在(zai)山(shan)東召(zhao)開的(de)水泥行業(ye)節能(neng)環保(bao)技(ji)術(shu)交流大會上(shang)，針(zhen)對水泥企業(ye)如(ru)何實(shi)現達標排(pai)放，如(ru)何選擇控(kong)制粉塵(chen)排(pai)放技(ji)術(shu)路線這(zhe)兩個問(wen)題(ti)，上(shang)海漢節環保(bao)科技(ji)有限公司(si)張先海做(zuo)了《水泥行業(ye)新(xin)型靜電除塵(chen)技(ji)術(shu)及應(ying)用(yong)臨界(jie)脈沖電源解決方(fang)案(an)匯報(bao)》的(de)主(zhu)題(ti)予以參(can)考(kao)。

　　據(ju)2010年數據(ju)統計，水(shui)泥工(gong)業產(chan)業的(de)(de)(de)(de)粉塵(chen)(chen)排(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)占到全國工(gong)業生(sheng)產(chan)總排(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)量(liang)的(de)(de)(de)(de)31.7%，給生(sheng)態環境帶來(lai)巨大(da)壓力。最新(xin)的(de)(de)(de)(de)《水(shui)泥工(gong)業大(da)氣污染物排(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)標(biao)準(zhun)》要求(qiu)粉塵(chen)(chen)排(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)限值(zhi)一般地區(qu)(qu)≤30mg/Nm3，重(zhong)點地區(qu)(qu)≤20mg/Nm3，等同(tong)于(yu)當(dang)前燃煤電廠的(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)標(biao)準(zhun)，新(xin)建和現有企業分別于(yu)2015年3月1日和7月1日開始執(zhi)行。據(ju)早期統計水(shui)泥窯(yao)用的(de)(de)(de)(de)除(chu)(chu)塵(chen)(chen)設備(bei)80%為(wei)電除(chu)(chu)塵(chen)(chen)器(qi)。但(dan)由于(yu)當(dang)時的(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)標(biao)準(zhun)要求(qiu)較低，設計排(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)標(biao)準(zhun)為(wei)50～100mg/Nm3，已不能滿足(zu)環保新(xin)要求(qiu)。除(chu)(chu)塵(chen)(chen)器(qi)是(shi)生(sheng)產(chan)線(xian)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要組成部分，也是(shi)主要耗能的(de)(de)(de)(de)環節之一。

　　除塵技術路線選擇有兩種：靜電除塵和布袋除塵。

　　一、技術路線(xian)選擇

　　靜電除塵特(te)點

　　除塵技術對比(bi)

　　海螺水(shui)泥：在(zai)全(quan)國(guo)擁有一百多條水(shui)泥生(sheng)產(chan)線(xian)，清一色采用的全(quan)部是(shi)電(dian)(dian)除塵器。在(zai)這一波的除塵提效改(gai)造(zao)技(ji)術(shu)路線(xian)選擇上，海螺走訪了國(guo)內很多的環(huan)保企業，對電(dian)(dian)除塵、電(dian)(dian)袋、布袋技(ji)術(shu)作了充分的調研和論證，最后仍決定(ding)選擇先從電(dian)(dian)改(gai)電(dian)(dian)的方(fang)式入(ru)手(shou)。

　　“市場的需求是(shi)我們研發(fa)的方向，產品的問題(ti)是(shi)我們攻關的課題(ti)”。市場上已經發(fa)出了(le)很明顯的需求聲(sheng)音，而這個聲(sheng)音就是(shi)：他們對(dui)電(dian)除塵(chen)仍(reng)然是(shi)情有(you)獨鐘。電(dian)除塵(chen)能否像在(zai)燃煤電(dian)廠一樣實(shi)現逆襲，關鍵在(zai)于是(shi)否有(you)足夠(gou)鋒利的“劍”亮出。

　　電除塵電源分類

　　電(dian)除(chu)塵電(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)分為(wei)：單相電(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)，工頻電(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)，三相電(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)，高頻電(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)，脈沖電(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)，雙頻電(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)，臨界(jie)脈沖電(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)。

