摘電除塵器是利用靜電力從氣流中分離懸浮粒子(塵?；蛞旱?的裝置，其效率受粉塵比電阻、電源、清灰控制、內部件變形、電除塵器規格、制造安裝質(zhì)量、氣流分布及設備漏風(fēng)等因素的影響。當前水泥窯頭電除塵器使用中出現的問(wèn)題，大部分是項目操作不當造成的，并不是電除塵器技術(shù)本身不適用或達不到引起的。

引言

我國在大型窯爐煙塵治理方面，電除塵器的應用已極其普遍，鋼鐵、電力、建材、有色冶金等行業(yè)，對電除塵器的設計、制造及使用維護都積累了大量成熟的經(jīng)驗。但當前，電除塵器技術(shù)遇到了前所未有的挑戰。就水泥行業(yè)來(lái)說(shuō)，2005年之前，窯頭和窯尾煙氣的粉塵治理絕大多數使用電除塵器，2005年之后，國家實(shí)施<50mg/Nm3排放標準，新建項目大多放棄電除塵器而選用袋式除塵，許多已有的電除塵器也改造成袋式除塵器或電袋復合除塵器。

造成這一現象的原因：其一是環(huán)境保護法規對廢氣中粉塵含量的排放指標有所提升并且還有進(jìn)一步提高的趨勢;二是袋除塵技術(shù)的發(fā)展和應用已取得豐碩的成果，正逐步擴大和占領(lǐng)大型廢氣處理市場(chǎng);三是現役電除塵器的工作效率受工況條件等各種因素的影響，難以穩定實(shí)現達標運行。2013年，最新頒布的GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》又將排放標準提高到<30mg/Nm3，部分地區執行<20mg/Nm3的標準。

無(wú)可否認，受商業(yè)利益驅動(dòng)，各大設計院所和電除塵器制造商對電除塵器的技術(shù)問(wèn)題較少投入精力開(kāi)展研究和探討，而是把主要目光放在如何獲取商機和商業(yè)利益方面，以致于把原先用來(lái)做電除塵器試驗的裝置廢棄不用甚至予以拆除，也就難免在電除塵器技術(shù)研發(fā)和創(chuàng )新方面收效甚微[1]。

就現有電除塵器而言，仍有一定的潛力可挖。當前電除塵器使用中出現的問(wèn)題，大部分是項目操作不當造成的，并不是電除塵器技術(shù)本身不適用或達不到要求引起的。值得欣慰的是，電除塵器技術(shù)發(fā)展到今天，對應用中存在的技術(shù)難題，都有了系統有效的解決方案，從而提高了電除塵器的性能。

本文從電除塵器的原理入手，對影響水泥窯頭電除塵器收塵效率的因素進(jìn)行逐一分析，以期找到提升收塵效率的途徑。

1電除塵器的工作原理

電除塵器是利用靜電力從氣流中分離懸浮粒子(塵?；蛞旱?的裝置，如圖1。含塵氣體在不均勻高壓強電場(chǎng)中發(fā)生電離，氣體中的粉塵荷電并在電場(chǎng)力作用下沉積于相反電極，粉塵從含塵氣體中分離出來(lái)。與其他除塵器的根本區別在于：除塵過(guò)程的分離力(主要是靜電力)直接作用在塵粒上，而不是作用在整個(gè)氣流上。

電除塵器完成粉塵捕集主要有以下五個(gè)過(guò)程：

(1)當含塵煙氣通過(guò)兩極之間后，外部電源向電場(chǎng)施加直流高電壓產(chǎn)生強電場(chǎng)使氣體電離，產(chǎn)生電暈放電;

(2)電暈產(chǎn)生的電子和正負離子就會(huì )吸附到粉塵的表面使粉塵荷電;

(3)荷電粉塵在電場(chǎng)力的作用下會(huì )向與其極性相反的方向移動(dòng);

(4)荷電塵粒最后被極性相反的極捕獲，完成了粉塵與氣體的分離，即除塵作用;

(5)當兩極(陰、陽(yáng)極)上的粉塵積到一定厚度時(shí)會(huì )影響電暈放電和其它粉塵的運動(dòng)，通過(guò)振打裝置將沉積在兩極上的粉塵清除掉使兩極再生，即振打清灰。

以上就是電除塵器工作的五個(gè)過(guò)程，即電暈放電、粉塵荷電、向兩極運動(dòng)、沉積到兩極上和振打清灰。

2影響水泥窯頭電除塵器收塵效率的因素

2.1比電阻的影響

粉塵比電阻是衡量粉塵導電性能的指標，對電除塵器性能的影響最為突出。沉淀在電極表面的粉塵必須具有一定的導電性，這樣才能傳導從電暈放電到大地的離子流，使吸附在電極上的粉塵釋放電荷并通過(guò)振打機構達到清灰目的。

