提高静电除尘器性能的新技术Rodney John Truce Engingeering Mananger Baltec Systems Pty Ltd P.O.Box 3107,Stafford DC Brisbane,Queensland,4053 AustraliaWade ReibeltField Operation Mananger Baltec Systems P ty LtdP.O.Box 3107,Stafford DC Brisbane,Queensland,4053 Australia摘要：来自工业处理如熔炉，精炼厂，窑炉和锅炉中的粉尘排放减少的立法需要，已经导致 了巨大的投资成本许多这些工艺使用经典除尘器来控制粉尘排放到环境中操作问题可能 使静电除尘器的性能降低导致粉尘排放增高Baltec系统已经发展出了一些能被选择的，依 靠实用的，减少操作问题的影响并且提高性能以满足减少排放需要的技术这些新技术包括 使用so3或对气体加湿调节，使用机械预收集进行进口负载控制,机械提高气体流动和清灰, 使用最新科技电气系统和高性能电极提高电气系统1.0简介静电除尘器被用于去除来自像发电，水泥制造和金属精炼或熔炼的加工制造业的废气。
除尘设备的效率依靠操作条件例如粉尘尺寸，浓度，组成，和分布加气体组成，温度，体积 和流量分布改版工艺会影响这些条件并且可能艰难少粉尘收集量改变这些条件也可能是 粉尘收集量增加影响静电除尘器粉尘收集效率的三个关键因素：停留时间—收集粉尘颗粒的有效时间荷电—收集粉尘的有效荷电电极清灰—除尘设备的效率来自静电除尘器中的电极减少停留时间的一系列的操作条件包括：增加气体流量—被升高气体温度和增加空气或 水来冷却气体影响增加颗粒运动路径—通常是被在它上下的大量绕过电极气体所影响 不良的气体分布—被气流变化影响，尤其是经过静电除尘器进口的气流 限制电气功能的大量操作条件包括： 电火花—被峰值电压限制，并且被电极清灰，粉尘浓度，气体温度和组成影响因为能 量浪费在形成电弧和能量必须反过来熄灭电弧，导致能耗增加但粉尘收集量却在减少反电晕—被平均电流限制并且被粉尘电阻电阻率和气体组成影响由于妨碍粉尘收集的 反电极离子的产生，大量增加了粉尘排放，能耗再次增加设备性能—被峰值电压和平均电流所限制，主要被变压整流器功率影响电极清灰影响除尘设备效率和集尘设备，使粉尘重新进入气流，二者都依赖的操作条件 包括：粉尘浓度—决定了集尘极上的堆积粉尘率的因素。
清灰间隔—决定了电极上粉尘允许堆积的厚度清灰能量—决定了粉尘去除量和集尘重新回到气流中的百分率粉尘性能提高和粉尘排放的减少的措施： 增加没被收集粉尘的停留时间消除电火花和反电晕改善电气性能 维护最适宜的电极清灰能量以使集尘的再飞散最小化降低除尘器性能的操作条件，能通过使用适当的技术最小化其影响和提高粉尘收集来克 服通过优化静电除尘器的电气性能，在不用增加粉尘排放的前提下减少污染和费用是有可 能的本文最列举了目前静电除尘器存在的普遍的操作问题和解决方案下面通过使用新技 术使性能提高分成为可能2.0 操作问题在大范围的操作工厂 Baltec 系统遇到的最普遍的操作问题，将会和他们引起的不利影 响和判断方式一并被概述针对操作缺点所给出的通常最好的解决方案也一并概述粉尘问题包括高负荷入口粉尘，高比电阻粉尘，发射电极累积和集尘再飞扬工厂问题 包括高集尘再飞扬，不良的气体分布和不良的电器清灰用来诊断问题的关键工具之一是静电除尘器的电气特性特性包括在绘制的静电除尘器 的电压电流图中正常静电除尘器特性的附录细节和由操作问题引起的变化2.1 高入口粉尘负荷这是在降低电压增大电流（见附录A）,和粉尘累积在发射电极（见2.3发射电极累积） 时引起的普遍问题。