　　電除塵選(xuan)擇要素

　　保持長期(qi)穩(wen)定高效，適(shi)應(ying)不同灰質;安全(quan)運行;高度集成一體(ti)化(hua)結構(gou);全(quan)自動化(hua)集控(kong)，操控(kong)便捷;易維護、費用(yong)低(di);三相(xiang)(xiang)平衡，無缺相(xiang)(xiang)損耗。

　　二、理論技(ji)術創新

　　兩(liang)個(ge)國際(ji)首創除塵電源理論：

　　一、國際首(shou)次(ci)提出“空間自由離子(zi)(zi)密(mi)度”對除塵效率的影響高于場強的理論，并(bing)進行(xing)了量(liang)化(hua)。電(dian)場氣(qi)體(ti)放電(dian)在(zai)“二(er)次(ci)電(dian)子(zi)(zi)崩”和“流注初期(qi)”狀態，“空間自由離子(zi)(zi)密(mi)度”才能最大化(hua)，最利于粉塵荷電(dian)。

　　二、國際首次提出(chu)“臨(lin)界(jie)(jie)區(qu)”的(de)概念，并(bing)進(jin)(jin)行了量化。火花放電臨(lin)界(jie)(jie)電壓是(shi)一個(ge)(ge)區(qu)域(yu)，并(bing)不(bu)是(shi)單獨的(de)點構成的(de)曲線，臨(lin)界(jie)(jie)脈沖電源(yuan)定義并(bing)利用(yong)這個(ge)(ge)區(qu)域(yu)進(jin)(jin)行控(kong)制，實(shi)現了電源(yuan)在最(zui)佳除塵區(qu)內工(gong)作。

　　三、臨界(jie)脈沖電(dian)源(yuan)

　　主電路圖

　　產品系列：LM-15kW;LM-30kW;LM-50kW;LM-75kW

　　外形(xing)尺寸：1650×900×2200

　　重量：650

　　臨界脈沖電源主要指(zhi)標

　　1、比(bi)工頻電源(yuan)減排70%以上(shang)，同(tong)時節能(neng)60%以上(shang);

　　2、比高(gao)頻和三(san)相(xiang)電源減排(pai)40%以(yi)上，同(tong)時節能60%以(yi)上;在(zai)確保比高(gao)頻和三(san)相(xiang)電源減排(pai)效(xiao)果(guo)高(gao)出25%以(yi)上的前提下，節能80%以(yi)上;

　　3、避(bi)免(mian)電(dian)腐(fu)蝕，使本體(ti)性能長期高(gao)效穩(wen)定(ding)。

　　四、靜電除(chu)塵機理(li)

　　整個過程是這樣的，電(dian)子崩形成(cheng)自由電(dian)子，自由電(dian)子附著電(dian)負性(xing)氣體形成(cheng)氣體負離子，氣體負離子形成(cheng)空間電(dian)流—電(dian)暈電(dian)流。

　　影響除塵效率的要(yao)素(su)

　　固有因素：1.陰極(ji)線、2.陽極(ji)板(ban)、3.極(ji)配、4.集(ji)塵(chen)面積(ji)、5.殼體漏風、6.分區大小、7.均風、8.煙(yan)氣(qi)量或煙(yan)氣(qi)流速、9.煙(yan)溫、10.濕度、11.飛灰成分、12.粉(fen)塵(chen)粒(li)度、13.氣(qi)體成分。

　　能動因素：1.荷電(dian)(dian)效率(lv)：氣體電(dian)(dian)離和電(dian)(dian)暈(yun)放電(dian)(dian)、2.驅進場(chang)強、3.電(dian)(dian)暈(yun)閉鎖、4.反(fan)電(dian)(dian)暈(yun)、5.“Z”字(zi)運動、6.二次揚塵：振(zhen)打(da)、火(huo)花、斷(duan)電(dian)(dian)降壓、7.電(dian)(dian)腐蝕。

　　五(wu)、荷電效率

　　粒徑大(da)于(yu)1.0μm左(zuo)右的較大(da)粒子在(zai)電(dian)場中被(bei)極化，引起(qi)電(dian)場局部變形，電(dian)力(li)線(xian)被(bei)粒子遮斷。

