摘要:通過聲波清灰器在某燃煤電廠電除塵器中的應(yīng)用,介紹了聲波清灰器的工作原理,并將聲波清灰技術(shù)與機(jī)械振打清灰技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),證明了應(yīng)用聲波清灰技術(shù)輔助機(jī)械振打清灰可以有效提高電除塵器的除塵效率。(Application of Sonic Dust Cleaner in ESP)
1 電除塵器工作原理
我國從事電除塵技術(shù)的研究起步較晚,到了20世紀(jì)70年代,電除塵器才在我國得到應(yīng)有的重視和比較廣泛的采用。電除塵器是一種用于捕集細(xì)微粉塵的高效除塵器,利用直流高壓電源在電暈極和收塵極之間產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)使氣體電離,產(chǎn)生電暈放電,進(jìn)而使懸浮塵粒荷電,并在電廠力的作用下,將懸浮塵粒從氣體中分離出來并加以捕集的除塵裝置。電除塵器有許多類型和結(jié)構(gòu),但其基本設(shè)計(jì)原理都是相同的。用電除塵器的方法分離,捕集氣體中的懸浮塵粒主要包括以下幾個(gè)過程:
(1)施加高電壓產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)使氣體電離,產(chǎn)生電暈放電;
(2)懸浮塵粒的荷電;
(3)荷電塵粒在電場(chǎng)力的作用下向電極運(yùn)動(dòng);
(4)荷電塵粒在電廠中被捕集;
(5)電極清灰;
2 電除塵器電極清灰方法
當(dāng)電除塵器極板收集的塵粒層較厚時(shí),會(huì)使擊穿電壓降低,電暈電流減小,塵粒的有效驅(qū)進(jìn)速度下降,嚴(yán)重影響電除塵器的除塵效率。因此,有效及時(shí)的清除極板表面的積灰,是保證電除塵器高效運(yùn)行的重要條件。電極的清灰方法主要有濕式清灰,機(jī)械清灰和聲波清灰3種。后兩種均屬于干式清灰,其優(yōu)點(diǎn)是清灰裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,易于維護(hù),且清除下來的灰塵便于處置和利用,但存在的主要問題是在清灰過程中會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。
2.1 聲波清灰原理
聲波清灰是通過聲波發(fā)生器把壓縮空氣變?yōu)榫哂幸欢芰康膹?qiáng)聲波饋入電除塵器的電場(chǎng)內(nèi),進(jìn)行全方位傳播。聲波到達(dá)電除塵器的極板極線后,轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,與灰塵形成高速周期振蕩,抵消氣流中粉塵的表面粘附力,以阻止粉塵相互之間結(jié)合成一層硬殼。同時(shí)聲波還能使已經(jīng)結(jié)塊的粉塵層疏松,使粉塵較容易地從電極或構(gòu)件上脫落,從而達(dá)到清除積灰的目的。
聲波清灰的本質(zhì)是“波及”,由于聲波是全方位傳播(直達(dá),反射和折射等),因而作用力的方向具有多向性,作用范圍廣,而其他清灰方式的作用力是“單向“的。所以輔以聲波清灰會(huì)有很好的效果,但同時(shí)聲波清灰也比較容易引發(fā)集中的二次揚(yáng)塵。
2.2 機(jī)械振打清灰原理
機(jī)械振打清灰時(shí),當(dāng)極板受到振打力時(shí),極板將振打力傳遞給灰層,在振打力的作用下客服灰層的摩擦力及粘附力脫離極板。振打清灰效果取決于振打的強(qiáng)度和振打周期。振打強(qiáng)度和周期應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),使極板上留有極薄的一層塵粒,否則加重二次揚(yáng)塵和結(jié)構(gòu)的損壞。
3 聲波清灰與機(jī)械振打清灰方式的對(duì)比試驗(yàn)