導電性不良的塵粒在陽(yáng)極板沉積后，由于電荷不容易釋放，極板粉塵層逐漸增厚，在粉塵層間發(fā)生局部放電，反而從陽(yáng)極板上放射出大量的正電離子的塵粒，這種現象稱(chēng)之為反電暈。實(shí)踐證明這是因為粉塵的比電阻超過(guò)5×1010Ω˙cm所致，當粉塵的比電阻超過(guò)1011Ω˙cm時(shí)，反電暈現象就更加嚴重了，見(jiàn)圖2。始發(fā)的反電暈會(huì )導致火花放電電壓的降低，嚴重的反電暈能使陽(yáng)極板上產(chǎn)生大量的正離子放電，與來(lái)自陰極的負離子塵粒中和，而變成中性分子的塵粒隨氣體攜出電除塵器以外，收塵效率消失殆盡。反電暈放電時(shí)，塵粒電荷將大大減少，而正電性和中性塵粒的數量可能相等，甚至超過(guò)負離子的數量。由此可見(jiàn)，粉塵的比電阻是影響電除塵器性能的重要因素。一般認為，粉塵的比電阻值在104至5×1010Ω˙cm范圍內是中阻值，不易出現反電暈現象。

從圖2可以看出，當粉塵的比電阻低于104Ω˙cm時(shí)，粉塵因頻繁的荷電及放電，而發(fā)生跳躍現象，進(jìn)而逃逸出電除塵器，此時(shí)的收塵效率低下。而當粉塵比電阻高于1011Ω˙cm，粉塵荷電不穩定，收塵效果下降。當比電阻高于1013Ω˙cm時(shí)，粉塵出現反電暈現象，電除塵器喪失功能[2]。

國家在嚴格控制水泥熟料生產(chǎn)粉塵污染的同時(shí)，對水泥窯廢氣中的余熱通過(guò)低溫余熱發(fā)電技術(shù)加以利用，既實(shí)現了能量的合理利用，又能在某種程度上減少火電生產(chǎn)造成的污染。在政策扶持下，低溫余熱發(fā)電給水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)很好的經(jīng)濟回報。始料所不及的是：在水泥窯廢氣余熱得到有效利用之際，窯頭、窯尾電除塵器的出口廢氣粉塵排放濃度大幅增加。其原因，是由于煙氣溫度以及煙氣含水率的改變使得煙氣中的粉塵導電性發(fā)生了改變(見(jiàn)圖3)，粉塵在靜電除塵器內捕集效率大幅下降。

從圖3可以看出，對窯頭電除塵器而言，當煙氣溫度在180～200℃以上時(shí)，粉塵的導電性尚可，按傳統選型設計的電除塵器在設備狀態(tài)完好情況下可獲得預期的收塵效率;在環(huán)保標準提高的情況下，經(jīng)過(guò)適當改進(jìn)也能達到期望的效果。經(jīng)過(guò)余熱發(fā)電，雖然煙氣溫度降低使工況煙氣量有所減少，含塵濃度也有一定程度的降低，但粉塵導電性的降低使實(shí)際收塵效率下降，粉塵逃逸量大幅增加。

正常情況下，水泥窯頭廢氣的濕度都在2%以下，窯頭電除塵器在余熱發(fā)電不投入使用時(shí)，氣體的溫度都在200～250℃，此時(shí)的粉塵比電阻還是適合電除塵器收塵需要的。而當余熱發(fā)電投入使用時(shí)，進(jìn)電除塵器的煙氣溫度大部分都在100～120℃之間，此時(shí)的粉塵比電阻比較高，電除塵器很難有好的收塵效果。

然而，在實(shí)際的使用過(guò)程中，也有這樣的現象。如在長(cháng)江以南使用的窯頭電除塵器，普遍比北方地區使用效果好。而在北方地區同一條生產(chǎn)線(xiàn)，雨天和晴天收塵效果就差別很大。是什么原因造成這樣的差別呢?主要是環(huán)境空氣濕度及原料中含的水分不一樣造成的。在本體規格確定的條件下，窯頭電除塵器的收塵效率在很大程度上取決于電收塵器的入口溫度和濕度。余熱利用后的溫度降低使得熟料粉塵的比電阻大幅升高，不利于粉塵的有效捕集，主要表現在粉塵被收下之后，電荷難以釋放。電荷在陽(yáng)極板表面累積，形成反電暈，產(chǎn)生大量正離子，抵消電場(chǎng)的正常放電，阻礙后續粉塵的荷電與捕集。