增加气体温度或者降低气体流量的工艺变化可能引起工艺问题自然地 工艺变化是普通的，例如在水泥制造业和铝精炼中高比电阻粉尘引起的现象称为反电晕， 阻止粉尘收集甚至电流增大（见参考1）的在大功率的静电除尘器的结合部中这会导致很 高的粉尘排放量解决这个问题的通常方 案SO3调节一假如粉尘组成是适宜的，在静电除尘器前注入SO3将会降低粉尘比电阻和阻 止反电晕加湿—使用特殊的雾化喷嘴在静电除尘器前注入细微水滴会降低气体温度并且增大气 体的蒸汽容量二者都会降低粉尘比电阻和阻止反电晕这个方案需要合适的注入点确保水 在进入静电除尘器前全部雾化电气控制—使用 Baltec 系统的 Opticpower 电 反电晕的存在,然后改变电气以控制反电晕,使粉尘收集在当前水平粉尘比电阻最大化这项技术用微型计算机来 实现在各种粉尘比电阻条件下反电晕检测和形状因子控制，提供的最佳静电除尘器性能的算 法2.3发射电极的粉尘累积在静电除尘器受影响的区域中增加电压和增加火花率而引起电流减小（见附录A），这 是明显的反电晕，不良的电极清灰和粘湿的粉尘条件可能引起操纵问题，如可能发生在工 厂启动阶段由于电晕抑制和大量的粉尘排放可能导致耗能增加。
这个问题的解决方案依赖 于下列因素：反电晕—合适的电气操作会确保反电晕不会发生，因此发射点累积将会被阻止（见2.2 高粉组比）不良的发射电极清灰—一个加强的电极清灰系统能排除大部分不利因素，包括： 稀少的清灰间隔不充足的清灰能量 不牢固的电极和连接 粘湿的粉尘—在气体进入静电除尘器前用机械预处理和合适的电气控制进行气体预处 理，从而确保适宜的条件会使粉尘累积量最小一旦这种情况发生不脱线清洗电极通常是很 困难的2.4高水平的粉尘再飞扬在集尘电极清灰时有很高的排放量，这是另一个明显的普遍问题，因此当电极清灰停止 时意味着粉尘排放下降粉尘颗粒的性质如低浓度，低比电阻和松散的凝聚性，或者集尘极 清灰问题如太高的清灰率，过多的能量或者高负荷的电极运转都会引起操作问题这些问题 的解决方案依赖于下列因素：粉尘性质—通过增大凝聚颗粒的尺寸增强粉尘的凝聚性将会使粉尘再飞扬最小化，这也 使得那些再飞扬的粉尘容易被收集在静电除尘器前注入氨气能达到这样的目的不良的集尘极清灰 —Baltec 系统已经发展出了增强的清灰控制系统，这个系统连同 Optipower 电气控制一起确保了良好的电极清灰，使得集尘在飞扬的最小化。
机械设计和清 灰系统的条件也是重要的额外的能量或低频率，高振幅的电极变化可能引起粉尘组成的变 形破碎，从而重新进入气流中在对清灰系统的较小的修改后，这些能被降低2.5 减少电气清灰电火花降低电压（见附录A）已经被证明是最普遍的操作问题由于过多的电火花导致 高能耗，而且事实上很大地减少电能用于集尘，导致了高水平的粉尘排放这个问题的解决 方案很简单，去除起因困难的部分是识别起因和找出消除它的最好的方法一些起因如下： 不良的和松散的发射电极—去除问题电极不一致的和弯曲的集尘电极—调节电极系统并确保充分的间隙为为扩张 接地配合间隙—静电除尘器外壳和配件由于安全原因都必须正确的接地以防止任何稀 少的清灰将会限制静电除尘器的性能3.0性能增强随着操作条件的完善来自除尘器的排放量可能减少，且运行费用也会减低，通过有效技 术的运用当工厂建造时只要短时期的关闭进行小的重建，许多这些创新能在目前的工厂中 被改造Bltec系统用的四个提高技术是skewed气体，来自工厂的电气控制，能量协调和电 风提高电极这些技术被合并在 Baltec 系统系列设备中，能够单独或者综合降低粉尘排放 量和能耗3.1 倾斜气流技术这项技术包含下列三个基本方面： 大部分的粉尘被收集在静电除尘器的前部。
大部分的粉尘从静电除尘器的底部离开粉尘收集依赖于停留时间在静电除尘器前端和尾部的气流分布需要被调整，从而通过整个静电除尘器除去在前段 的从顶部到底部的增加和尾部从顶部到底部的减少这个改变会增加已经从静电除尘器底部 逃离出去的粉尘的停留时间，减少集尘再扩散这两者都会有利于增加集尘，减少粉尘排放 30%到 60%这项专利技术的成功实施的关键是前端和尾部气流分布的分析和合适的设计 Baltec 系统是加拿大的Stothert公司持有这项专利技术的澳大利亚执照，并且他门是安装启用的主 要专家(见参考 2)3.2 电流形状因子控制这项技术基于下列事实： 当峰值电压超过绝缘电压时电火花会产生 当平均电流超过反电晕冲击限制时反电晕会发生 在没有电火花和反电晕时，提供给静电除尘器的电量增多时粉尘收集增加 电压脉动因子是峰值电压除以最小电压，且随着平稳直流电供应降低到1在没有反电晕时，随着低于击穿电压的直流电供应集尘量将会达到最大值当比电阻低于106/cm时， 使用低于电压脉动因子三相电供应，粉尘将会以最大效率被收集根据下面方程电流形状因子是电流波形的不稳定度量：CFF=(1/T I 12dt )0.5/ I 平均值当T>10，电流脉冲周期这个因子也会减小到 1 随着稳定直电的供应。
