BEL型雙維振打式電除塵器的研發
1 技術背景
目前國內外電除塵器主要采用兩種振打清灰技術，即側部機械振打技術和頂部電磁振打技術。
頂部電磁錘振打技術的主要特點為：振打棒或振打錘擊打方向為垂直向下，振打點一般布置在電極上部，振打力為自上而下垂直傳遞。
側部機械振打技術的主要特點為：分為側向底部撓臂錘振打、側向多點撓臂錘振打等，振打錘均為水平擊打。
上述兩種電除塵器振打清灰技術均在世界范圍內得到了大規模的應用。對應這兩種振打形式的電除塵器，其相應極配形式的配置各具特點。其中與側部振打相對應的波狀形陽極板和與頂部電磁振打相對應的陰極小框架結構，在電氣性能和結構上也分別具有各自的特點。隨著我國新排放標準的出臺和市場的需求，對電除塵器設備的性能和可靠性提出了更高的要求，目前國內一些企業已成功開發出一種頂打和側打相結合的BEL型雙維振打式電除塵器產品（以下簡稱BEL型電除塵器），該產品集中了上述兩種電除塵器的優點，受到用戶的廣泛歡迎。
2 BEL型電除塵器特點
2.1BEL型電除塵器總體構成與電場極配形式BEL型電除塵器總體結構，如圖1所示。
 1—電磁錘振打器、2—絕緣子保溫室、3—殼體、4—出口喇叭、5—陽極振打裝置、6—雙層密封人孔門、7—灰斗、8—陽極系統、9—氣流均布裝置、10—進口喇叭、11—陰極系統、12—高壓進線、13—頂部檢修門。 |
通過將與側部振打配合的波形極板和與頂部電磁振打相配合的陰極結構有機地結合，使這兩種結構的優點得到更進一步的發揮，形成BEL型電除塵器電極結構的最大特點。
BEL型電除塵器由軋制成波浪形的陽極板與針刺形陰極線相配合，每塊陽極板配置兩根陰極線，每根陰極線布置在波浪形陽極板的波谷位置（如圖2所示）。
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在這種電場極配形式下，電暈線輻射到極板表面各點的空間距離幾乎相等，產生的電力線分布均勻，板面電流密度分布也較為均勻，因而具有類似于圓管式放電的效果，使得吸附在極板上各點的粉塵厚度相一致，可充分利用極板的有效面積，克服常規C形板存在的電場死區，抑制了因高比電阻粉塵而引發的反電暈現象的產生，達到充分捕集粉塵、提高除塵效率的目的。
2.2波狀形陽極板的優點
（1）波狀形陽極板與相同長度和高度的C形板相比，可增加10%的收塵面積（即電暈線實際輻射陽極板的表面積為其投影面積的1.1倍），從而實現在電除塵器殼體長度不增加的情況下，達到增加集塵面積、提高除塵效率的目的。
（2）與C形板相比,波狀形陽極板不容易發生氣體擊穿。C形板防風鉤附近電位梯度很大，易產生氣體擊穿，導致火花電壓下降。而波狀形板呈“W”形，斷面邊沿無防風鉤，而且陰極線處流通寬闊，電場很均勻，可推遲出現火花，增大運行電壓，有效提高除塵效率。
（3）波狀形陽極板與針刺線相匹配，與C形板相比，電流密度峰值低，平均電流密度較高，具有較強的捕集高比電阻粉塵能力，可提高對細微塵粒的擴散荷電與捕集效率。由于陽極板表面上粉塵層內的電場強度為E塵層=ρi（ρ為粉塵的比電阻，i為電流密度），因此，對于同樣情況下的煙塵（ρ為定值），i愈大則塵層兩側電位差愈大，愈易將其中氣體擊穿而生成反電暈，此時會產生大量的正負離子，中和帶電的粉塵粒子，具體表現為電流劇增，電壓下降，除塵效率明顯下降。從圖3中可看出，C形板正對電暈線處電流密度出現峰值，容易引發反電暈現象。