水泥窯頭廢氣在經(jīng)過(guò)余熱發(fā)電后，如果電除塵器使用效果惡化，首先要考慮降低粉塵比電阻。具體做法是可以從余熱發(fā)電引一部分蒸汽進(jìn)入進(jìn)電除塵器的管道，來(lái)降低比電阻。適量添加蒸汽既可有效提高電除塵器收塵效率，又能避免對工藝系統的穩定運行產(chǎn)生大的干擾。

也有水泥公司在管道中噴入水，對進(jìn)氣煙道噴水增濕雖然對粉塵捕集有利，但事實(shí)證明：煙道和閥門(mén)不久將發(fā)生堵塞，系統無(wú)法正常運行。造成這樣的原因是由于余熱發(fā)電后進(jìn)電除塵器的氣體溫度較低，噴入管道的水來(lái)不及汽化就和粉塵一起粘在管道上，形成塵垢堵塞管道，對系統的安全運行產(chǎn)生影響。

2.2電源的影響

目前水泥窯頭電除塵器使用的電源大部分為普通工頻可控硅電源，高低壓合一、節能優(yōu)化和遠程控制方面存在一些技術(shù)不足和缺陷，對一些特殊工況特別是高比電阻粉塵就無(wú)能為力。眾所周知，電場(chǎng)強度對驅進(jìn)速度起主導作用，驅進(jìn)速度與場(chǎng)強的平方成正比。電除塵器的電場(chǎng)強度取決于供電電源的特性，不同的供電電源產(chǎn)生不同的電場(chǎng)強度。故此，更換運行水平較低或產(chǎn)品品質(zhì)較低的供電電源是電除塵器升級改造的重要方面，通常做法是以原理相同、配置較高的供電裝置替換原供電裝置，或以中頻電源、三相電源、高頻恒流電源等替換普通可控硅電源，都能夠在一定程度上提高電源的工作性能，進(jìn)而較大幅度地提高收塵效率。

2.3清灰控制的影響

陽(yáng)極的有效清灰是電除塵器實(shí)現除塵功能不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節，只有適時(shí)清灰，才有可能使除塵過(guò)程持續進(jìn)行;陰極清灰是保持電暈放電持續進(jìn)行的必要前提。電除塵器清灰程序的一般設置是：陽(yáng)極清灰間歇進(jìn)行，沿氣流方向順序間歇時(shí)間延長(cháng)，陰極清灰間歇時(shí)間較短。為避免瞬時(shí)超標排放，清灰時(shí)序控制應避免陽(yáng)極前后電場(chǎng)或整個(gè)電場(chǎng)同時(shí)振打。有些電除塵器的陰陽(yáng)極積灰非常嚴重，造成這樣的原因有兩個(gè)：一是振打裝置失效，從外面看振打機構在工作，實(shí)際沒(méi)有振打力，造成出工不出力;二是清灰周期設計不合理，清灰周期過(guò)長(cháng)。

清灰造成的二次揚塵也是影響超標排放的重要因素。而造成二次揚塵的原因是清灰機制設計的不合理，特別是最后一個(gè)電場(chǎng)，沒(méi)有多少粉塵，頻繁的清灰造成二次揚塵嚴重，進(jìn)而排放超標。

因此，合理的清灰機制也是保證電除塵器達標排放的一個(gè)重要因素。當陽(yáng)極板采用雙邊振打時(shí)，應注意調整到每一電場(chǎng)每一排陽(yáng)極板的振打不能同時(shí)進(jìn)行。對不是連續振打的電場(chǎng)，應調整到當一邊振打結束后立即啟動(dòng)另一邊的振打，并使電場(chǎng)進(jìn)氣端的振打裝置優(yōu)先啟動(dòng)。

對于陽(yáng)極板的一個(gè)振打錘振打設置時(shí)間為n秒，第一電場(chǎng)振打的停止時(shí)間為2n秒，第二電場(chǎng)的振打停止時(shí)間為5n秒，第三電場(chǎng)的振打停止時(shí)間為9n秒，第四電場(chǎng)的振打停止時(shí)間為24n秒。以上設定僅是一個(gè)參考值，在實(shí)際運行中應根據工況進(jìn)行適當的調整，以最大可能地提高清灰效果，減少二次揚塵，節省能源消耗和延長(cháng)振打裝置的使用壽命。