当粉尘比电阻增加时粉尘收集最大化所需 的电流形状因子也增大当粉尘比电阻为107 -1010/cm的高比电阻粉尘是采用间歇脉冲 供电，能让粉尘收集最大化对于低电阻粉尘，当增大电流形状因子仅增加5%-10%的排放量是能耗降低超过60% 颗粒排放微小的增加能使温室气体排放和节能有巨大的降低包含在Optipower中的新技术控制软件能使静电除尘器中的每一区域的电流形状因子最 优高压绝缘栅双极晶体管的优势已经允许除尘器的供电在毫秒见开关这使得Optipower 控制电流形状因子并为静电除尘器的供电提供保护3.3 环境协调这项技术协调供电和清洁所有的静电除尘器的区域确保粉尘排放保持在可接受范围并且使能耗最小控制系统软件最新的发展，例如模糊逻辑和实时模型，已经允许复杂多变的系统，例如静电除尘器，得到控制以至于在多变操作条件下使最佳状况得到保持先进的算法允许在不同的操作条件下模拟静电除尘器的性能以至于当条件改变算法自动调节供电控制参数达到最佳的性能由于温室气体排放依赖于电能消耗，通过减少静电除尘器的能耗温室气体排放将被降 低环境协调运行操作使能耗最小化，因此减少温室气体排放，同时维持颗粒物的排放在限 制范围内。
为了达到这种结果静电除尘器中的每一区域必须保持最优工艺条件在必需的水 平下保持粉尘排放能量减少到90%是有可能的环境协调器连同建立在Optipower控制器上的最优算法确保了能耗最小以及最快的反应 堆任何粉尘排放的增加它也监视静电除尘器中的每一区域的性能从而能监测，分析和通知 操作员这项技术确保了来自昂贵静电除尘设备最好的操作一直被保持3.4 电风提高电极直径低于0.5微米的细微颗粒的收集主要产生了一种叫电风的现像在气体中由于高压 电能的应用产生的负离子在发射电极上形成了电晕这些离子朝着集尘极运动从而带动细 微颗粒向集尘极运动从而产生了电风在接触电极时，这些颗粒附着在存在的粉尘层上并被 收集过程的关键是用充足的能量产生电风和颗粒朝集尘极运动的方向关于这个过程有两个问题：烟气回流—有大量的气流返回到发射电极充满被离子运动产生的空间这个过程仅仅发 生在发射电极的区域，但是在这个过程中如果细微颗粒重新循环可能导致集尘极上的粉尘累 积粒子速度—朝着集尘极运动的离子会在集尘极间由于减小的电场力和离子消失而减速 为了确保颗粒向收集的粉尘层移动，在集尘极间粒子流和方向必须确保充分的流动Baltec系统发展的电风提高发射电极的设计符合这些标准。
这项技术提高了从静电除尘器中 排除的大量的粉尘成分中的细微粉尘颗粒的收集4.0结论论文概述了 Baltec 系统中人员在电除尘器中遇到的一系列的普遍问题的解决方案如 果这些方案连同被描述的性能提高技术以其使用，将会大大降低粉尘排放静电除尘器的性 能提高的潜能依赖于目前的操作条件这项潜能的精确评定需要经验丰富的电除尘器专家审 计结合实际操作问题，在测量和观测中的一个或更多的操作问题所引起的潜在变化可能产 生的相似结果使得评估很困难如果有一个或更多的操作问题或提高性能的潜在能力，希望 专家进行的详细审计被推荐5.0参考文献Truce R.J.Elecctrtostatic Precipitator Energisation for the Collection of Highly ResistiveDusts,American Society of Mechanical Engineers, Paper No.86- JPGC-EC-3,Presented at the Joint ASME/IEEE Power Generation Conference, Portland, Oregon, O)ctober 19-23,1986.Hein A.G. and Gibon D.Skewd Gas Flow Technology Improves Precipitator Performance ESKOM Experience in Sorth Africa,k Page 238-243, Proceedings of the Fifth International Conferece on Electrostatic Precipitation ,Budapest,Hungry,July 18-23,1996.附录静电除尘器电气特性 电除尘器的电气特性包括用很少的步数将能量从零调到最大的可能，并记录电除尘器的 电压和电流。