　　粒(li)子(zi)荷(he)電后形成的(de)電場與外加(jia)電場方向相(xiang)反，產生斥力(li)，使粒(li)子(zi)附(fu)近的(de)電力(li)線變(bian)形，這時粒(li)子(zi)只(zhi)能從電場的(de)較小部分接受電荷(he)，荷(he)電速率相(xiang)應減慢。

　　粒子(zi)繼續荷電后，面向離子(zi)流來一側進入粒子(zi)的電力線繼續減(jian)少，最終荷電粒子(zi)本身產生(sheng)的電場和外加的電場正(zheng)好平衡，粒子(zi)上(shang)的電荷達到飽和狀(zhuang)態。

　　飽和(he)荷電量(liang)：

　　式中dp—粒(li)徑;Eo—荷電場強;εp—粒(li)子的相(xiang)對介電系數(shu)。

　　瞬時荷(he)電(dian)量(liang)

　　設qt為粒(li)(li)子經時間(jian)t后的(de)(de)瞬(shun)時荷(he)電(dian)量，qt/qs即(ji)為粒(li)(li)子的(de)(de)荷(he)電(dian)率，它與(yu)荷(he)電(dian)時間(jian)t的(de)(de)關系為：

　　式中to—電場荷電時間(jian)常數，即荷電率(lv)qt/qs=50%的荷電時間(jian)，由下(xia)式確定：

　　No—電(dian)暈(yun)場(chang)中帶(dai)電(dian)離子的密度;

　　e—基(ji)礎電荷1.6021892×1019;

　　Ki—離子遷移率)。

　　式中(zhong)Ki0—標態(tai)

　　Eo—荷電場強

　　No—電暈場(chang)中帶電離子(zi)的數(shu)量密度

　　擴散荷電

　　擴散荷電(dian)(dian)：是離子(zi)做不(bu)規則熱運動和粒(li)子(zi)相碰的結(jie)果(guo)，是小(xiao)于0.2μm粒(li)子(zi)的主要荷電(dian)(dian)機制。懷(huai)特導出不(bu)考慮電(dian)(dian)場影(ying)響的擴散荷電(dian)(dian)電(dian)(dian)量計算公(gong)式為：

　　k—波爾茲曼常(chang)數(shu)，1.38×10-23J/K;

　　T—氣(qi)體(ti)溫度;

　　m—離子質量;

　　t—時間(jian)。

　　No—電(dian)暈場中帶電(dian)離子的數量密度

　　瞬時(shi)荷電量(liang)：

　　Eo—荷電場強

　　No—電暈場中帶電離子的(de)密(mi)度

　　電暈(yun)放電˙火花放電

　　電(dian)子崩及流注放電(dian)

　　初始電子崩(beng)：

　　P=270mmHg，E=10.5kv/cm，a和b的(de)時間隔為(wei)1×10-7s

　　電子(zi)崩在空氣中的發(fa)展速度(du)約為1.25×107cm/s

　　電(dian)子崩(beng)及流注放電(dian)

　　初始電子崩轉變為流(liu)注的瞬間

　　陽(yang)極流注(zhu)發(fa)展過程

　　P=273mmHg，E=12kV/cm

　　這個新出現的電離特強的放電區域(yu)稱為流注(zhu)，它迅速由陽極向陰極發展，故稱為正流注(zhu)。

　　流注的(de)發(fa)展(zhan)速度(du)較同樣條件下(xia)電子崩的(de)發(fa)展(zhan)速度(du)要大一個數量級，1～2×108cm/s。

　　正流注(zhu)的產生和發展

　　空間自由(you)離子密(mi)度

　　電場擊穿(chuan)電壓與激勵(li)電壓波(bo)形的關系(xi)