2.4內部件變形的影響

在高溫時(shí)粉塵的比電阻是非常適合窯頭電除塵器收塵的，但高溫對除塵器的影響也是致命的。溫度過(guò)高會(huì )造成電除塵器內部件變形，反而影響收塵效果，嚴重的時(shí)候整個(gè)電場(chǎng)短路，電除塵器停止工作。

在日常的電除塵器使用中，內部件最容易發(fā)生的故障如下：內部件受高溫沖擊發(fā)生變形、兩側邊緣擋風(fēng)板變形或脫落、灰斗阻流板損壞或脫落、絕緣部件損壞、陰極系統的故障、振打傳動(dòng)失效等。

(1)內部件受高溫沖擊發(fā)生變形。受高溫沖擊最容易發(fā)生變形的是極板，這些變形在溫度回歸正常時(shí)而不能恢復到正常狀態(tài)，影響電場(chǎng)電壓的升高，嚴重時(shí)整個(gè)電場(chǎng)都升不上電壓，電除塵器收塵效果惡化。

(2)兩側邊緣擋風(fēng)板變形或脫落，都會(huì )使含塵氣體不經(jīng)過(guò)電場(chǎng)收塵而直接排出，進(jìn)而造成電除塵器排放超標。

(3)絕緣部件損壞會(huì )造成電場(chǎng)電壓升不上去，電除塵器收塵效果惡化。

(4)陰極系統的故障。經(jīng)驗表明，電場(chǎng)出現故障頻率較高的主要是陰極系統，包括陰極線(xiàn)框架的定位、極線(xiàn)松緊度。例如：陰極線(xiàn)框架定位螺桿出現松動(dòng)雖不是普遍現象，但一個(gè)線(xiàn)框的松動(dòng)會(huì )帶來(lái)整個(gè)電場(chǎng)工作效率大幅降低甚至失效。所有螺桿定位失效的概率很小，但一個(gè)電場(chǎng)在一年內出現一處松動(dòng)的概率并不低，而陰極線(xiàn)的松動(dòng)同樣會(huì )引起運行電壓和電流的降低、削弱電場(chǎng)功效，因此，無(wú)論是否發(fā)現其松動(dòng)，皆應對每根線(xiàn)加以檢查和緊固。

(5)振打傳動(dòng)失效。陰陽(yáng)極振打系統有很多傳動(dòng)部件，對安裝精度要求很高，每一個(gè)細節安裝調整不到位，都會(huì )影響振打力的傳遞，進(jìn)而影響收塵效果。以上每個(gè)部件出現問(wèn)題都會(huì )影響電除塵器的收塵效果。

2.5電除塵器規格的影響

有些設計者在選用電除塵器時(shí)，只是根據廠(chǎng)家樣本中所標明的風(fēng)量和截面積來(lái)確定電除塵器的規格，而不考慮煙氣和粉塵的性質(zhì)以及收塵極板總面積等主要因素。除塵行業(yè)競爭激烈，為提高其競爭力，不是立足于自身技術(shù)進(jìn)步和設備的可靠性，而是著(zhù)重于價(jià)格高低。

為提高價(jià)格優(yōu)勢，唯一手段就是降低設備重量，所以往往確定的設計參數不切實(shí)際，致使電除塵器的規格偏小，處理風(fēng)量能力不夠，其結果是收塵效率低，達不到國家的粉塵排放標準。還有些電除塵器的長(cháng)高比、長(cháng)寬比不合適，雖然收塵面積夠，但收塵效率不高。電除塵器的規格不夠唯一的辦法就是增加電場(chǎng)或者加高電場(chǎng)，不管哪種方法投資都是比較大的，而且施工量較大、施工周期長(cháng)。

2.6制造安裝質(zhì)量的影響

在電除塵器制造方面，很多人認為電除塵器的技術(shù)含量不高，不是要求精密度很高的金屬結構件產(chǎn)品，只要有幾臺焊機、幾臺設備就能加工電除塵器，因此在很多大型電除塵器制造廠(chǎng)的周?chē)?，?huì )派生出很多的小型制造廠(chǎng)，有些連基本的設備都沒(méi)有就能生產(chǎn)電除塵器。

特別是前些年，水泥行業(yè)形勢較好，電除塵器生產(chǎn)廠(chǎng)家的任務(wù)都很飽滿(mǎn)，粗制濫造的情況時(shí)有發(fā)生，更有個(gè)別不良廠(chǎng)家偷工減料，再加上沒(méi)有嚴格的檢驗程序，其產(chǎn)品質(zhì)量很難保證[3]。