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（4）試驗證明，在相同極距、相同陰極線的條件下，無論是冷態空載，還是熱態負載條件下的伏安特性，波狀形陽極板的伏安特性曲線更為平緩，其閃絡電壓總是高于C形板（見圖4）。這進一步表明了波狀形陽極板表面的場強分布較均勻，沒有明顯的峰值。而C形板表面的場強分布均勻性較差，會過早出現火花。
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2.3陽極振打清灰方式
鑒于波狀形陽極板自身的結構特點及其懸吊方式的特殊性，陽極振打采用改進的側部整體仿錘形振打清灰技術，其機構簡潔、活動環節少、可靠性高。改進后的側向振打力由布置在“W”形極板下部波谷位置的雙斜向楔塊進行傳遞，因而可有效解決常規側部振打式陽極下部振打機構對極板的剪切破壞和變形問題，并提高了傳力效果。
2.4陰極振打清灰方式
陰極采用陰極小分區結構+頂部塵外電磁錘振打清灰技術。采用小分區結構技術，可劃出小振打單元，提高振打清灰效果。采用的剛性桅桿式陰極小框架結構，與常規側打型電除塵器陰極大框架結構相比，振打傳遞區間減小了一半，大大提高了加速度分布的均勻性。圖5所示為三電場電除塵器陰極分區結構及振打對比情況。
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圖5中（a）的陰極采用常規側部振打大框架結構，由于振打點的振打加速度過大會導致電極結構出現剪切破壞、變形及斷線等問題，振打加速度分布均勻性較差。圖5中（b）將每個電場分為兩個小區，陰極采用頂部振打和剛性小框架結構，振打加速度分布均勻性較好，較小的振打力即可滿足清灰要求。
（1）剛性桅桿式小框架的結構對稱，頂部振打的傳力途徑順暢，最小振打加速度值高，分布均勻性好。在15m高的全尺寸陰極小框架振打試驗中，當頂部電磁錘振打器高度提升為300mm時，最小振打加速度值可達100g以上，其加速度分布相對均方根值為0.2，小于0.40的行業標準。可徹底解決常規側部振打式陰極大框架振打加速度分布不均勻和由于局部振打加速度過大而導致的剪切破壞、變形、斷線、斷軸及絕緣爬電等問題。
（2）采用頂部塵外電磁錘振打的清灰技術，煙塵中沒有運動部件，運行安全可靠、便于維護管理；振打強度、頻率、順序均可實時調節。由于頂部振打作用力的方向與極線的軸線方向相一致，而極線軸線方向的強度大于徑向強度，因此不易斷線，提高了電除塵器運行的可靠性，振打器還可在不停機的條件下實施檢修。可適應不同煙氣條件的CS系列不銹鋼針芒刺電暈線，振打傳力特性好，加速度分布均勻。該線型還具有多種規格，可根據放電特性需要靈活設計選用，能適應各種工況下的煙塵治理。采用陰極振打及絕緣吊掛朝上布置的方式，可省去陰極側部振打機構在電場內部所占的空間位置，提高電場內部空間利用率，使得除塵器電場結構緊湊，利于布置，節省占地面積。與相同規格的傳統側部振打式電除塵器相比，BEL型電除塵器每個電場占地長度可縮短1m左右，因此一臺四電場BEL型電除塵器在長度上可節省4m，從而可解決一些場地有限的電除塵器工程項目中的工藝布置問題,并可節約一定的工程費用。
2.5 BEL型電除塵器配套高、低壓電器設備
BEL型電除塵器采用高、低壓控制設備。其中高壓硅整流控制設備采用高速、高性能、大容量Intel CH-MOS真16位單片機-80C196KB為主控芯片，在控制功能上采用雙重火花檢測控制技術，具有常規的火花跟蹤、最高平均電壓、雙半波間歇脈沖供電等多種控制方式，并增加了單半波間歇脈沖供電，能自動檢測動態伏安特性曲線族，可采集并存儲電壓電流波形，而且在保護功能上除具有短路、開路、過流、偏勵磁和超油溫檢測保護功能外，還增加了特殊的超電壓、過載限流措施。
