电除尘器节能

摘要：从经典分离粒子所需能量很小的理论分析目前国内外采用的常规电除尘，其电场能耗还有98％以上的潜力可挖。“软稳”电除尘技术节电是很明显的。

关键词：粒子；电除尘；能耗；节电

电除尘不仅其除尘效率高，而且比其它常见的除尘器，如机械除尘、布袋除尘及水除尘省电很多而成为烟尘污染治理的佼佼者。

多年来，很多人为了进一步改善和提高电除尘的性能，利用现代的电子技术，采用微机自动控制，进行火花自动检测、自动跟踪、自动抑制，把供电电源控制在“最佳火花率”状态下运行。但仔细研究常规电除尘供电电源还有多大潜力可挖的人为数不多。甚至有一种倾向，为进一步提高除尘效率，还继续增大电场的输入电流，几百毫安不行，要几千毫安。岂不知，其已进入电除尘的误区。目前，国内和国外的常规除尘器，尽管采用了先进的电子自动控制技术，但是电场能耗的绝大部分对除尘不起作用，属于浪费的问题，并没有得到很大的解决。如何挖掘这一潜力？分析如下：

1理论分析电除尘器捕集粒子所需的能量是很小的

美国学者怀特先生对电除尘捕集粒子所需的能量作了深入的研究。他认为从气体中分离出烟粉尘粒子所需的电能很小，它可以根据气流尘粒的粘滞力和粒子向着集尘电极运动所经过的距离计算出来。根据斯托克斯定律，一个球状粒子所受到的磨擦力f为：

f＝6πηаω（1）

式中：η——为气体粘度；

а——为尘粒半径；

ω——为驱进速度。

使尘粒向着集尘极运动经过的距离为s，所消耗的功为：

w＝fs＝6πηаωs（2）

进一步假设气体含尘浓度为c，尘粒的密度为ρ，则单位气体体积的尘粒为n0为：

n0＝（3）

因此，使1m3气体中全部尘粒全部分离所需的功为w0为：

w0＝w·n0

＝6πηаωs×＝

（4）

由（4）式可以看出，从气流中分离尘粒所需的功与气体粘度η，尘粒驱进速度ω，平均移动距离s和含尘浓度c成正比，而与尘粒半径的平方和尘粒的密度成反比。

从接近除尘工程实际进行推算：

假设尘粒的平均直径为6μ，[找文章到☆文秘写作网-范文每日更新,资源应有尽有！文秘写作网站注：去掉中间符号在百度搜索第一个网站]向着集尘极运动所经过的距离为34cm，驱进速度为16cm/s，含尘浓度为100g/m3，尘粒的密度为1g/cm3（此假设接近水泥磨生产的实际情况），则1m3气体中全部尘粒分离所需的功w0，根据式（4）推算：