至于安裝方面，問(wèn)題更為嚴重，層層分包，以包代管的情況非常普遍;安裝隊伍不專(zhuān)業(yè)，安裝人員都是臨時(shí)拼湊的，技術(shù)水平不高，對電收塵器的安裝要點(diǎn)更是沒(méi)有一點(diǎn)了解，施工現場(chǎng)混亂無(wú)序，這種素質(zhì)的安裝隊伍，是沒(méi)法保證安裝質(zhì)量的。

在施工工程中，業(yè)主也是只注重工期及形象進(jìn)度，根本不過(guò)問(wèn)安裝質(zhì)量，給后續的使用留下嚴重的質(zhì)量缺陷。制造安裝質(zhì)量差是很多電除塵器一開(kāi)始投運就除塵效果差的一個(gè)重要原因。

2.7氣流分布的影響

電除塵器是利用電極間的空間來(lái)除塵的，為達到設計的除塵效率，要求含塵煙氣能均勻地分布在電場(chǎng)的全部空間內，所以電除塵器的進(jìn)氣口均設計有氣體均布裝置，并對均布效果有一定的要求。

氣體均布的好壞對收塵效率的影響很大，如果氣流分布不均意味著(zhù)電場(chǎng)內存在高、低速度區，某些部位存在渦流和死區，在低速區增加的收塵效率遠不能彌補高速區效率的降低，況且高速氣流和渦流會(huì )產(chǎn)生沖刷，增加極板和灰斗中粉塵的二次揚塵，不良的氣流分布可造成收塵效率降低20%～30%甚至更多，可見(jiàn)氣體均布的好壞對除塵效率的影響很大。

在設計氣體均布裝置時(shí)，是以煙氣垂直進(jìn)入進(jìn)氣口法蘭為前提的，所以煙道風(fēng)管在與電除塵器進(jìn)口法蘭聯(lián)接時(shí)，必須要考慮煙氣能否垂直進(jìn)入進(jìn)氣口法蘭，否則會(huì )破壞氣體均布裝置的性能，影響煙氣在電場(chǎng)內的均布。

這一點(diǎn)工藝人員在進(jìn)行煙道風(fēng)管設計時(shí)考慮較少，有些風(fēng)管甚至是斜向插入除塵器，煙道是連上了，氣體的均布效果卻給破壞了[5]。正確的設計是保持與進(jìn)氣口法蘭垂直的煙道有一定的長(cháng)度，這一長(cháng)度應不小于風(fēng)管當量直徑的三倍。如因場(chǎng)地等原因無(wú)法做到時(shí)，應在風(fēng)管的彎頭內增加導流板，引導氣流垂直進(jìn)入電除塵器。

風(fēng)管的直徑也是一個(gè)重要參數，必須與除塵器的進(jìn)口法蘭面積相當，通常進(jìn)電除塵器法蘭處的氣流速度多小于14m/s。如偏差較大應設計變徑管，且變徑管的張角不能太大，一般不大于60°。

若條件限制，則應在變徑管內增加擴散器，引導氣流擴散，否則，不但影響氣流在電除塵器內的均布，還會(huì )強烈沖擊氣體分布板，造成分布板破損，影響電除塵器的使用效果[4]。

對不符合布置要求的均風(fēng)裝置，應進(jìn)行調整，或通過(guò)改進(jìn)煙道以及采取導流等措施，改善氣流分布，提高收塵效率。

2.8漏風(fēng)的影響

電除塵器的漏風(fēng)主要有兩個(gè)部位：一個(gè)是本體的漏風(fēng);另一個(gè)是灰斗下料口的漏風(fēng)。本體漏風(fēng)不但造成工作負載的增大，還會(huì )增加粉塵的逃逸。電除塵器多為負壓工作，局部漏進(jìn)來(lái)的風(fēng)速極高，清灰降落的粉塵將被帶起直接到達出氣口形成粉塵逃逸。當采用拉鏈機排灰而灰斗下料口沒(méi)有鎖風(fēng)裝置時(shí)，拉鏈機使實(shí)際的粉塵逃逸大大增加。由此可見(jiàn)，電除塵器的漏風(fēng)也是影響除塵效果的一個(gè)重要因素。

3結束語(yǔ)

綜上所述，窯頭電除塵器的除塵效率受多重因素影響，要根據具體情況進(jìn)行分析，找出主要問(wèn)題癥結所在，只有把問(wèn)題找準，才能采取針對性的措施。這些措施可能是一項，也可能是多項的組合，只要這些措施實(shí)施到位，收塵效果一定會(huì )有大幅度的提高，達標排放的問(wèn)題將會(huì )迎刃而解。