尘内部严重积灰常因振打失效引起，烟气水分含量高、烟气温度低发生结露、粉尘粘性大也会使用清灰效果不佳形成极板积灰很厚和电晕线肥大。
　　§3.7壳体漏风――漏风将增加电收尘的负荷，漏风量大时，这种影响不可忽略。漏风还产生二次扬尘、增大粉尘逸出。检修门周围、法兰联接处应作重点检查。
　　造成漏风的原因是检查门密封不严，安装过程中，气密焊焊缝质量检查不细致。焊缝高度不足，运行中焊缝开裂也形成漏风。烟气潮湿时，漏风部位产生结露并使壳体壁板大面积锈蚀烂穿、形成严重漏风。
　　§3.8绝缘部件附灰或损坏――绝缘部件包括阴极吊挂绝缘套管和阴极振打绝缘杆，清扫附灰是日常检修维护事项。绝缘部件附灰严重时，会出现爬电漏电，运行电压偏低。绝缘部件损坏有则使机械承载能力丧失，还可能使绝缘性能失效。
　　绝缘部件附灰是由于带电粉尘吸附引起。在绝缘套管盖上设有清扫孔，若未按安装要求打开清扫孔，套管内部附灰会比较严重。
　　§3.9 卸灰输灰――窑运转过程中，卸灰输灰装置如出现长期停运，会产生非常严重的问题：灰斗越积越满，最后满过走台，使阴阳极形成灰短路，电场不能有效投入运行。
　　§4 SP炉窑尾电除尘器超标排放的原因分析
　　几乎所有水泥熟料生产线在投产之后都会通过工艺手段提高熟料产量，对新型干法窑，产量提高的幅度一般在10～20％，对老式干法窑，产量的提高甚至翻番。熟料产量提高后，电除尘器的处理能力已显得不足。再经过多年的使用，其内部状况也会趋于恶化，电场工作条件发生了改变，除尘效率随之降低并远低于设计指标殊属正常。
　　SP炉的投运更加剧了窑尾电除尘器除尘效果的恶化。这是因为电除尘器处理的烟气和粉尘性质发生变化：直接操作时的烟气温度为200℃左右，这是窑尾粉尘比电阻有极大值的温度范围；SP炉运行时，烟气不经增湿塔，SP炉出口烟气的含水率很低，粉尘比电阻曲线上移。综合烟气温度和含水率，粉尘比电阻高于电除尘器适用范围，收尘效率大幅下降，排放浓度严重超标。对管磨生料系统，联合操作条件下因部分SP炉烟气直接汇入电除尘器，与出磨烟气混合后的烟气温度和湿度也不能满足电除尘器工作条件，收尘效率也有较大幅度的下降。
　　电除尘器的工作条件差了、收尘效率降低了，而环保法规要求的性能指标却不断提高，使用多年的电除尘器出口粉尘排放浓度超标则在预料之中。
　　§5 电收尘器达标改造的基本思路
　　就一般人看来，一台使用多年的电除尘器，不可能满足当前环保要求。由于电除尘器建设时期的环保要求比现在低，熟料生产能力的提高使电除尘器的工作负荷增大，再加上电除尘器经过多年的使用，本体不可避免地存在某种缺陷，即使是同样规格的新电除尘也很难满足当前环保标准。为此，不少客户按照这种理解采用其它方法对电收尘器进行改进或改造，或则投了钱没有收到预期的效果，或是虽然目标实现了但代价高昂。
　　电除尘器达标改造的正确思路是：客观面对电除尘器工作现状，冷静分析电除尘器超标排放的症结所在，综合考察电收尘器的规格校验、本体状态、电收尘器的供电、工艺条件等影响除尘效率的各种环节，科学制定对策方案，从而确立满足达标排放的最佳有效途径。我公司正是按照这种思维方式对许多用户感到棘手的余热后窑尾电除尘器的排放达标事项开展了探索和实践，找到并掌握了电除尘系统达标改造技术，经多次实践证明是切实可行的。
　　显然，作为除尘系统根本的电除尘器机械本体应当受到充分关注。充分关注的目标，是通过改造、改进或修理，使本体状态达到拟或接近新建时的状态。
　　§6 电除尘器大修改造内容
　　本体改造的具体内容应视本体构造和内部损坏、变形的严重程度决定。对损坏程度严重的部件应予改进或更换，对漏风、变形、气流旁路等缺陷应予修补和矫正。大修改造的目的是消除对电场收尘不利的重大因素，同时削减二次扬尘以及其他粉尘逸出的机会和途径，使本体达到完好状态。值得注意的是：减少粉尘逸出在降低粉尘排放浓度中所起的作用，甚至高于收尘面积的增加。