[nextpage]w0＝

＝48.94（j）

＝1.36×10-5（kw·h）

即电场能耗1kw·h可以捕集的数量为：

n＝

＝7.35（t/kw·h）

可见分离尘粒所需的能耗是很小的。

2常规电除尘实际的能耗浪费巨大

目前国内和国外仍占主要地位的常规电除尘，其电场能耗浪费是惊人的，现以浙江胜洁环保工程有限公司为天津分公司热电部50mw机组锅炉配套的电除尘实际运行情况为例说明：

平均通风量为q为50×104m3/h

平均入口浓度c为80g/nm3

平均收尘效率η为99.4％

则其每小时收尘量为：

n＝50×104×80×10-3×0.994×10-3

＝39.76（t）

如果按公式（4）推出的单位能耗收尘量7.35t/kw·h，可以推算出这套设备每小时分离尘粒所需耗的能量w0为：

w0＝＝5.41（kw·h）

但这套设备电场每小时实际能耗w为64kw，每耗电1kw·h只能收到的尘量n0为：

n0＝＝0.62（t）

对除尘有用的电场能耗比为：

η＝＝＝0.085

即电场能耗对除尘起作用的部分，还不足10％，90％以上的电场能耗都白白浪费掉了。

3“软稳”电除尘实际节电效果明显

所谓“软稳”电除尘器，实际上是采用软特性准稳定直流电源。

在北京恒运科利水泥厂ф3×9m水泥球磨机尾使用“软稳”电除尘器，取得如下实际数据：

当电除尘器处于空载的时候，即引风机处于停止状态，此时电场没有尘粒，电场的空载电压为43kv，空载电流为4.6ma，这是对电除尘没有起作用的无效消耗：

[nextpage]w1＝43kv×4.6ma＝197.8（w）

w2＝103kv×4.6ma＝473.8（w）

由于粉尘粒进入电场的作用，所增加的功率消耗△w可视作分离尘粒的功率为有效功率：

4常规电除尘电场实际能耗浪费的分析

尽管常规电除尘器比机械除尘、水除尘等省电很多，但其电场能耗有效利用率还不足10％，换句话说其电场能耗的90％以上是浪费的。究其原因，与其供电电源的工作状态和电压波形有关。常规电除尘的学术观点认为：“电除尘的操作电压最好是提高到发生一些火花放电，但又不太严重的境界，这样才能保证最高的收尘效率。”在这一基础上，怀特先生等人又进一步提出了电除尘器在运行中“最佳火花率”的概念。所以，后来常规电除尘器设立火花自动跟踪，自动抑制系统，把电除尘器的高压电源调整在“最佳火花率”的工作状态。尽管如此，也未能把供电电源的供电效率提高到应有的高度。目前国内外基本沿用这种观点进行电除尘器的设计及处理其有关的工艺问题。如果从微观的瞬态观点看，高压静电除尘器是利用高压电晕放电特性，实际上是电晕极与集尘极之间的气体产生局部击穿，这样在两级之间才有可能存在着大量的电离子，并有足够的时间与粉尘结合，使粉尘荷电。荷了电的粉尘在电场力的作用下趋向集尘极，起到了除尘的作用。并且两极间将要火花放电，但没有达到火花放电的临界状态效率最高。

一旦电压达到火花放电，两极间气体全路击穿，这是候电离子由一极跃到另一极，在两极间的停留时间不够，电离子还没来得及与粉尘结合，就跑到另一极去了，粉尘就荷不上电。此时尽管消耗了巨大的能量，但对除尘并不起作用。气体的全击穿不仅指肉眼明显看得见的火花放电，而且也包含着肉眼看不见的脉动电压达到全击穿那部分，对除尘也是无效的。关于电压波形对除尘效率的影响问题，怀特先生指出：“科特雷尔在早期的实验中，曾就未经滤波的整流机组所得到的脉冲电压与在整流机组输出电路上增加一个滤波电容器所得到的定向直流电压进行了比较，结果证明，脉冲电压肯定地优于直流电压，这主要因为直流电压火花放电性能不好。”

这种观点也是从宏观的试验得出的结论。如果从微观的瞬态观点来看，把供电电源的电压控制在火花始发点以下临界处，即全击穿以下的临界处，这时它的效率是最高的，让其每时每刻都处于这一高度，然后在整个周期把其积分起来，肯定在整个周期都处于高效，这样的电压波形肯定是一条平行时间轴线的稳定直线。然而，脉动直流在整个周期中，只有4个点处于火花始发点以下的临界处属于高效，超过火花始发点，那部分尽管肉眼看不见，也属于无效。所以应该说：“稳定直流电压比脉动电压优越”，因为稳定有可能每时每刻都处于高效，所以“稳定”是高效的前提。至于如何解决“火花电性能不好”的问题，硬特性电源的火花电性能必然不好。常规电除尘器的供电电源就是硬特性，无法克服这一矛盾。采用软特性的电源就能较好地解决这一矛盾。可以说“软特性”则是维持高效的可能。大量实践已表明“软稳”电除尘比常规电除尘明显节电。尽管如此，“软稳”电除尘的电场能耗约40％还是无效的，有待进一步去开发利用。

5结论

（1）常规电除尘器的电场能耗只有极小部分对除尘有用，其绝大部分对除尘没有作用，属于浪费，潜力有待挖掘。

（2）采用软特性准稳定直流电源代替常规电源作为电除尘器的供电电源，电场能耗可以节约90％以上。