BEL型双维振打式电除尘器的研发
1 技术背景
目前国内外电除尘器主要采用两种振打清灰技术，即侧部机械振打技术和顶部电磁振打技术。
顶部电磁锤振打技术的主要特点为：振打棒或振打锤击打方向为垂直向下，振打点一般布置在电极上部，振打力为自上而下垂直传递。
侧部机械振打技术的主要特点为：分为侧向底部挠臂锤振打、侧向多点挠臂锤振打等，振打锤均为水平击打。
上述两种电除尘器振打清灰技术均在世界范围内得到了大规模的应用。对应这两种振打形式的电除尘器，其相应极配形式的配置各具特点。其中与侧部振打相对应的波状形阳极板和与顶部电磁振打相对应的阴极小框架结构，在电气性能和结构上也分别具有各自的特点。随着我国新排放标准的出台和市场的需求，对电除尘器设备的性能和可靠性提出了更高的要求，目前国内一些企业已成功开发出一种顶打和侧打相结合的BEL型双维振打式电除尘器产品（以下简称BEL型电除尘器），该产品集中了上述两种电除尘器的优点，受到用户的广泛欢迎。
2 BEL型电除尘器特点
2.1BEL型电除尘器总体构成与电场极配形式BEL型电除尘器总体结构，如图1所示。
 1—电磁锤振打器、2—绝缘子保温室、3—壳体、4—出口喇叭、5—阳极振打装置、6—双层密封人孔门、7—灰斗、8—阳极系统、9—气流均布装置、10—进口喇叭、11—阴极系统、12—高压进线、13—顶部检修门。 |
通过将与侧部振打配合的波形极板和与顶部电磁振打相配合的阴极结构有机地结合，使这两种结构的优点得到更进一步的发挥，形成BEL型电除尘器电极结构的最大特点。
BEL型电除尘器由轧制成波浪形的阳极板与针刺形阴极线相配合，每块阳极板配置两根阴极线，每根阴极线布置在波浪形阳极板的波谷位置（如图2所示）。
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在这种电场极配形式下，电晕线辐射到极板表面各点的空间距离几乎相等，产生的电力线分布均匀，板面电流密度分布也较为均匀，因而具有类似于圆管式放电的效果，使得吸附在极板上各点的粉尘厚度相一致，可充分利用极板的有效面积，克服常规C形板存在的电场死区，抑制了因高比电阻粉尘而引发的反电晕现象的产生，达到充分捕集粉尘、提高除尘效率的目的。
2.2波状形阳极板的优点
（1）波状形阳极板与相同长度和高度的C形板相比，可增加10%的收尘面积（即电晕线实际辐射阳极板的表面积为其投影面积的1.1倍），从而实现在电除尘器壳体长度不增加的情况下，达到增加集尘面积、提高除尘效率的目的。
（2）与C形板相比,波状形阳极板不容易发生气体击穿。C形板防风钩附近电位梯度很大，易产生气体击穿，导致火花电压下降。而波状形板呈“W”形，断面边沿无防风钩，而且阴极线处流通宽阔，电场很均匀，可推迟出现火花，增大运行电压，有效提高除尘效率。
（3）波状形阳极板与针刺线相匹配，与C形板相比，电流密度峰值低，平均电流密度较高，具有较强的捕集高比电阻粉尘能力，可提高对细微尘粒的扩散荷电与捕集效率。由于阳极板表面上粉尘层内的电场强度为E尘层=ρi（ρ为粉尘的比电阻，i为电流密度），因此，对于同样情况下的烟尘（ρ为定值），i愈大则尘层两侧电位差愈大，愈易将其中气体击穿而生成反电晕，此时会产生大量的正负离子，中和带电的粉尘粒子，具体表现为电流剧增，电压下降，除尘效率明显下降。从图3中可看出，C形板正对电晕线处电流密度出现峰值，容易引发反电晕现象。