另外还包括均值电压，随峰值电流产生的最大和最小电压波形最小电压用于 探测反电晕，最大电压用于记录产生的电火花电压参数用于回执电流-电压或者电气特性 曲线这应该用于所有的静电区域在每次主要的运行中断之后和开始之前，以检查是否有充 分清洁，曾经操作是否成功，并检查运行问题图 1 描述的是没有电气问题的普通电气特性前面的领域需要更高的电压达到同一电 流， 由于在静电区域大量的带电颗粒产生的空间电荷这减小了发射电极的区域强度，因 此增加了电晕充电在脏的电极板上的电压要比在清洁的电极板上高的多，这是因为通过了 粉尘阻抗而使电压下降在背面的电压比脏的电极板上的离线电压稍微高点，这是由于 在更高的温度线增加了粉尘阻抗图2 描述了7 种曲线，分别包括了在点出车你中由于操作问题正常电气特性而这些仅 是一些典型例子，电气特性根据操作情况有更大的变化反常电气特性曲线描述 曲线（1）描述了到地面的管道阻力可能描述了一种破裂的支撑绝缘体或者是高灰斗如 果管道阻力很小，那么在没有充足的电流的情况下不可能带动电除尘器 曲线（2）描述了在发射电极和包括收集电极在内的电除尘器接地部分之间的空隙这条曲 线阐明了低电压开始电晕和最小电压火花放电。
曲线（3）描述了一些高阻粉尘引起的反电晕随着电流增加而电压减小到最小值，反向曲 线将会出线电火花也有可能或者不可能出现在限制电流下 曲线（4）描述了一些高电阻和适度的负电晕，例如曲线尾部的垂直部分和减小的平均电压 和以前的例子一样，火花放电也有可能出现在限制电流达到之前这是有可能发生在电除尘 器的静电区域的前部 曲线（5）指示了高电阻当反电晕引起了大量的灰尘沉积在发射电极火花闪耀在较低的平 均电压被反电晕引起时，随着在峰值电压减小到最小值这也可能表明了在发射电极和包括 收集电极在内的电除尘器的接地部分的减少的清灰次数若存在这些问题的起因，那么电流 电压波形也应该分析 曲线（6）描述了在电除尘器的前部的入口高粉尘负荷时的影响气晕电压是异常的高，由 于气流中悬浮的带电粒子产生的空间电荷直到击穿电压达到微弱点在系统中，曲线回复正 常情况这种情况出现的很少比正常电流引起空间电荷 曲线（7）描述了沉积在发射电极上的大量的粉尘是影响气晕电压是异常的高由于发生电 极的有效半径的增加直到击穿电压达到系统中的微弱点是，曲线回复正常这种情况很少 发生比正常电流，由于发射电极的高有效半径特别地，当击穿电压可能比气晕电压低时， 曲线中没有包括。
错误分析 电除尘器的彻底检查和翻新，电气特性应该被记录在下列项中：•列高阻表测量的记录的清洁的极板大气负荷特性•在回复之前的一些步骤记录的清洁极板操作特性 •在一个月后的操作，记录的正常操作特性•当操作失误被控制器指出时现代电器控制器，如来源于Baltec系统的Optipower,应做出电气特征在发出请求之前 并显示结果或者提供计算机文件，能用标准文件包绘制图控制器应该记录最大和最小电除 尘器的电压和电力另外还有除尘器的电压和电流的均值控制器也应该能诊断一些由于除尘器分析发生的错误因为相似的特征来源于不同的错误，如火花放电在低电压是发生，在清 洁不够时，高粉尘负荷，发射电极积尘，一些反电晕或者这些因素综合时，都有可能发生 因此电气特性和相关的操作记录很重要若工艺条件是熟悉的，很容易消除错误的可能并诊 断出最可能的错误dpi 吒 m-sJ-MLUffHnuallld H -CIEA!* PLAItAIR LOAD CURVE-ALLAEIDS□IRTYPWTEAIR L^iAD CUfiVE-ALLFlELDSOPERATING CUI证.REAS F£L&C? F^F?A-T1M<3 OJRVf FRONT RELUV= PPTR VOLTAGE KVFIGURE 1NORMAL PRECIPrTAIOR CURREhTT-VClTAGE CURVESPower Supply Current Limit5 10 15 20 25 30 35 40 45 50"PPT轧冏LT低KVFIGURE 2AENORIWALPRECIPITATOR CURRENTSlAGE CURVES。