某發(fā)電廠在1號(hào)爐南側(cè)電除塵器在機(jī)械振打的基礎(chǔ)上加裝了聲波清灰系統(tǒng),北側(cè)電除塵器未安裝聲波清灰系統(tǒng),僅適用機(jī)械振打的清灰方式。為了對(duì)比兩種清灰方式電除塵器的效率,在相同鍋爐運(yùn)行工況下,對(duì)南,北兩側(cè)的電除塵器同時(shí)測(cè)試除塵效率。
該機(jī)組鍋爐設(shè)備為東方鍋爐廠制造生產(chǎn)的超高壓參數(shù),自然循環(huán),一次中間再熱,采用四角燃燒方式,固態(tài)排渣煤粉爐,制粉系統(tǒng)為中間存儲(chǔ)倉式乏氣送粉。該鍋爐除塵器共有10臺(tái)高壓電源,每臺(tái)主變擔(dān)負(fù)南北兩側(cè)電除塵器的各一個(gè)供電分區(qū),公20個(gè)供電分區(qū)。前12個(gè)供電分區(qū)的二次供電電壓不小于48kV,二次供電電流不低于1A,后8個(gè)供電分區(qū)的二次供電電壓不小于52kV,二次供電電流不小于1A。
鍋爐主要參數(shù)如下:
機(jī)組電負(fù)荷:200MW |
額定蒸發(fā)量:670t/h |
汽包工作壓力:15.19MPa | 過熱器出口壓力:13.27MPa |
再熱蒸汽出口壓力:2.5MPa | 過熱蒸汽溫度:540℃ |
再熱蒸汽出口溫度:540℃ | 給水溫度:240℃ |
給水壓力:17.46MPa | 排煙溫度:140℃ |
燃料消耗量:77.7t/h |
電除塵器技術(shù)參數(shù)如下:
臺(tái)數(shù):2臺(tái) | 電場(chǎng)數(shù):5個(gè) |
處理煙氣量:1600000m³/h | 每臺(tái)電除塵器煙氣流通面積:205㎡ |
電場(chǎng)內(nèi)煙氣流速:1.08m/s | 同極間距:406mm |
通道數(shù):2*34個(gè) | 陽極板高度:14.84m |
陽極板形式:BE |
長高比:1.25 |
陽極板總有效面積:37571㎡ | 電場(chǎng)總有效長度:18.616m |
陰極線形式:V15 | 陰極線總長度:79904m |
比集塵面積:84.53㎡ | 煙氣停留時(shí)間:17.2s |
驅(qū)進(jìn)速度:6.53cm/s | 電除塵器本體漏風(fēng)率:< 3% |
電除塵器本體阻力:< 260pa |
電除塵器入口含塵濃度:< 20g/Nm³ |
電除塵器出口含塵濃度:< 100mg/Nm³ |
設(shè)計(jì)除塵效率:99.60% |
灰斗數(shù)量:2*18個(gè) | 灰斗加熱形式:蒸汽加熱 |
灰斗料位計(jì)形式及數(shù)量:阻尼式 16臺(tái) | 振打形式:頂部電磁振打 |
3.1 兩種清灰方式下除塵效率測(cè)試工況對(duì)比:
兩種清灰方式下除塵效率實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行,鍋爐在實(shí)驗(yàn)期間運(yùn)行穩(wěn)定,南北兩側(cè)排煙溫度基本相同,兩側(cè)送引風(fēng)機(jī)擋板開度,電流大致相同。實(shí)驗(yàn)期間的鍋爐運(yùn)行參數(shù)見表1,電除塵器運(yùn)行參數(shù)見表2。從表2中實(shí)驗(yàn)期間電除塵器一,二次電壓和一,二次電流記錄數(shù)據(jù)上看,使用聲波清灰方式的一側(cè)一至五電場(chǎng)的二次電流平均值分別高出使用機(jī)械振打清灰方式的一側(cè) 0A,0.65A,0.95A,0.29A,0.1A。
表一 實(shí)驗(yàn)期間鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)
項(xiàng)目 | 平均值 | |
主蒸汽量/(t/h) | 北 | 286 |
南 | 314 | |
主蒸汽壓力/MPa | 13.03 | |
主蒸汽溫度/℃ | 北 | 536 |
南 | 533 | |
給水壓力/MPa | 14.13 | |
給水溫度/℃ | 234 | |
排煙溫度/℃ | 北 | 140 |
南 | 139 | |
1號(hào)引風(fēng)機(jī) | 電流/A | 66 |