　　上圖(tu)是空(kong)氣(qi)放(fang)電(dian)(dian)(dian)典型的伏-安(an)特性，影響空(kong)氣(qi)放(fang)電(dian)(dian)(dian)伏-安(an)特性的有空(kong)氣(qi)的溫度、濕(shi)度、氣(qi)壓(ya)(ya)、流(liu)速等，同時空(kong)氣(qi)放(fang)電(dian)(dian)(dian)也與(yu)加(jia)在電(dian)(dian)(dian)場(chang)的激(ji)勵(li)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)波(bo)形有關(guan)。空(kong)氣(qi)擊(ji)穿(chuan)與(yu)加(jia)載電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的波(bo)形有關(guan)，左(zuo)圖(tu)曲(qu)線1～5的脈(mo)(mo)寬t1>t2>t3>t4>t5，窄(zhai)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)的電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)場(chang)擊(ji)穿(chuan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)高(gao)，寬脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)的電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)場(chang)擊(ji)穿(chuan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)低。當供電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)源采用1～10us脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)供電(dian)(dian)(dian)時，電(dian)(dian)(dian)場(chang)擊(ji)穿(chuan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)是常規(gui)直流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的1.5～2倍。

　　脈沖(chong)提(ti)高火花臨(lin)界電(dian)壓(ya)和空間氣體離(li)子密度的(de)機理(li)

　　基礎(chu)電壓的極限

　　臨(lin)界脈(mo)沖(chong)與“大脈(mo)沖(chong)”的波形比較分(fen)析(xi)

　　驅進速度

　　荷電塵粒在電場內(nei)受到靜電力：F=qEj

　　Ej——集塵(chen)極周圍(wei)電場強度，V/m。

　　塵粒在電場內作橫向(xiang)運動時(shi)(shi)，要受到空氣的(de)阻力(li)，當Rec≤1時(shi)(shi)，空氣阻力(li)：P=3πμdpω

　　ω——塵粒與氣(qi)流在橫向的相對運(yun)動速度，m/s。

　　當靜(jing)電(dian)力等于空氣(qi)阻力時，作(zuo)用在塵(chen)粒上的外(wai)力之和等于零，塵(chen)粒在橫向(xiang)作(zuo)等速運動(dong)，這時塵(chen)粒的運動(dong)速度稱為(wei)驅進速度。

　　ω=qEj/3πμdp

　　將Ej簡化(hua)為除塵器電場平均強度(du)Ep;由于(yu)荷電電場與驅進電場為同(tong)一(yi)電場，E0也簡化(hua)為除塵器電場平均強度(du)Ep，則(ze)：ω與No近似(si)正比，與Ep2近似(si)正比。

　　荷電煙塵粒子的(de)驅進速度：

　　對于(yu)dp≤0.2m的塵粒，上式應進行修正：

　　ω=KcqEj3πμdp

　　Kc——庫(ku)寧漢(han)滑動修正系數。

　　μ——氣體的(de)(de)動(dong)力粘度，隨溫(wen)度的(de)(de)增(zeng)加而增(zeng)加，因(yin)此煙氣溫(wen)度增(zeng)加時，塵(chen)粒的(de)(de)驅進速度和除(chu)塵(chen)效率都(dou)會下降。

　　Rec——臨界(jie)雷諾數(shu)。層流，紊流。

　　No1.1÷0.8=1.3751.375×1.3=1.78

　　ω1.78×1.1378=2.0253

　　六、除塵效率

　　除塵效率的計算

　　要求出(chu)電(dian)除(chu)塵(chen)器(qi)(qi)(qi)的(de)除(chu)塵(chen)效率需建立微分方程。但由于電(dian)除(chu)塵(chen)器(qi)(qi)(qi)的(de)除(chu)塵(chen)效率與粉塵(chen)性(xing)質(zhi)、電(dian)場強度(du)、氣流速度(du)、氣體性(xing)質(zhi)及(ji)除(chu)塵(chen)器(qi)(qi)(qi)結(jie)構等因素有關，要嚴(yan)格地(di)從理論上推導除(chu)塵(chen)效率方程式是困難的(de)，因此在推導過程中作以下(xia)假設：

　　①電除(chu)塵(chen)(chen)器(qi)橫斷面上(shang)有(you)兩上(shang)區域，集塵(chen)(chen)極附近的(de)層(ceng)流邊界層(ceng)和幾乎占有(you)整個斷面的(de)紊流區。