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（4）试验证明，在相同极距、相同阴极线的条件下，无论是冷态空载，还是热态负载条件下的伏安特性，波状形阳极板的伏安特性曲线更为平缓，其闪络电压总是高于C形板（见图4）。这进一步表明了波状形阳极板表面的场强分布较均匀，没有明显的峰值。而C形板表面的场强分布均匀性较差，会过早出现火花。
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2.3阳极振打清灰方式
鉴于波状形阳极板自身的结构特点及其悬吊方式的特殊性，阳极振打采用改进的侧部整体仿锤形振打清灰技术，其机构简洁、活动环节少、可靠性高。改进后的侧向振打力由布置在“W”形极板下部波谷位置的双斜向楔块进行传递，因而可有效解决常规侧部振打式阳极下部振打机构对极板的剪切破坏和变形问题，并提高了传力效果。
2.4阴极振打清灰方式
阴极采用阴极小分区结构+顶部尘外电磁锤振打清灰技术。采用小分区结构技术，可划出小振打单元，提高振打清灰效果。采用的刚性桅杆式阴极小框架结构，与常规侧打型电除尘器阴极大框架结构相比，振打传递区间减小了一半，大大提高了加速度分布的均匀性。图5所示为三电场电除尘器阴极分区结构及振打对比情况。
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图5中（a）的阴极采用常规侧部振打大框架结构，由于振打点的振打加速度过大会导致电极结构出现剪切破坏、变形及断线等问题，振打加速度分布均匀性较差。图5中（b）将每个电场分为两个小区，阴极采用顶部振打和刚性小框架结构，振打加速度分布均匀性较好，较小的振打力即可满足清灰要求。
（1）刚性桅杆式小框架的结构对称，顶部振打的传力途径顺畅，最小振打加速度值高，分布均匀性好。在15m高的全尺寸阴极小框架振打试验中，当顶部电磁锤振打器高度提升为300mm时，最小振打加速度值可达100g以上，其加速度分布相对均方根值为0.2，小于0.40的行业标准。可彻底解决常规侧部振打式阴极大框架振打加速度分布不均匀和由于局部振打加速度过大而导致的剪切破坏、变形、断线、断轴及绝缘爬电等问题。
（2）采用顶部尘外电磁锤振打的清灰技术，烟尘中没有运动部件，运行安全可靠、便于维护管理；振打强度、频率、顺序均可实时调节。由于顶部振打作用力的方向与极线的轴线方向相一致，而极线轴线方向的强度大于径向强度，因此不易断线，提高了电除尘器运行的可靠性，振打器还可在不停机的条件下实施检修。可适应不同烟气条件的CS系列不锈钢针芒刺电晕线，振打传力特性好，加速度分布均匀。该线型还具有多种规格，可根据放电特性需要灵活设计选用，能适应各种工况下的烟尘治理。采用阴极振打及绝缘吊挂朝上布置的方式，可省去阴极侧部振打机构在电场内部所占的空间位置，提高电场内部空间利用率，使得除尘器电场结构紧凑，利于布置，节省占地面积。与相同规格的传统侧部振打式电除尘器相比，BEL型电除尘器每个电场占地长度可缩短1m左右，因此一台四电场BEL型电除尘器在长度上可节省4m，从而可解决一些场地有限的电除尘器工程项目中的工艺布置问题,并可节约一定的工程费用。
2.5 BEL型电除尘器配套高、低压电器设备
BEL型电除尘器采用高、低压控制设备。其中高压硅整流控制设备采用高速、高性能、大容量Intel CH-MOS真16位单片机-80C196KB为主控芯片，在控制功能上采用双重火花检测控制技术，具有常规的火花跟踪、最高平均电压、双半波间歇脉冲供电等多种控制方式，并增加了单半波间歇脉冲供电，能自动检测动态伏安特性曲线族，可采集并存储电压电流波形，而且在保护功能上除具有短路、开路、过流、偏励磁和超油温检测保护功能外，还增加了特殊的超电压、过载限流措施。