擋板開度/% | 96.7 | |
2號(hào)引風(fēng)機(jī) | 電流/A | 66 |
擋板開度/% | 98.4 | |
1號(hào)送風(fēng)機(jī) | 電流/A | 16 |
擋板開度/% | 94.3 | |
2號(hào)送風(fēng)機(jī) | 電流/A | 17 |
擋板開度/% | 96.9 |
表二 實(shí)驗(yàn)期間電除塵器主要運(yùn)行參數(shù)
電場(chǎng)編號(hào) | 記錄參數(shù) | 北側(cè)(未裝聲波清灰器) | 南側(cè)(加裝聲波清灰器) |
一電場(chǎng) | 一次電壓/V | 210 | 290 |
一次電流/A | 207 | 253 | |
二次電壓/kV | 49 | 57 | |
二次電流/A | 0.8 | 0.8 | |
二電場(chǎng) | 一次電壓/V | 247 | 280 |
一次電流/A | 140 | 267 | |
二次電壓/kV | 63 | 51 | |
二次電流/A | 0.5 | 1.15 | |
三電場(chǎng) | 一次電壓/V | 160 | 252 |
一次電流/A | 63 | 273 | |
二次電壓/kV | 46 | 47 | |
二次電流/A | 0.2 | 1.15 | |
四電場(chǎng) | 一次電壓/V | 303 | 260 |
一次電流/A | 207 | 302 | |
二次電壓/kV | 60 | 46 | |
二次電流/A | 0.9 | 1.19 | |
五電場(chǎng) | 一次電壓/V | 368 | 275 |
一次電流/A | 193 | 272 | |
二次電壓/kV | 56 | 45 | |
二次電流/A | 1.05 | 1.15 |
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
參照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn),在相同鍋爐運(yùn)行工況下,南,北兩側(cè)的電除塵器效率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表三,四。
表三 北側(cè)電除塵器(未裝聲波清灰)的測(cè)試數(shù)據(jù)
項(xiàng)目 | 入口1 | 入口2 | 出口1 |
標(biāo)干煙氣流量/(Nm³/h) | 173 120 | 198 629 | 379 960 |
煙氣動(dòng)壓/Pa | 49 | 66 | 64 |
煙氣靜壓/kpa | -1.46 | -1.39 | -1.5 |
煙氣全壓/kpa | -1.43 | -1.34 | -1.45 |
測(cè)點(diǎn)處煙氣流速/(m/s) | 9.60 | 11.22 | 11.05 |
煙氣溫度/℃ | 138 | 146 | 144/ |
采樣截面面積/㎡ | 9.3 | 9.3 | 18 |
大氣壓力/kpa | 89.62 | 89.62 | 89.62 |
煙氣含濕量/% | 6.8 | 6.8 | 6.8 |
煙氣含氧量/% | / | / | 4.1 |
過量空氣系數(shù) | / | / | 1.2426 |
測(cè)試工況下濕煙氣流量/(m³/h) | 321 408 | 375 646 | 716 040 |
實(shí)測(cè)煙塵濃度(mg/Nm³) | 29 893 | 30 323 | 122 |
折算煙塵排放濃度(過量空氣系數(shù)為1.4)(mg/Nm³) | / | / | 108 |
電除塵器效率/% | 99.59 |
表四 南側(cè)電除塵器(加裝聲波清灰)的測(cè)試數(shù)據(jù)
項(xiàng)目 | 入口1 | 入口2 | 出口1 |
標(biāo)干煙氣流量/(Nm³/h) | 177 452 | 208 102 | 398 959 |
煙氣動(dòng)壓/Pa | 53 | 71 | 70 |
煙氣靜壓/kpa | -1.41 | -1.4 | -1.44 |