3 BEL型電除塵器的市場應用
BEL型電除塵器第一臺工業樣機應用在某電廠130t/h燃煤鍋爐配套電除塵器改造工程。原電除塵器設備運行幾年，主要問題如下：
（1）陽極板腐蝕、變形、錯位嚴重；
（2）陰極斷線率高，陰極大框架變形，影響電場正常工作；
（3）陽極板上部積灰嚴重，后電場陰極線肥大；
（4）陰陽極側部機械振打機構磨損嚴重，掉錘頻繁；
（5）進口喇叭氣流分布孔板被氣流沖刷磨損嚴重。由于上述原因，該電除塵器效率明顯下降，不能滿足日益嚴格的環保排放要求。該電廠采用了BEL型電除塵器技術對該臺設備進行了提效改造，主要改造方案如下：
（1）采用混合寬間距技術，第一電場同極間距為400mm，第二、三電場同極間距為460mm，以便于提高電場工作電壓和提高對細微粉塵的捕集能力。
（2）采用波狀形陽極板與針芒刺線取代原陰陽電極。
（3）陰極系統采用微機控制，頂部塵外電磁錘振打清灰系統取代原振打裝置。
（4）陽極系統采用側部整體仿錘形振打清灰技術進行設計，取代原振打裝置。
（5）陰極系統按照小分區結構技術布置，劃出小振打單元，提高振打清灰效果。
（6）采用剛性單桅桿式陰極小框架取代原陰極大框架。
（7）采用剛玉承壓絕緣子和錐形絕緣軸更換原陰極吊掛和絕緣系統。
（8）陰、陽極系統均采用上吊下垂懸吊方式，系統可自由伸縮，避免熱脹冷縮變形，提高電除塵器對工況溫度變化的適應性。
（9）保留原電除塵器殼體墻板、頂梁及其內部承壓件，更換頂板，增設下部承壓件、內部阻流板及側封板等。
（10）保留原電除塵器進口喇叭,重新設計進口喇叭氣流均布機構，采用多孔板加導流葉片裝置更換原三層氣流分布板，并進行調整，解決了原電場斷面的氣流分布均勻性差的問題；保留出口喇叭。
（11）保留原有的高壓硅整流裝置，采用龍凈環保K型全數字控制高壓調整器取代原高壓調整器。（12）對所有的密封部位進行全面更換。
（13）采用一臺微機集控柜更換原振打、加熱控制柜。
該臺BEL型電除塵器設備于2002年初安裝完畢并投入運行，運行前對設備做了冷態氣流分布測試和振打加速度測試，實測氣流分布均方根差值為0.23%，達到≤0.25%的保證要求；經現場陰陽極振打加速度測試，實測陰極最小加速度值為120g，整個框架加速度分布相對均方根差值僅為0.26；實測陽極最小加速度值高達383g，板排加速度分布相對均方根差值僅為0.31，滿足小于0.40的國家電除塵行業標準，冷態試車順利。設備投入正常運轉半年后，進行了熱態性能測試，測試結果為：在機組滿負荷工況下，實測除塵效率為99.93%,出口煙氣含塵濃度為36.45mg/Nm3，本體壓力降為180Pa，漏風率為2.0%。依據測試結果，電除塵器改造后各項性能保證值均滿足合同協議要求。
按實際測試數據計算，改造后的樣機每年可減少從煙囪向大氣排放的粉塵約600噸。實踐證明，BEL新型電除塵器比傳統電除塵器具有更好的綜合性能，特別是在電除塵改造方面具有更加突出的優點。
4 小結
BEL型電除塵器突破了傳統的技術界限，科學地將當今流行的兩種電除塵器振打技術進行了融合，并形成了以同心圓電場極配形式、陰極小分區結構、單桅桿式陰極框架、陰極頂部電磁錘振打清灰技術等為技術特征的新型電除塵器，性能價格比得到進一步的提高，適于老電除塵器提效改造和新電除塵器的制造，具有較大的市場應用前景。
參考文獻：（略）
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