3 BEL型电除尘器的市场应用
BEL型电除尘器第一台工业样机应用在某电厂130t/h燃煤锅炉配套电除尘器改造工程。原电除尘器设备运行几年，主要问题如下：
（1）阳极板腐蚀、变形、错位严重；
（2）阴极断线率高，阴极大框架变形，影响电场正常工作；
（3）阳极板上部积灰严重，后电场阴极线肥大；
（4）阴阳极侧部机械振打机构磨损严重，掉锤频繁；
（5）进口喇叭气流分布孔板被气流冲刷磨损严重。由于上述原因，该电除尘器效率明显下降，不能满足日益严格的环保排放要求。该电厂采用了BEL型电除尘器技术对该台设备进行了提效改造，主要改造方案如下：
（1）采用混合宽间距技术，第一电场同极间距为400mm，第二、三电场同极间距为460mm，以便于提高电场工作电压和提高对细微粉尘的捕集能力。
（2）采用波状形阳极板与针芒刺线取代原阴阳电极。
（3）阴极系统采用微机控制，顶部尘外电磁锤振打清灰系统取代原振打装置。
（4）阳极系统采用侧部整体仿锤形振打清灰技术进行设计，取代原振打装置。
（5）阴极系统按照小分区结构技术布置，划出小振打单元，提高振打清灰效果。
（6）采用刚性单桅杆式阴极小框架取代原阴极大框架。
（7）采用刚玉承压绝缘子和锥形绝缘轴更换原阴极吊挂和绝缘系统。
（8）阴、阳极系统均采用上吊下垂悬吊方式，系统可自由伸缩，避免热胀冷缩变形，提高电除尘器对工况温度变化的适应性。
（9）保留原电除尘器壳体墙板、顶梁及其内部承压件，更换顶板，增设下部承压件、内部阻流板及侧封板等。
（10）保留原电除尘器进口喇叭,重新设计进口喇叭气流均布机构，采用多孔板加导流叶片装置更换原三层气流分布板，并进行调整，解决了原电场断面的气流分布均匀性差的问题；保留出口喇叭。
（11）保留原有的高压硅整流装置，采用龙净环保K型全数字控制高压调整器取代原高压调整器。（12）对所有的密封部位进行全面更换。
（13）采用一台微机集控柜更换原振打、加热控制柜。
该台BEL型电除尘器设备于2002年初安装完毕并投入运行，运行前对设备做了冷态气流分布测试和振打加速度测试，实测气流分布均方根差值为0.23%，达到≤0.25%的保证要求；经现场阴阳极振打加速度测试，实测阴极最小加速度值为120g，整个框架加速度分布相对均方根差值仅为0.26；实测阳极最小加速度值高达383g，板排加速度分布相对均方根差值仅为0.31，满足小于0.40的国家电除尘行业标准，冷态试车顺利。设备投入正常运转半年后，进行了热态性能测试，测试结果为：在机组满负荷工况下，实测除尘效率为99.93%,出口烟气含尘浓度为36.45mg/Nm3，本体压力降为180Pa，漏风率为2.0%。依据测试结果，电除尘器改造后各项性能保证值均满足合同协议要求。
按实际测试数据计算，改造后的样机每年可减少从烟囱向大气排放的粉尘约600吨。实践证明，BEL新型电除尘器比传统电除尘器具有更好的综合性能，特别是在电除尘改造方面具有更加突出的优点。
4 小结
BEL型电除尘器突破了传统的技术界限，科学地将当今流行的两种电除尘器振打技术进行了融合，并形成了以同心圆电场极配形式、阴极小分区结构、单桅杆式阴极框架、阴极顶部电磁锤振打清灰技术等为技术特征的新型电除尘器，性能价格比得到进一步的提高，适于老电除尘器提效改造和新电除尘器的制造，具有较大的市场应用前景。
参考文献：（略）
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