煙氣全壓/kpa | -1.37 | -1.35 | -1.39 |
測(cè)點(diǎn)處煙氣流速/(m/s) | 10.05 | 11.56 | 11.40 |
煙氣溫度/℃ | 147 | 139 | 137 |
采樣截面面積/㎡ | 9.3 | 9.3 | 18 |
大氣壓力/kpa | 89.62 | 89.62 | 89.62 |
煙氣含濕量/% | 6.8 | 6.8 | 6.8 |
煙氣含氧量/% | / | / | 4.4 |
過量空氣系數(shù) | / | / | 1.2651 |
測(cè)試工況下濕煙氣流量/(m³/h) | 336474 | 387029 | 738720 |
實(shí)測(cè)煙塵濃度(mg/Nm³) | 30160 | 28406 | 65 |
折算煙塵排放濃度(過量空氣系數(shù)為1.4)(mg/Nm³) | / | / | 59 |
電除塵器效率/% | 99.77 |
4 實(shí)驗(yàn)分析
影響電除塵器性能的因素有很多,可大致歸納為4大類:粉塵特性;煙氣性質(zhì);本體結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能;供電控制質(zhì)量。此次實(shí)驗(yàn)檢測(cè)樣品為同一臺(tái)鍋爐的2臺(tái)電除塵器,該條件保證了此次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的粉塵特性相同,2臺(tái)電除塵器的本體結(jié)構(gòu),供電質(zhì)量大致相同。從實(shí)驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)可以看出煙氣性質(zhì)也大致相近,北側(cè)(未安裝聲波清灰系統(tǒng))平均煙氣溫度為142℃,平均煙氣流速為10.41m/s,入口平均煙塵濃度為30108mg/Nm³,處理煙氣量為697054m³/h(標(biāo)干煙氣量為371 749Nm³/h)。 南側(cè)(加裝聲波清灰系統(tǒng))平均煙氣溫度為143℃,平均煙氣流速為10.81m/s,入口平均煙塵濃度為29283mg/Nm³,處理煙氣量為723503m³/h,(標(biāo)干煙氣量為385554Nm³/h)。從上述實(shí)驗(yàn)工況描述可以看出此次實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)是具有可比性的。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看,加裝聲波清灰系統(tǒng)的一側(cè)除塵效率略高于僅使用機(jī)械振打清灰方式的一側(cè)0.18%,出口煙塵濃度降低49mg/m³。
從實(shí)驗(yàn)期間除塵器參數(shù)來看,北側(cè)除塵器(未裝聲波清灰)二次電流值大多比南側(cè)(加裝聲波清灰)除塵器要低,而極板積灰過多,電暈線肥大,放電不良及振打裝置故障或周期過長,都可能是導(dǎo)致二次電流值偏低的原因。
5 結(jié)論
在該電廠的特定工況條件下,可以看出加裝聲波清灰的效果要比單獨(dú)機(jī)械振打清灰效果好。在聲波有限作用范圍內(nèi),能作用到電除塵器內(nèi)的任何死角,聲波助清灰增大清灰強(qiáng)度,彌補(bǔ)了原機(jī)械振打機(jī)構(gòu)振打力定向傳遞且容易衰減的缺陷,使電除塵器極板,極線表面積灰層得到有效,及時(shí)清除,增加了電廠強(qiáng)度,增強(qiáng)了極板的收塵能力,使電除塵器的除塵效率得到提高。但聲波清灰要注意其聲波強(qiáng)度和使用頻率,避免電場(chǎng)內(nèi)煙塵二次飛揚(yáng)。
但是 聲波清灰效果受煙塵工況特性的影響較大,當(dāng)含塵介質(zhì)濕度小,吸濕性粉塵含量低,流動(dòng)性好時(shí)效果明顯,而對(duì)于濕度較大的粘附性粉塵則效果不佳。所以,目前安裝在電除塵器中的聲波清灰器分布合理的情況下,可以輔助機(jī)械振打,彌補(bǔ)機(jī)械振打力不足,達(dá)到最佳清灰效果。