　　需要说明的是：电除尘器的达标改造或消缺与日常维修是两个不同的事项。日常维修工作只需解决影响电收尘正常运行方面的问题，如掉锤、断线等，而达标前的消缺则要求使电收尘能够达到最佳工作状态，施工组织人员必须懂得对收尘效率产生不利影响的因素并进行认真细致的检查和判断（其中有些缺陷属设计缺陷），做到检查细致、处理彻底，根本消除影响除尘效率的各种机械因素，不得遗漏某些不应当忽略的细节，以确保电场几何形状和位置处于最佳工作状态。
　　对内部损坏不很严重的电除尘器，本体消缺工作投入低、功效明显，所花费的代价主要是人工费用，再加上部分缺损件的更换和材料的填补。
　　对内部损坏严重的电除尘，应更换损坏的部件，调整能够矫正的变形，修复工作不可靠的部件，使电场内部达到正常工作状态。
　　对某些规格能力略嫌不足的电除尘器，可采取不是进行扩容、而是增大其收尘能力的措施和手段，以充分发挥现有除尘空间的潜力。这些措施和手段包括：
　　A）在进风口设置预荷电极。预荷电极以分布板为阳极，专门设置放电线置于两排分布板之间。预荷电极本身有一定的收尘作用，但其主要的功用是使粉尘在进入电场之间预先荷上电荷，以使烟气一旦进入电场即开始有效收尘，从而节省了在电场内荷电的时间，相当于延长了电场长度。
　　B）在出气口设置槽形收尘极。大家都知道出口槽形板有收尘作用，只是对收尘效率的影响没有定量的判断。如果能够定时对出口槽形板进行清灰，其效果势必更佳。出口槽形板的另一个作用是能够改善第三电场的气流分布状态。
　　C）对电源规格大于1000mA的电场进行分区，能够提高供电水平。众所周知，在伏安特性曲线工作区段，运行电压稍有提高，电晕功率和收尘效率会有较大幅度的提高。
　　§7 关于电除尘器的规格验算
　　电除尘器规格的验算是按多依奇效率公式推算粉尘平均驱进速度：
    ω=-ln(1-η)/f=-2Lln(1-η)/(av)
　　式中，ω为计算驱进速度（m/s），η为目标除尘效率，f为比集尘极面积[m2/(m3/s)]，L为电场实际总长度（m），a为同极间距（m），v为电场风速（m/s）。
　　经验丰富的设计人员能够根据电除尘器的工作条件合理选取驱进速度。如计算驱进速度高于期望值，表明电除尘器规格偏小；如计算值不大于期望值，说明电除尘器规格已经满足。由于窑熟料产量提高、环保标准提升，当前计算出来的驱进速度常常高于正常选型的取值。但这并不说明电除尘器规格不能满足。应当注重的是：烟气条件是否有利于驱进速度的增大、供电性能是否能够克服本体老化带来的不利影响，本体构造是否合理、状态是否完好。如果各种条件都有利于除尘过程的进行，驱进速度可取上限（即电除尘器的规格可小些）。
　　§8 SP炉窑尾电除尘器达标
　　SP炉窑尾电除尘器的达标排放却成为水泥企业染污治理的一个难点。实践表明：通过对供电条件、烟气条件和本体条件的优化改造，即能够提高电除尘器的除尘效率、实现达标排放。在此，通过大修（改造）使本体达到完好状态是达标的基础，与此同时，烟气的合理调质是保证收尘效率的前提，供电质量满足要求是发挥本体潜力不可或缺的保障。通过机械、电气和烟气条件三位一体优化改造，大多数SP炉窑尾电除尘器都能够满足现行环保标准，这就是电除尘MEC达标技术。
　　§9 结论
　　电除尘器要获得期望的收尘效果，本体及系统状态完好是基础，烟气条件适合、选型合理是前提，供电性能适用和运行可靠是保障。超标排放的SP炉窑尾电除尘器，可通过MEC技术的实施实现达标排放。正确运用电收尘MEC技术，绝大多数现役电收尘器都能满足当前环保标准，其达标改造的费用和运行成本均低于电改袋或电袋复合改造。
    参考文献：
    ①电收尘器（理论 设计 使用），刘后启等，中国建筑工业出版社，1987年10月第一版