　　②塵粒(li)運動受(shou)紊流的控制，整(zheng)個斷面上的濃度分布是(shi)均勻的。

　　③在邊界層塵粒具有垂直于避面的分速度ω。

　　④忽略電風、氣流分布(bu)不均勻、二次揚塵等(deng)因素的(de)影響。

　　靜電除塵器除塵效率分析模(mo)型圖

　　設氣(qi)(qi)體和粉(fen)塵(chen)(chen)在水平(ping)方向(xiang)的流速(su)為(wei)(wei)(wei)υ;除(chu)塵(chen)(chen)器(qi)內某一斷面(mian)上(shang)氣(qi)(qi)體含塵(chen)(chen)濃度為(wei)(wei)(wei)y;氣(qi)(qi)流運動(dong)方向(xiang)上(shang)每單位(wei)長度集(ji)塵(chen)(chen)面(mian)積(ji)為(wei)(wei)(wei)a;氣(qi)(qi)流運動(dong)方向(xiang)上(shang)除(chu)塵(chen)(chen)器(qi)的橫斷面(mian)積(ji)為(wei)(wei)(wei)F;電場長度為(wei)(wei)(wei)l;塵(chen)(chen)粒的驅進度為(wei)(wei)(wei)氣(qi)(qi)流運動(dong)方向(xiang)上(shang)除(chu)塵(chen)(chen)器(qi)的橫斷面(mian)積(ji)為(wei)(wei)(wei)F;電場長度為(wei)(wei)(wei)l;塵(chen)(chen)粒的驅進速(su)度為(wei)(wei)(wei)ω。

　　在dτ時間內，在dχ空間捕(bu)集的粉塵(chen)量

　　dm=αωdτy=-Fdy

　　把dχ=υdτ代入上(shang)式(shi)，則

　　對上式兩(liang)邊進行積分，

　　式中y1——除塵器(qi)進口處含塵濃度，g/m3;

　　y2——除(chu)塵器出口處(chu)含塵濃度，g/m3。

　　將Fυ=L、αι=A上(shang)式，則

　　式中L——除(chu)塵器處(chu)理(li)風量，m3/s;

　　A——集塵(chen)極總(zong)的(de)集塵(chen)面積，m2。

　　則除塵效率為

　　根據在一定的除塵(chen)器結構形式和運行條件下(xia)測得的總捕集(ji)效率(lv)(lv)值(zhi)，代入德意(yi)希方程反(fan)算出相應的驅進速度值(zhi)，稱為有效驅進速度，用ωp表示。ωp實際(ji)上已成為一個把集(ji)塵(chen)極總面積和氣體處(chu)理量(liang)以(yi)外的各種(zhong)影響捕集(ji)效率(lv)(lv)的因素包括在內的參數(shu)。

　　七、臨(lin)界(jie)脈沖柔(rou)特性機理

　　電場畸變形成動態臨界區

　　電(dian)子崩(beng)的頭部(bu)集(ji)中著大部(bu)分(fen)的正離子和幾乎全(quan)部(bu)電(dian)子。原有均勻(yun)場強在電(dian)子崩(beng)前方和尾部(bu)處都(dou)增(zeng)強了。

　
　1.電子的遷移速度比正離子的要大兩個數量級，出現了大量的空間電荷，崩頭最前面集中著電子，其后直到尾部則是正離子，而其外形則好似球頭的錐體。
 

　　2.當電(dian)(dian)子崩(beng)(beng)發展(zhan)到足夠程度后，空(kong)間電(dian)(dian)荷將(jiang)使外電(dian)(dian)場明顯畸(ji)變，大(da)大(da)加(jia)強了崩(beng)(beng)頭及崩(beng)(beng)尾的電(dian)(dian)場而削弱了崩(beng)(beng)頭內正(zheng)、負電(dian)(dian)荷區域之間的電(dian)(dian)場。

　　3.崩頭(tou)前后，電場(chang)明顯(xian)增(zeng)強，有利于發生分子(zi)(zi)和離子(zi)(zi)的激(ji)勵現象，當它們從激(ji)勵狀(zhuang)態(tai)回復(fu)到正常狀(zhuang)態(tai)時(shi)，就(jiu)將放射出光子(zi)(zi)。崩頭(tou)內部正、負電荷區域之(zhi)間電場(chang)大大削弱，則有助于發生復(fu)合過程，同樣也將發射出光子(zi)(zi)。